# Les risques-réseaux : une matrice des défaillances des réseaux urbains interdépendants

## Network-risks: a matrix of interdependent urban networks' failures

### Nabil Touili

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OpenEdition
Journals

**Édition électronique**

URL : https://journals.openedition.org/belgeo/54349

DOI : 10.4000/belgeo.54349

ISSN : 2294-9135

**Éditeur :**

Société Royale Belge de Géographie, National Committee of Geography of Belgium

**Référence électronique**

Nabil Touili, « Les risques-réseaux : une matrice des défaillances des réseaux urbains interdépendants », Belgeo [En ligne], 1 | 2022, mis en ligne le 06 mai 2022, consulté le 06 janvier 2025. URL : http://journals.openedition.org/belgeo/54349 ; DOI : https://doi.org/10.4000/belgeo.54349

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# Les risques-réseaux : une matrice des défaillances des réseaux urbains interdépendants

## Network-risks: a matrix of interdependent urban networks' failures

### Nabil Touili

## Introduction

1. Avec l'urbanisation accrue, les sociétés occidentales sont aujourd'hui entièrement dépendantes des réseaux d'infrastructures qui produisent et/ou approvisionnent des services essentiels. Chaque jour on se déplace, on communique, on consomme (ou on utilise) des quantités considérables d'électricité, de carburant, d'eau douce, d'aliments sans oublier une myriade de services de soins et de santé. Le maintien du fonctionnement des villes dépend alors du maintien des services essentiels tels que l'énergie, l'eau et l'assainissement, les télécommunications ou le transport. Les récentes expériences montrent, toutefois, que les réseaux d'infrastructures sont vulnérables. Des aléas naturels, industriels, technologiques, terroristes ou pandémiques affectent le fonctionnement des infrastructures en réseaux. De surcroît, des risques de rupture sont aussi le résultat des interdépendances à l'interface des réseaux d'infrastructures (Serre, 2015).

2. Le concept des infrastructures reconnaît les interdépendances comme fondamentales dans l'approvisionnement des services essentiels (Neuman, 2006). À titre d'exemple, les réseaux de transport et de télécommunication ont besoin d'un approvisionnement continu en énergie tandis que la plupart des opérations de production d'énergie (électricité et carburants) nécessitent eux-mêmes un approvisionnement en eau (Cimellaro, 2016). Les réseaux d'eau et d'assainissement, pour disposer de produits chimiques de traitement des eaux usées, dépendent du réseau de transport (Bigger et al., 2009) qui à son tour dépend de l'énergie électrique pour alimenter les feux de signalisation et les centres de contrôle des flux (Vale, Campanella, 2005). Les réseaux de
transport sont également indispensables pour la collecte, le traitement des déchets et l'acheminement des denrées alimentaires. Avec la numérisation et l'automatisation des processus de production, de facturation et de gestion des marchandises, les systèmes alimentaires dépendent du bon fonctionnement des services électroniques. Avec l'automatisation des tâches, les outils numériques sont aujourd'hui omniprésents dans de nombreux domaines (Bernelin, Eynard, 2021) à l'image de celui de la santé, devenu tributaire de dispositifs électroniques et d'équipements technologiques (Kattel, Aros-Vera, 2020). Une défaillance sur une infrastructure donnée peut alors rapidement se généraliser et produire, dans un schéma complexe, une panne électrique, une rupture du trafic ou un arrêt des systèmes informatiques, des services bancaires et financiers, voire même une pénurie d'eau et d'aliments sur de larges espaces. De ce point de vue, les infrastructures techniques sont de potentiels vecteurs de risques (November, 2008 ; Lhomme, 2012). Par-delà l'évènement déclencheur, des défaillances peuvent alors être attribuées aux interdépendances. Ces défaillances ne peuvent être anticipées que dans la mesure où les interdépendances sont au préalable identifiées.

Cet article vise à explorer l'implication des interdépendances pour les villes et leurs résiliences.

L'accroissement des interdépendances entre les infrastructures est caractéristique des sociétés et des villes contemporaines. Ce constat est certes moins marqué dans de nombreuses zones urbaines du Sud, où prévaut un paysage hybride et fragmenté des réseaux d'infrastructures et d'auto-organisation locale avec des modes d'approvisionnement (dé)centralisés et (parfois) informels (Monstadt, Coutard, 2019 ; Jaglin, 2012). Toutefois, beaucoup d'infrastructures restent intrinsèquement internationales et certains réseaux d'infrastructures, notamment de télécommunications, de banque et de finance ou encore d'énergies pétrolières et gazières, sont mondiaux (Graham, Thrift, 2007). L'ampleur des défaillances et le rôle des interdépendances dans la propagation des impacts font l'objet de nombreux travaux scientifiques. La défaillance d'une infrastructure entraîne d'autres défaillances par le biais de schémas complexes d'interdépendances (Neuman, 2006). Pourtant, la modélisation des interdépendances se limite souvent à la linéarité des effets entre deux infrastructures, avec l'hypothèse que les autres restent opérationnelles (Rinaldi et al., 2001). La majeure partie des travaux relatifs aux interdépendances porte sur certains types d'interdépendances, sur certaines infrastructures critiques ou sur des retours d'expérience d'une catastrophe en particulier. Bien que nécessaires, le couplage des infrastructures et leurs contigüités physiques sont aussi source de vulnérabilité pour les territoires urbains (Zimmerman, 2004). Avec l'essor du concept de résilience, une attention croissante est récemment accordée au (dys)fonctionnement de certaines infrastructures, jugées plus critiques que d'autres, telles que celles du transport, d'énergie ou des télécommunications (Lhomme, 2012 ; Touili, 2021). Un regard restreint à l'échelle d'un réseau d'infrastructures permet des analyses approfondies des interdépendances et un niveau de détail considérable aux dépens d'ignorer, dans une large mesure, d'autres effets sur d'autres réseaux interdépendants.

Cet article cherche à établir un lien entre les études menées, d'une part, sur la modélisation des interdépendances et l'implication des infrastructures dans la production urbaine (Neuman, 2006 ; Graham, 2010 ; Coutard, Rutherford, 2013 ; Monstadt, Coutard, 2019) et, d'autre part, celles émergentes associées à la gestion des risques et à la résilience urbaine (Lhomme, 2012 ; Serre, 2015 ; Monstadt, Schmidt,
2019 ; Touili, 2021). Étant donné que les villes sont des lieux de concentrations de personnes et d'infrastructures, la résilience est étroitement liée au fonctionnement des infrastructures critiques.

6 Lorsqu'il s'agit d'infrastructures, la pensée systémique est à l'avant-plan (Offner, 1996). Depuis l'étude pionnière de Rinaldi et al. (2001) sur la modélisation des interdépendances des infrastructures techniques, la majorité des récents travaux envisagent ces dernières comme des systèmes complexes et inter-liés (Eusgeld et al., 2011). Dans le cadre des études urbaines considérant les villes comme un ensemble de systèmes complexes, organisés et en interaction dynamique (Batty, 2013), une approche systémique consiste à considérer les infrastructures techniques comme des sous-systèmes contribuant au fonctionnement des villes. Le fonctionnement d'une infrastructure, qui est le résultat d'interactions complexes entre de nombreuses infrastructures, ne peut être appréhendé que de manière holistique, en incluant leurs interdépendances. Afin de saisir les processus d'interaction à l'œuvre, cet article place l'interdépendance comme élément principal de réflexion à l'interface des infrastructures et des territoires urbains. « L'analyse des systèmes complexes privilégie l'étude des dynamiques et des processus structurants pour une compréhension des agencements et des évolutions possibles » (Leloup, 2010). Dans une démarche systémique, on propose alors de prêter intérêt aux interdépendances – plutôt qu'aux infrastructures en soi – de façon à tirer des conclusions sur leurs rôles dans la criticité des infrastructures, dans les défaillances de celles-ci et par conséquent dans la résilience des territoires urbains. Pour ce faire, cet article saisit, dans des données empiriques, des situations d'interdépendances ayant conduit aux défaillances dues aux interdépendances. La démarche suivie ici n'est pas tant axée sur la défaillance des infrastructures que sur l'identification et l'analyse des interdépendances que cette défaillance divulgue. Il s'agit d'examiner l'interdépendance déficiente (« *Disrupted interdependency* ») pour émuler ce que Graham (2010) qualifie de « *Disrupted cities* ». La défaillance nous renseigne sur les relations à l'œuvre (parfois invisibles) qui dans des conditions normales font fonctionner les infrastructures et les villes.

7 Dans ce cadre, on propose d'élargir les champs d'analyses en partant d'une typologie théorique couvrant un large éventail des interdépendances. Cette typologie est ensuite examinée dans un corpus de données empiriques variées tirées de catastrophes naturelles et/ou d'origine humaine. Dans une démarche déductive, de nombreux réseaux urbains sont ainsi inclus dans l'analyse des interdépendances. À travers la question suivante : « Par quel(s) type(s) d'interdépendances la défaillance initiale d'un réseau urbain entraîne-t-elle la défaillance d'autres réseaux ? », on cherche à explorer les implications précisément de quatre types d'interdépendances pour la résilience urbaine.

8 La première partie de cet article introduit les deux notions « infrastructures » et « interdépendances », avant de retenir quatre types majeurs que sont les interdépendances fonctionnelles, géo-spatiales, procédurales et sociétales. Cette typologie théorique est ensuite examinée dans la deuxième partie de cet article à l'aide de données empiriques issues de six évènements désastreux. Il s'agit des ouragans Irma et Maria en 2017, de l'attentat du WTC (World Trade Center) en 2001, de la catastrophe de Fukushima en 2011, de l'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull en 2010, de la canicule de 2003 et du black-out en Inde de 2012. Pour mieux comprendre les interdépendances multidimensionnelles des infrastructures, une synthèse des résultats
est fournie sous forme d'une matrice des réseaux interdépendants d'énergie électrique, de transport, de télécommunications, d'eau et d'assainissement, d'alimentation et santé. Cette matrice est déployée comme une représentation synthétique et simplifiée des liens transversaux entre plusieurs objets inter-liés. Consacrée à l'analyse des résultats, la troisième partie révèle l'existence de risques-réseaux en identifiant les rôles respectifs de chaque type d'interdépendance, en tant que vecteurs de risques et/ou de vulnérabilité. Sous l'angle des interdépendances évoquées, la quatrième et dernière partie aborde l'imbrication des réseaux et des territoires dans une perspective de résilience.

## Infrastructures et interdépendances

L'évolution de la notion d'infrastructure est en soi significative. Une infrastructure, définie comme un ensemble d'installations et de services nécessaires au fonctionnement de la ville (ASCE, 2009)¹, est dite critique quand son dysfonctionnement constitue un enjeu majeur pour la sécurité, l'économie, le mode de vie et la santé publique (Serre, 2015). Apparue aux États-Unis, cette notion était limitée, pour des préoccupations sur l'état vétuste des infrastructures, aux auto(routes), aéroports, installations d'approvisionnement/traitement d'eau, de déchets solides ou de déchets dangereux avant de s'étendre progressivement, pour des questions de sécurité nationale, aux réseaux d'approvisionnement alimentaires et énergétiques, aux industries de base, aux établissements de soins et de santé, aux systèmes de banques et de la finance, aux installations chimiques et commerciales, aux barrages, aux centrales nucléaires, aux télécommunications et aux transports (O'Rourke, 2007). Les attentats du 11 septembre ainsi que la crise énergétique californienne de 2001 avaient impulsé l'élargissement de la liste des infrastructures critiques (O'Rourke, 2007 ; Galland, 2010). L'ambiguïté de la notion d'infrastructure critique dérive en partie de sa définition (Galland, 2010) qui évolue au fil des ans en fonction de différents critères et priorités, pour couvrir un large éventail d'installations et d'équipements physiques mais aussi des services, tels que les services d'urgence et des cyber-infrastructures (Jopling, 2007). Selon le rapport de la Commission Présidentielle sur la Protection des Infrastructures Critiques (PCCIP², 1997), les infrastructures critiques désignent des systèmes interdépendants qui fonctionnent en collaboration et en synergie pour produire et distribuer un flux continu de biens et de services. Les interdépendances font partie de la définition même des infrastructures.

Lorsque l'on parle d'infrastructures, on fait référence aux réseaux. Une infrastructure en tant que support (physique et matériel) acheminant des flux (eau, électricité, matériau, personnes, signal numérique, etc.) ne fait pas que franchir d'autres infrastructures mais établit également des connexions qui les relient en réseaux (Neuman, 2006 ; Little, 2002). Le focus initialement porté sur les infrastructures en tant que supports est davantage porté récemment sur les interdépendances qui suss-tendent ces infrastructures. C'est au regard de l'évolution des risques et de l'accroissement des interdépendances sectorielles que la Commission européenne prévoit d'étendre les champs de protection des infrastructures critiques à l'échelle européenne dans une perspective de résilience³. Le rôle majeur des interdépendances dans la propagation des impacts risque alors d'influencer sensiblement l'évolution de cette notion.
11 Penser en termes d'interdépendances serait donc pertinent pour mieux appréhender les infrastructures et leurs implications pour les territoires urbains. Ces interdépendances tant essentielles au bon fonctionnement des infrastructures sont aussi génératrices de perturbations, de dégradations ou de ruptures. Le processus de propagation des défaillances est désigné dans la littérature par les effets cascades (Pescaroli, Alexander, 2015), les effets dominos (Kadri et al., 2014), les défaillances en cascades (Rinaldi et al., 2001) ou encore les effets d'interdépendances (Little, 2002). Une défaillance initiale impacte un ou plusieurs réseaux interdépendants (Wallace et al., 2001). Les villes sont alors particulièrement vulnérables aux défaillances des infrastructures (Monstadt, Schmidt, 2019) qui approvisionnent des services vitaux aussi bien en période de fonctionnement normal que lorsque survient un évènement (Ouyang, 2014). Afin de comprendre, de gérer ou de prévenir ces interdépendances, celles-ci ont été établies au moyen de taxonomies sous diverses catégories.

12 Plusieurs travaux ont dressé des typologies des relations qu'entretiennent les infrastructures et leurs composantes (Rinaldi et al., 2001; Zimmerman, 2004; Wallace et al., 2001; Pederson et al., 2006; Dudenhoeffer et al., 2006). Ces typologies reposent sur différentes approches et méthodes, à savoir la dynamique des systèmes, les simulations à base d'agents, les modèles d'entrées-sorties, la théorie des réseaux et sur des approches empiriques (Ouyang, 2014). Le tableau 1, ci-dessous, recense les typologies majeures citées dans la littérature académique.

13 Zimmerman (2004) suggère qu'il existe globalement des interdépendances fonctionnelles et spatiales. Fonctionnelles, lorsqu'une infrastructure est nécessaire au fonctionnement d'une autre infrastructure, comme la nécessité d'alimenter en électricité les pompes d'une station d'épuration des eaux usées. Et spatiales lorsqu'il y a une proximité géographique entre deux ou plusieurs infrastructures, dans le cas par exemple de tunnels transportant à la fois des personnes, des câbles électriques et des lignes de télécommunication. De leur côté, Rinaldi et al. (2001) spécifient des interdépendances d'ordre physiques (une dépendance physique du flux matériel entre infrastructures), cybernétiques ou informationnelles (une dépendance à l'égard du transfert d'informations entre les infrastructures), géographiques (liés à la co-localisation d'infrastructures ou de leurs composantes sur des espaces géographiques) et logiques (toutes autres interactions d'ordre humain). Par-delà l'aspect technique, Pederson et al. (2006) relèvent l'importance des aspects décisionnels et sociétaux dans le fonctionnement des infrastructures et mentionnent des situations d'interdépendances d'ordre politique/procédural et sociétal. En tant qu'objets socio-techniques, les infrastructures se situent au milieu d'enjeux de gouvernance, de décisions humaines, de procédures, etc. (Monstadt, Schmidt, 2019). Les interdépendances portent donc aussi sur l'effet d'une décision, suite à un changement d'état ou un événement, affectant (positivement ou négativement) d'autres secteurs (Tableau 1). De même qu'il existe des interdépendances sociétales par l'influence de facteurs tels que l'opinion publique, la confiance du public, la peur et les questions culturelles (Dudenhoeffer et al, 2006; Pederson et al. 2006). Dans son article « People as infrastructure », Simone (2004) considère que les citadins contribuent au fonctionnement des infrastructures par l'usage qu'ils en font.
<table><caption>Tableau 1. Récapitulatif des types majeurs d'interdépendances cités dans la littérature.</caption><thead><tr><th>Auteurs</th><th>Types d'interdépendances</th><th>Définitions et exemples</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="4">Rinaldi et al., 2001</td><td>Physiques</td><td>Une infrastructure nécessite un intrant, matériel ou physique, produit par une autre infrastructure.<br>Exemple : un réseau de téléphonie ou d'internet nécessite de l'énergie électrique pour fonctionner</td></tr><tr><td>Cybernétiques</td><td>Une infrastructure nécessite un intrant sous forme d'information transmise par une autre infrastructure.<br>Exemple : un réseau électrique dépend des données issues des systèmes de Supervision, de Contrôle et d'Acquisition de Données (SCADA)</td></tr><tr><td>Géographiques</td><td>Une proximité spatiale entre certaines composantes des infrastructures. Exemple : des canalisations d'eau, des lignes électriques ou des câbles de fibre optiques coexistent sur des espaces géographiques proches</td></tr><tr><td>Logiques</td><td>Toutes autres interactions d'ordre humain.</td></tr><tr><td rowspan="2">Zimmerman, 2004</td><td>Fonctionnelles</td><td>Le fonctionnement d'une infrastructure requiert celui d'une autre infrastructure.<br>Exemple : une station de traitement des eaux nécessite une alimentation électrique</td></tr><tr><td>Spatiales</td><td>Proximité spatiale entre infrastructures.<br>Exemple : des tunnels acheminent à la fois des personnes, des câbles électriques et des lignes de télécommunication</td></tr><tr><td>Pederson et al., 2006</td><td>Procédurales (ou politiques)</td><td>L'effet d'une politique ou d'une procédure prise au niveau d'une infrastructure sur d'autres infrastructures.<br>Exemple : un arrêt d'une centrale électrique par mesure de précaution ou par respect des injonctions environnementales lors d'une canicule</td></tr><tr><td>Dudenhoeffer et al., 2006</td><td>Sociétales</td><td>L'influence de facteurs sociétaux (opinions publiques et culturelles, grève, peur, conflit, etc.) pouvant affecter le fonctionnement des réseaux d'infrastructures.<br>Exemple : une peur a induit une baisse significative du trafic aérien après l'attentat du 11 septembre 2001</td></tr></tbody></table>

Source : Auteur

<footnote n="14">14 En vue de mettre à l'épreuve une typologie exhaustive reflétant les aspects socio-techniques des infrastructures, un relatif consensus peut être tiré des typologies ci-dessus. Les deux grandes catégories spatiales et fonctionnelles englobent les quatre catégories définies par Rinaldi (2001) : Les interdépendances spatiales renvoient à celles géographiques alors que les interdépendances fonctionnelles peuvent résulter d'une combinaison entre celles physiques, cybernétiques et logiques. Les interdépendances</footnote>
cybernétiques font partie des interdépendances fonctionnelles dans le sens où il s'agit d'un échange de données (i.e. informations). De même, les interdépendances dites « logiques » sont davantage distinguées par celles « politiques/procédurales » et « sociétales ». Il convient de signaler que d'autres typologies focalisent l'attention sur le caractère réciproque entre deux infrastructures. À titre d'exemple, Wallace (2001) désigne des typologies distinctes suivant qu'il s'agisse de dépendances d'intrants (i.e. un service produit par une infrastructure est requis pour le fonctionnement d'une autre), d'usage commun (i.e. un partage d'activités ou de composants matériels est requis pour fournir un service), de dépendance exclusive (i.e. un seul service d'une infrastructure donnée fait fonctionner une autre) ou mutuelle (i.e. seuls les deux services fournis par les deux infrastructures les font fonctionner mutuellement). Ces catégories soulèvent le débat terminologique sur la définition même des interdépendances, si celles-ci concernent les relations de dépendances ou seulement celles de réciprocités, à savoir une dépendance mutuelle entre des entités (objets, individus ou groupes) » (Luiijf, Klaver, 2021).

15 Le terme « (inter)dépendances » semble plus approprié lorsqu'il s'agit de mettre une typologie théorique à l'épreuve des études de cas. On peut alors retenir quatre types d'(inter)dépendances fondamentales :

* Des (inter)dépendances Fonctionnelles (F), qui regroupent des interactions, physiques et informationnelles, nécessaires aux fonctionnements des infrastructures.

* Des (inter)dépendances Géo-spatiales (G), qui regroupent des interactions liées à la proximité géographique entre les infrastructures et/ou leurs composantes.

* Des (inter)dépendances Procédurales (P) qui font référence aux effets (positifs et négatifs) des décisions humaines (i.e., gouvernance) prises à l'échelle d'un réseau d'infrastructures. Dans un contexte de réseaux d'infrastructures fragmentés, sectorielles et multi-domaines, la question de leur gouvernance génère d'importants défis de coordination et de coopération entre divers acteurs, logiques, niveaux, etc. (Monstadt, Schmidt, 2019).

* Des (inter)dépendances Sociétales (S) reflètent l'interaction avec la société civile ou des acteurs non institutionnels. Ce type d'(inter)dépendance qui émane des facteurs sociétaux (e.g. une opposition sociale à une tarification routière) (Pederson et al., 2006) incarne aussi les impacts des comportements collectifs ou des transitions sociotechniques sur la continuité de fonctionnement des réseaux d'infrastructures en place. Le phénomène du déclin des villes « Shrinking Cities » en fournit un exemple : un déclin démographique ou une baisse de consommation en eau a fortement déstabilisé le fonctionnement du réseau technique (surdimensionné) d'eau et de chauffage urbain (Florentin, 2016). La principale différence entre l'(inter)dépendance procédurale et celle sociétale est la nature informelle de cette dernière.

16 Ces quatre types d'(inter)dépendances (F), (G), (P) et (S) permettent d'englober des relations bidirectionnelles (actives dans les deux sens) et unidirectionnelles (à sens unique) à l'échelle de l'infrastructure, des réseaux ou des services. Dans la suite de cet article, le terme « réseaux urbains » sera utilisé pour couvrir un large éventail d'infrastructures issues de nombreux secteurs et domaines, transcendant ainsi leur vision réductrice d'artefacts techniques. Ce terme convient à l'ère urbaine actuelle, en ce sens qu'il évoquer aussi la forte implication des réseaux dans la fabrique des villes qu'ils desservent. À travers cette typologie, cet article propose de sortir d'une acception centrée sur l'infrastructure au profit d'une approche systémique portant plus
précisément sur l'interdépendance des réseaux et les perspectives de résilience des territoires urbains.

17 Cette typologie est examinée dans des données empiriques afin d'apporter des réponses à la question suivante : « Par quel(s) type(s) d'interdépendances la défaillance initiale d'un réseau urbain entraîne-t-elle la défaillance d'autres réseaux ? »

# Données empiriques

## Études de cas

18 Divers événements marquants ont eu comme point commun des perturbations massives des réseaux urbains. Hormis l'évènement déclencheur, diverses (inter)dépendances ont contribué à la propagation des impacts. De par leurs nature dramatique ou l'ampleur des dommages, certains désastres tels que l'attentat du WTC « World Trade Center » en 2001 ou la catastrophe de Fukushima en 2011 ont largement été documentés en rapport avec les interdépendances fonctionnelles ou géo-spatiales. D'autres évènements tels que des éruptions volcaniques ou des canicules ont aussi occasionné des défaillances significatives en rapport avec notre objectif. Chaque défaillance des infrastructures dévoile des processus relationnels qui méritent d'être examinés. Le choix des études de cas se motive par la nature hétérogène des événements et, par conséquent, des situations différentes d'(inter)dépendances que chaque évènement révèle. En cohérence avec notre objectif, cet ensemble permet de réunir des situations illustrant l'implication des quatre types d'(inter)dépendances étudiées dans la défaillance de divers réseaux urbains. À cet égard, six événements sont présentés ici en fonction de la complexité des interdépendances et des échelles géographiques d'impacts. On procède d'abord dans l'ordre suivant : des défaillances localisées résultant principalement d'interdépendances fonctionnelles (i.e., les ouragans Irma et Maria en 2017) à des défaillances plus complexes et géographiquement étendues résultant de plusieurs types d'interdépendances (i.e., l'attaque du World Trade Center en 2001 et la catastrophe de Fukushima Daiichi en 2011). La revue de ces trois évènements dont les défaillances sont initiées par des dysfonctionnements techniques se poursuit par les trois évènements (i.e., l'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull en 2010, la canicule d'août 2003 et le black-out indien de 2012) dont les défaillances sont plutôt induites en l'absence d'endommagement des infrastructures. Les données recueillies ici émanent principalement des rapports, notes d'informations et bulletins officiels mais aussi des travaux scientifiques et des retours d'expériences sur ces évènements marquants.

19 Cette partie énumère les défaillances (i.e. perturbations, dysfonctionnements ou ruptures) dues aux interdépendances, survenues au cours de chaque évènement, avant de fournir une synthèse sous forme d'une matrice des réseaux urbains interdépendants.

## Les ouragans Irma et Maria

20 En 2017, ces deux ouragans ont impacté plusieurs îles en provoquant des coupures de courant, des pénuries d'eau, des ruptures des transports et des services de santé. L'ouragan Irma a dévasté plusieurs îles, dont les îles Saint-Barthélemy et Saint-Martin.
Sur ces deux îles, les communications et l'électricité ont été totalement coupées par l'effet des vents violents. Cependant, des (inter)dépendances (F) ont largement contribué à l'aggravation des impacts. La production électrique dépend de l'approvisionnement en carburant (fioul) (Roche et al., 2018) au moment où les dommages aux ports et aéroports ont isolé ces deux îles fortement dépendantes des approvisionnements externes. L'arrêt des usines de désalinisation de l'eau a donc entraîné d'office une absence totale d'eau potable⁴. L'impraticabilité des routes a empêché les opérations de collecte, stockage et traitement des déchets (Popescu et al., 2020). L'absence du courant, de télécommunication et la rupture des transports (interne et externe) ont induit une rupture des chaines d'approvisionnement alimentaires. Or, en dépit du ravitaillement externe en produits alimentaires, la cuisson d'aliments chez les particuliers fut impossible avec des réseaux électriques encore hors service (Defosez, Gherardi, 2020). Par-delà l'(inter)dépendance (F), un exemple d'(inter)dépendance (S) mérite d'être cité : il s'agit de déversements de déchets post-catastrophe par les populations sur les voies publiques. L'absence de filières spécialisées pour certains déchets accumulés post-catastrophe a conduit les populations à des dépôts massifs, bloquant ainsi les voies de transport sur de vastes zones (des Bois, 2018). À Porto Rico, les deux ouragans se sont succédé en l'espace de deux semaines causant des effets similaires de rupture des réseaux routiers, des réseaux d'approvisionnement en eau, des lignes de distribution électrique et des tours de téléphonie cellulaire mais aussi des perturbations considérables des services de santé. Au sixième jour après l'événement, 58 hôpitaux (sur un total de 69) manquaient encore d'électricité et de carburant pour les générateurs, plus de 55 n'avaient pas d'eau potable, et 14 n'ont pas pu transférer leurs patients vers d'autres hôpitaux (Kattel, Aros-Vera, 2020). La rupture du réseau électrique a duré presqu'un an à cause des 30 000 miles de lignes de distribution séparant les centrales de production situées au sud des grands centres de population au nord de l'île de Porto Rico (Schweikert et al., 2019).

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Les défaillances observées ici témoignent du rôle majeur des (inter)dépendances (F). Cet évènement montre aussi que les (inter)dépendances peuvent coexister : la rupture des approvisionnements alimentaires fut attribuée aux dommages des infrastructures aéroportuaires et routières (i.e., (inter)dépendances (F)) mais aussi aux déversements par les populations de déchets sur les voies de transport (i.e., (inter)dépendances (S)). Le contexte particulier des territoires insulaires soulève la question de leur dépendance aux flux externes et à des infrastructures éloignées.

## L'attentat du World Trade Center

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L'attaque terroriste du World Trade Center (WTC) de 2001 est un drame qui a entraîné des pertes de vies et des perturbations massives aux infrastructures de la ville de New York et au-delà. Cet évènement illustre des (inter)dépendances (G) à l'interface des infrastructures de transport, des lignes de télécommunication, des canalisations souterraines d'eau et des câbles électriques. L'effondrement des tours jumelles a d'abord fait disparaître à la fois un nœud de transport central au sous-sol et une concentration de nœuds de télécommunication sans fil sur le toit (Vale, Campanella, 2005). Les réseaux de transport et de télécommunication sont simultanément perturbés, car les tunnels de Manhattan servent à la fois de voies de transport et de conduits pour les lignes de télécommunication (Wallace et al., 2001). La concentration
entre les différents modes de transport – transports de surface (routes, ponts et tunnels), bus et métros, trains de banlieue, services ferroviaires à longue distance et ferries – a étendu l'échelle spatiale des perturbations bien au-delà du bas Manhattan (FEMA⁵, 2001a; Zimmerman, 2004). De surcroît, des inondations en provenance des canalisations endommagées ont également envahi les tunnels et les voies du métro, mettant hors d'usage des câbles électriques et des voies souterraines de transports (Zimmerman, 2004). Avec plus de câbles à fibres optiques concentrés sous les rues de Manhattan que dans toute l'Afrique à cette date (Vale, Campanella, 2005), les dommages occasionnés ont même franchi les frontières, entraînant des pannes du web en Afrique du Sud, en Allemagne, en Italie et en Roumanie (Luiijf, Klaver, 2021).

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D'une part, cet évènement illustre les effets négatifs de la centralité et de la forte concentration des infrastructures sur l'accroissement des (inter)dépendances (G). La colocation des composantes de certaines infrastructures permet d'optimiser les coûts, tant économiques en matière de construction, d'entretien et de maintenance (O'Rourke et al., 2003) qu'environnementaux, en termes de consommation d'espace (Zimmerman, 2004). Contrairement au cas des ouragans Irma et Maria, les réseaux d'infrastructures ici sont étroitement interdépendants, tant sur le plan géo-spatial que sur le plan fonctionnel. D'autre part, cet évènement offre deux exemples d'(inter)dépendances procédurales. La première se reflète dans l'interruption des transports aériens par le biais d'une procédure d'urgence : le gouvernement américain a interrompu les vols aériens pour une durée d'environ quatre jours (Pederson et al., 2001) impactant ainsi d'autres réseaux. La seconde s'inscrit dans la décision de non partage de données sur les services énergétiques après l'attaque du 11 septembre pour des questions de sécurité interne. De telles mesures justifiées à l'échelle d'un réseau ou d'un territoire impactent désormais le fonctionnement d'autres réseaux et sur de larges espaces. À la différence de l'évènement précédant où des espaces subissent des défaillances provenant d'infrastructures lointaines et dispersées, l'effondrement du WTC témoigne de la diffusion d'impacts locaux sur des échelles plus importantes, régionale et internationale.

## La catastrophe de Fukushima Daiichi

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En 2011, un triple évènement (tremblement de terre, tsunami, accident nucléaire) a causé des milliers de victimes humaines, des ruptures dans l'approvisionnement d'eau et d'alimentation, de la production et la distribution d'électricité et des réseaux de transport sur des vastes régions de l'est du Japon. Au lendemain du désastre, 4.4 millions de ménages étaient privés d'électricité, un million et demi sans eau (Tsunami Global Lessons Learned Project, 2015) et environ un million et demi de lignes de télécommunication ont été interrompues selon l'Agence Internationale de l'Énergie Atomique (IAEA, 2015 ; Pescaroli, Kelman 2017). Les opérations de délestage durant les mois suivants ont été subies par plus de 10 millions d'usagers japonais (MEDDE⁶, 2013). Alors que la baisse de la production d'électricité a entraîné l'arrêt total ou partiel d'autres installations (cimenteries, raffineries et stations de pompage d'eau potable) au Japon (MEDDE, 2013), des perturbations majeures ont affecté la production de grands groupes industriels, du secteur de l'électronique et de l'automobile en Asie et aux Etats-Unis (Sampognaro, Sicsic, 2012). L'approvisionnement alimentaire a succombé à l'absence de lignes de communication et aux dommages des infrastructures de transport (OCHA⁷, 2011). À l'échelle de la préfecture de Fukushima, la défaillance
simultanée des télécommunications, de l'électricité, des transports et d'approvisionnement en eau a paralysé l'ensemble des réseaux et a même ralenti le rétablissement de ces quatre réseaux fortement interdépendants. En outre, cet évènement met en évidence une coexistence des (inter)dépendances (P) et (S) : des pénuries alimentaires ont certes vu le jour suite à des restrictions gouvernementales sur la distribution et la consommation des denrées alimentaires, de l'eau et d'autres produits de premières nécessité (IAEA, 2014). Or, et même avant l'ordonnance de restrictions par les autorités sanitaires ou suite à l'effondrement des chaînes alimentaires, une réticence des populations a impacté la commercialisation des aliments suspectés de contamination par l'iode 131 (Hirakawa et al., 2017).

Les trois événements évoqués ci-dessus révèlent notamment des interdépendances des infrastructures techniques. D'autres défaillances sont également induites en l'absence de pannes ou d'impact physique au niveau des infrastructures.

## L'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull

En 2010, une éruption volcanique en Islande a entraîné l'arrêt du trafic aérien, par mesures de sécurité, sur une grande partie de l'Europe et par conséquence la plupart des aéroports mondiaux. Des campagnes politiques officielles ont été annulées, des événements culturels et sportifs majeurs ont été suspendus ou reportés (Pescaroli, Alexander, 2016). Cet évènement met en évidence la criticité des réseaux de transport dans le fonctionnement des autres réseaux. Avec les fermetures des espaces aériens, le report intensif sur les transports terrestres a d'abord entraîné des pannes des systèmes informatiques de réservation des trains et de location des voitures. En outre, l'arrêt pour des procédures de sécurité des vols aériens a entraîné des pénuries de matériel électronique, d'équipements technologiques, de denrées périssables et a entravé l'acheminement de produits pharmaceutiques, d'organes ou de moelle osseuse pour transplantation (Pescaroli et Alexander, 2016). Dans un monde globalisé, l'acheminement du personnel ou des pièces nécessaires au fonctionnement des réseaux électriques peut s'avérer crucial. Les réseaux d'alimentation et de santé sont particulièrement sensibles aux défaillances, sur des échelles locales et globales, des réseaux de transport. Les pénuries en matériel, équipements et fournitures de soins et de santé (lits d'hôpital, masques, gel hydro-alcoolique, blouses de protection) durant l'actuelle pandémie de la covid-19 est un exemple récent de cette dépendance aux réseaux de transport. Cet événement bref soulève toutefois le rôle des (inter)dépendances (P) et (S) en l'absence de pannes techniques des infrastructures ou de leurs composantes. Ces deux types d'(inter)dépendances ont été fortement impliquées dans la canicule de 2003 en France ou le black-out indien.

## La canicule d'août 2003

En 2003, une canicule a affecté l'ensemble de la France causant un vrai séisme sanitaire avec près de 15 000 décès (Lagadec et Laroche, 2005). Alors que l'intensité de la canicule montre une nette distinction entre le nord et le sud de la France (Cantat, 2005), l'ampleur des défaillances s'est étendue à la quasi-totalité du pays. Cet évènement illustre d'abord une (inter)dépendance (P) à l'origine des pannes électriques. Par respect aux réglementations environnementales sur les températures de rejets d'eau des centrales nucléaires dans les fleuves, l'arrêt temporaire d'une partie du parc
nucléaire a induit des ruptures de courant. L'arrêt provisoire des centrales coïncide paradoxalement avec des besoins croissants en électricité pour fabriquer plus de froid : ventilation et climatisation des espaces publiques et privés, des bâtiments (e.g. hôpitaux et établissements de soins), des transports urbains et dispositifs industriels de refroidissement (Létard et al., 2004). À juger par ses effets, cette (inter)dépendance (P) a engendré indirectement des défaillances similaires aux (inter)dépendances (F) déjà connues. En effet, la qualité des services de santé dans les hôpitaux s'est dégradée avec des températures atteignaient 41, parfois 45 degrés à l'intérieur de locaux. Le stockage des produits alimentaires, chez les grossistes et la grande distribution, a succombé aux ruptures électriques fréquentes. Ces contraintes de stockages coïncident avec des difficultés d'approvisionnement : le transport ferroviaire a été fortement affectée par les fortes températures dans les compartiments et par les déformations des rails de chemin de fer sous l'effet de la chaleur (Evin, d'Aubert, 2004). La SNCF⁸ a été mise en cause par les agriculteurs car le transport de denrées a été entravé par la fermeture de la plupart des gares en milieu rural. Selon le rapport de la commission d'enquête sur les conséquences de la canicule, la baisse significative des productions animales et végétales a induit une flambée des prix de vente de certains produits agricoles (Evin, d'Aubert, 2004).

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Cet épisode climatique révèle des effets limités d'(inter)dépendances grâce notamment aux arrêtés de restriction de consommation d'eau dans l'irrigation des cultures, les usages domestiques et les secteurs industriels. Pour les usagers, des besoins justifiés en climatisations (des logements chez les particuliers, des espaces de production, de stockage ou de vente chez les industriels ou encore des centres de données et hébergeurs informatiques chez les opérateurs télécoms) auraient pu induire, par (inter)dépendance (S), des pannes électriques. Ces arrêtés ont anticipé une disproportion entre la forte demande et l'offre insuffisante d'électricité. Une telle disproportion peut en effet entraîner un black-out, tel qu'observé en 2012 en Inde.

## Le black-out indien

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En l'été 2012, l'Inde a vécu un blackout géant qui a privé près de 670 millions de personnes d'électricité et affectant 21 des 28 États indiens selon l'Agence Internationale de l'Énergie (IEA, 2020). Ce black-out met en exergue les effets d'une (inter)dépendance (S) à l'égard du réseau électrique qui alimente pratiquement toutes nos activités, à savoir cuisiner, se déplacer, se chauffer, communiquer ou échanger de l'argent. Une forte, et imprévue, demande en électricité provenant du secteur agricole au nord de l'Inde a engendré un déficit du réseau local sous-dimensionné. Des flux tendus d'électricité des réseaux de l'ouest et de l'est vers le nord du pays ont ensuite entraîné cette panne électrique historique (IEA, 2020). Cette (inter)dépendance (S) a initié une longue série de défaillances dues aux (inter)dépendances (F). Il s'agit de la fermeture des aéroports et des chemins de fer, des perturbations du fonctionnement des hôpitaux et du trafic routier en l'absence de feux de signalisation (Mehdudia, Ramachandaran, 2012). Des stations d'eau ont également été fermées et plusieurs milliers d'individus ne pouvaient même pas tirer de l'eau des puits désormais alimentés par des pompes électriques (Min, 2015). Cet évènement alerte particulièrement sur le rôle potentiellement grandissant des (inter)dépendances (S) à l'aune des évolutions rapides des modes de consommation, des usages et du développement des territoires. Des défaillances peuvent alors découler des évolutions imprévues et/ou disproportionnées
de la demande (en eau, électricité, débit internet, etc.) par rapport aux dimensionnements préalables des réseaux techniques. Les usagers d'un service urbain interagissent aussi voire transforment les réseaux techniques.

30 Une multitude de situations d'(inter)dépendances résulte de cette variété d'études de cas. Une synthèse de nos résultats permettra d'examiner en détail les rôles respectifs de chaque type d'(inter)dépendances.

## Synthèse des résultats

31 Le tableau 2 offre une synthèse de nos résultats sous forme d'une matrice qui recense les exemples les plus significatifs des défaillances attribuées aux (inter)dépendances (Tableau 2). Compte tenu de l'objectif de cet article, la représentativité des quatre types d'(inter)dépendances a été le critère appliqué pour compléter chaque case de cette matrice. Les cases non complétées (i.e., non recensé) reflètent ainsi l'absence de défaillances attribuables aux (inter)dépendances dans les données empiriques étudiées. Il convient de signaler que cette matrice se limite aux défaillances relevant d'un fonctionnement normal des réseaux, et non en cas de crise, de réparation ou de rétablissement post-crise.

32 À travers des lectures horizontales, cette matrice relie la défaillance initiale d'un réseau donné avec les défaillances recensées au sein des autres réseaux. Pour faciliter l'analyse, les infrastructures et leurs composantes sont regroupés en réseaux d'énergie électrique (i.e. production, transmission et distribution de l'électricité), de transport (i.e. mobilité des personnes et des biens/marchandises via les autoroutes/routes, le rail, l'aviation, le transport maritime et les pipelines), des télécommunications (i.e., téléphonie, signalisation GPS, internet et intranets, et services informatiques et de gestion de données), d'eau et d'assainissement (i.e. approvisionnement en eau et opérations d'assainissement), de réseaux alimentaires (i.e. production, transformation et commercialisation alimentaire) et de santé (i.e. soins et santé publique). Les types d'(inter)dépendances impliqués dans la propagation des défaillances sont également notés.

33 À titre d'exemple, une défaillance du réseau électrique a affecté, par (inter)dépendance (F), les réseaux de transport (e.g., fermeture des aéroports, du chemin de fer, du transport routier), de télécommunications (e.g., arrêt des systèmes informatiques), d'eau et d'assainissement (e.g. fermeture des stations d'eau et arrêt des opérations de traitement des eaux usées), les réseaux alimentaires (e.g., arrêt des appareils électroménagers chez les particuliers et des équipements et machines agricoles et industriels) et de santé (e.g., arrêt des équipements équipements/appareils hospitaliers). Ces derniers, ont aussi été affectés par (inter)dépendance (P) : pour des raisons de sécurité interne, la restriction des données sur l'énergie électrique empêche, depuis l'attentat du 11 septembre, des infrastructures dépendantes tels que les hôpitaux de prévoir des futures pannes d'électricité dans leurs plans de crise (Chang et al., 2014). Cette (inter)dépendance (P) ne figure pas dans la matrice (Tableau 2) qui se limite au cadre d'un fonctionnement normal des réseaux.

34 De même, nos résultats montrent qu'une défaillance initiale des réseaux de transport s'est propagée aux réseaux électriques par (inter)dépendance (F) et (G), aux réseaux de télécommunications, d'eau et d'assainissement par (inter)dépendance géo-spatiale, et
aux réseaux d'alimentation et de santé par (inter)dépendances (F) et (P) (Tableau 2). La même démarche a été appliquée pour recenser les défaillances initialement générées par les réseaux de télécommunications, d'eau et d'assainissement, d'alimentation et de santé.

35 Cette démarche permet d'ores et déjà de déduire l'absence de défaillances directes parmi certains réseaux. En effet, et selon les données empiriques étudiées, les réseaux d'alimentation n'ont affecté aucun autre réseau, excepté celui de l'énergie électrique interrompu par (inter)dépendance (S). Il en est de même pour les réseaux de santé dont la défaillance initiale n'a affecté que les réseaux d'alimentation par (inter)dépendances (P) et (S).

36 Sous forme d'une matrice, cette synthèse rend l'analyse des (inter)dépendances plus accessible par des lectures complémentaires horizontales, verticales et à travers la ligne diagonale. En tant qu'outil d'analyse, cette matrice nous permet d'identifier les types d'(inter)dépendances impliqués dans la propagation des défaillances (lectures horizontales), de caractériser la vulnérabilité de chaque réseau, en tant qu'élément exposé aux défaillances (lectures verticales), et de distinguer les dépendances unidirectionnelles de celles bidirectionnelles (lecture des deux côtés de la ligne diagonale) au sein des réseaux concernés. Dans cette matrice, le réseau défaillant est considéré comme le principal déclencheur des défaillances sur des réseaux en fonctionnement a priori normal.

<table><caption>Tableau 2. Matrice des défaillances des réseaux urbains interdépendants.</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th rowspan="2">Énergie électrique</th><th rowspan="2">Transports</th><th colspan="3">Défaillances des réseaux urbains interdépendants</th><th rowspan="2">Santé</th></tr><tr><th>Télécommunications</th><th>Eau &amp; assainissement</th><th>Alimentation</th></tr></thead><tbody><tr><td>Énergie électrique</td><td>Production, transmission et distribution de l'électricité</td><td>•Fermeture des aéroports, des chemins de fer et perturbations dans la gestion des flux pour le trafic routier et maritime en l'absence du courant (F)</td><td>•Arrêt des systèmes informatiques, des services de téléphérie, d'internet ainsi que les services financiers et bancaires (F)</td><td>•Arrêt des stations d'eau, de l'approvisionnement en eau potable et des opérations de collecte, stockage et traitement (F)</td><td>•Arrêt des appareils électromagnétisés pour la cuisson chez les particuliers et des équipements et maîtres agricoles et industriels (F)</td><td>•Arrêt des équipements électriques et d'appareils de climatisation aux hôtels (F)</td></tr><tr><td>Transport</td><td>•Pannes électriques en cas de rupture d'abonnement du combustible, du personnel ou des pièces (F)<br/>•Dommages aux routes/points affectent simultanément les lignes électriques (G)</td><td>Mobilité des personnes et des biens/marchandises via les autoroutes/routes, le rail, Faviation, le transport maritime et les pipelines</td><td>•Une destruction des tunnels endommagé aussi les lignes de télécommunications (G)</td><td>•Ruptures de canalisations en cas d'endommagement des routes (G)</td><td>•Pénuries alimentaires dues aux dommages aux routes, aéroports et ports (F)<br/>•Pénuries due à l'arrêt des vols aériens par procédure d'urgence (P)</td><td>•Perturbations du transfert des patients due à l'impracticabilité des routes (F)<br/>•Perturbations des services hospitaliers en cas de suspension du trafic (P)</td></tr><tr><td>Défaillances (9) initiales (10)</td><td>•Arrêt des services informatiques de gestion des données, de surveillance et du contrôle à distance (F)</td><td>•Une panne de télécommunication interrompit la logistique des flux de transport (F)</td><td>Téléphone, signalisation GPS, internet et intraute, et services informatiques et de gestion de données</td><td>•Arrêt des services de gestion internes, des télégestions et des commandes à distance (F)</td><td>•Ruptures des chaînes de commercialisations alimentaires en cas pannes des services numériques (F)</td><td>•Les services hospitaliers dépendent d'équipements technologiques connectés, ou des rapports de santé en ligne (F)</td></tr><tr><td>Élèvements et améliorations</td><td>•Arrêt des centrales électriques en l'absence d'eau (F) ou par mesure de précaution (P)<br/>•Ruptures de canalisations souterrains endommagées des câbles électriques (G)<br/>•Black-out dû à une consommation, imprévue ou disproportionnelle à l'offre du réseau technique, par les secteurs agricoles ou industriels (S)</td><td>•Des ruptures de canalisations mondent les réseaux souterrains de transports (G)<br/>•Défaillance des égouts affecte le transport routier (G)</td><td>•Des dommages aux réseaux souterrains d'eau out noyé des câbles téléphoniques ou de fibre optique (G)</td><td>•Approvisionnement en eau et opérations d'assainissement</td><td>•Des restrictions sur l'usage de l'eau chez les agriculteurs affecte les productions et les prix des denrées alimentaires (P)</td><td>•Arrêt des services hospitaliers en l'absence d'eau potable (F)</td></tr><tr><td>Amélioration</td><td></td><td>Non recensé</td><td>Non recensé</td><td>Non recensé</td><td>Production, transformation et commercialisation alimentaire</td><td>Non recensé</td></tr><tr><td>Santé</td><td>Non recensé</td><td>Non recensé</td><td>Non recensé</td><td>Non recensé</td><td>•Des restrictions gouvernementales (P) ou des suspicions des populations (S) sur la contamination des aliments affecte les chaînes d'approvisionnements</td><td>Non et de santé publique</td></tr></tbody></table>

(Inter)dépendances Fonctionnelles (F); (Inter)dépendances Géo-spatiales (G); (Inter)dépendances Procédurales (P); (Inter)dépendances Sociétales (S)

## Résultats et analyses

37 Chaque défaillance initiale a entraîné la défaillance d'au moins un autre réseau (Tableau 2). Nos résultats mettent en évidence des risques-réseaux : les réseaux urbains génèrent et subissent des défaillances par le biais de leurs (inter)dépendances. Le degré d'(inter)dépendance varie selon la nature du réseau initialement défaillant, le réseau
affecté et le type d'(inter)dépendance les reliant. Les (inter)dépendances peuvent coexister, de sorte qu'un même réseau peut générer et subir des défaillances par différents types d'(inter)dépendances. Selon le réseau en question, les échelles spatiales des défaillances dépassent parfois largement celles du territoire.

## Les réseaux génèrent et subissent des défaillances

38 Par un focus sur l'(inter)dépendance, une lecture horizontale permet d'identifier les réseaux les plus générateurs des défaillances. Les (inter)dépendances jouent le rôle d'amplificateurs de risques (Petit, Verner, 2016), si bien que certains réseaux se révèlent plus agressifs, plus dommageables envers les autres réseaux (Lhomme, 2012).

39 Selon nos résultats, les quatre réseaux d'énergie électrique, de transport, de télécommunication et d'eau et d'assainissement sont susceptibles de générer autant de défaillances envers les réseaux interdépendants (voir Tableau 2). Leurs défaillances initiales ont, bien que de manière disparate, affecté l'ensemble des autres réseaux. De ce même point de vue, les réseaux les moins générateurs de défaillances sont les réseaux d'alimentation et de santé.

40 Si l'on considère les types d'(inter)dépendances impliquées, on constate que les réseaux électriques et de télécommunications ont, en commun, généré des défaillances exclusivement par (inter)dépendances (F). La défaillance des réseaux de transport et d'eau et d'assainissement partagent en commun la propagation de défaillances par (inter)dépendances (G). D'un point de vue purement fonctionnel, les réseaux électriques et de télécommunications sont, au même titre, les réseaux les plus dommageables, en tant que vecteurs de défaillances aux réseaux interdépendants. Les défaillances dues aux (inter)dépendances (F) sont les plus fréquentes, selon les données empiriques. Cependant, les réseaux de transport et d'eau et d'assainissement génèrent des défaillances par des types d'(inter)dépendances plus variés. En cas de défaillances à leur niveau, ces réseaux génèrent des défaillances par (inter)dépendances (G), (F) et (P).

41 Les réseaux urbains génèrent mais subissent aussi des défaillances. Le tableau 3, ci-dessous, récapitule les types d'(inter)dépendances par lesquels chaque réseau est vecteur de risques et/ou vecteurs de vulnérabilités. Indépendamment des évènements déclencheurs, les réseaux sont également des éléments (ou des enjeux) à risque. À travers une lecture verticale, on peut identifier les types des (inter)dépendances impliqués dans les défaillances subies par chaque réseau.

<table><caption>Tableau 3. Types d'(inter)dépendances impliqués dans la propagation des défaillances et dans la vulnérabilité des réseaux.</caption><thead><tr><th></th><th>Les interdépendances comme vecteurs de risques</th><th>Interdépendances comme vecteurs de vulnérabilités</th></tr></thead><tbody><tr><td>Énergie électrique</td><td>(F)</td><td>(F), (G), (P) et (S)</td></tr><tr><td>Transports</td><td>(G), (F) et (P)</td><td>(F) et (G)</td></tr><tr><td>Télécommunications</td><td>(F)</td><td>(F) et (G)</td></tr><tr><td></td><td>(G), (F) et (P)</td><td>(F) et (G)</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>Eau &amp; assainissement</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alimentation</td><td>(S)</td><td>(F), (P) et (S)</td></tr><tr><td>Santé</td><td>(P), (S)</td><td>(F) et (P)</td></tr></table>

(Inter)dépendances Fonctionnelles (F) ; (Inter)dépendances Géo-spatiales (G) ; (Inter)dépendances Procédurales (P) ; (Inter)dépendances Sociétales(S)

42 La notion de risques-réseaux réside dans la superposition de réseaux urbains potentiellement impactant (générateurs de défaillances) et impactés (exposés à la défaillance initiale d'autres réseaux). La vulnérabilité d'un réseau donné peut alors se refléter à travers les défaillances, dues aux (inter)dépendances, recensées à son échelle. Les réseaux d'alimentation semblent être les plus vulnérables dans la mesure où ils subissent des défaillances issues de tous les autres réseaux.

43 Or, si l'on considère les types d'(inter)dépendances impliquées, la vulnérabilité la plus notable est plutôt observée chez les réseaux électriques qui s'exposent à des défaillances attribuables aux quatre (inter)dépendances étudiés (Tableau 2). Cette vulnérabilité due aux (inter)dépendances fait de la défaillance des réseaux électriques un point commun de nos cas d'études. Lorsque l'on se focalise sur l'(inter)dépendance, la criticité d'un réseau urbain ne s'explique pas seulement par l'impact généré envers les autres réseaux. Une combinaison entre les lectures horizontales et verticales contribue à faire valoir la criticité des réseaux selon qu'ils constituent à la fois des vecteurs de risques et de vulnérabilités. Ce raisonnement permet ici d'argumenter la grande criticité des réseaux électrique en raison de leurs implications dans les quatre types d'interdépendances.

44 Cette propension de générer et de subir des dommages désigne désormais l'existence de risques-réseaux à l'échelle des territoires urbains. L'approvisionnement d'un service essentiel donné dépend de la nature des relations qu'entretient le réseau en question avec les autres réseaux.

## Des relations unidirectionnelles, réciproques et mutuelles

45 De chaque côté de la ligne diagonale de la matrice (Tableau 2), on peut porter l'analyse sur l'interaction entre chaque paire de réseaux. Les situations de défaillances recensées (et non recensées) renseignent sur la nature des relations qu'entretiennent les réseaux. Par déduction, on peut alors distinguer des relations unidirectionnelles et bidirectionnelles (réciproques et/ou mutuelles).

46 Les relations unidirectionnelles, qui traduisent un lien à sens unique parmi les réseaux étudiés, correspondent aux cases « non recensé » de la matrice. Il s'agit des réseaux alimentaires qui dépendent des réseaux de transports, des télécommunications, d'eau et d'assainissement et de santé. Et de ces derniers qui dépendent des réseaux d'énergie électrique, des télécommunications, d'eau et d'assainissement et d'approvisionnement alimentaire. Cette dépendance unidirectionnelle implique que la durée d'interruption, de rétablissement, et plus largement, de la résilience restent tributaire des réseaux desquels ils dépendent. Cette donnée implique aussi que les espaces au niveau desquels ces deux réseaux sont impactés se limitent à subir les défaillances.
47 En parallèle, il existe des relations bidirectionnelles réciproques (d'un réseau envers l'autre et inversement). Celles-ci sont réciproques et mutuelles quand « seuls les deux services fournis par les deux réseaux les font fonctionner mutuellement » (Wallace et al., 2001; Luiijf, Klaver, 2021).

48 Selon nos résultats, quatre situations illustrent des relations réciproques, visibles de part et d'autre de la ligne diagonale de la matrice. La première situation correspond aux réseaux énergie électrique-télécommunications, qui échangent une dépendance réciproque fonctionnelle. Les réseaux de télécommunication (téléphonie, signalisation GPS, internet, intranet, etc.) nécessitent de l'énergie électrique, alors que les réseaux électriques sont eux-mêmes gérés par des technologies d'information et de communication sophistiqués. La seconde situation correspond aux réseaux énergie électrique-eau et assainissement, qui échangent une dépendance réciproque fonctionnelle : la majorité des systèmes de production d'électricité dépend de l'approvisionnement en eau alors que les stations d'eau et les opérations d'assainissement dépendent de l'alimentation électrique. La troisième situation correspond à la dépendance réciproque fonctionnelle entre les réseaux électriques-transport : les réseaux électriques dépendent du transport du personnel, pièces et autres ressources alors que les réseaux de transport dépendent de l'électricité pour la gestion des flux de circulation et les centres de contrôle. Cette réciprocité fonctionnelle explique pourquoi ces quatre réseaux génèrent autant de défaillances qu'ils en subissent les uns des autres. La quatrième et dernière situation illustre une dépendance géo-spatiale réciproque des réseaux de transport et d'assainissement : les réseaux routiers dépendent d'un point de vue géo-spatial des réseaux souterrains (d'eau et d'égouts) et inversement.

49 Parmi ces relations réciproques, on peut nuancer celles mutuelles. Celles-ci sont rares selon nos données empiriques. Elles concernent l'énergie électrique et les télécommunications. Leur réciprocité mutuelle fusionne aujourd'hui ces deux réseaux en un seul (i.e., cyber-électrique) et explique le biais commun par lequel ces deux réseaux génèrent et subissent des défaillances par interdépendance (F). Elle concerne aussi la relation géo-spatiale mutuelle des transports et d'eau et d'assainissement. Cette réciprocité mutuelle explique le biais commun par lequel ces deux réseaux génèrent et subissent des défaillances par interdépendance (G) (Tableau 3). Le renforcement des dépendances mutuelles rend les infrastructures à la fois plus fiables et plus vulnérables. Les dépendances mutuelles et réciproques accentuent la vulnérabilité des réseaux (et des espaces) les exposant à des défaillances simultanées : la défaillance d'un réseau est synonyme de la défaillance de l'autre. Cette réciprocité mutuelle attribue aux réseaux (et aux espaces) concernés à la fois le rôle de vecteurs de risques et de vulnérabilité. Si l'interdépendance (G) induit des défaillances simultanées à l'échelle de la zone d'impact, l'interdépendance (F) réciproque (et mutuelle) induit des défaillances différées (et simultanées) sur de vastes zones.

## Discussion

50 Nos résultats montrent l'imbrication des territoires et des réseaux urbains. Notre cadre analytique pointe les interdépendances comme une partie du problème (vulnérabilité) et de la solution (résilience). En approvisionnant des services essentiels, les réseaux urbains enlacent des territoires éloignés, les exposant ainsi à des risques-réseaux au-
delà des emprises spatiales. De ce prisme, la résilience territoriale est tributaire du fonctionnement des réseaux. Il est donc important de considérer l'implication des quatre types d'interdépendance dans la perspective d'une ville résiliente.

51 Les (inter)dépendances (F) sont prédominantes selon nos études de cas. Ce type d'(inter)dépendance accroit la fiabilité et la performance des infrastructures, mais aussi leur vulnérabilité. Les défaillances recensées furent en majorité liées aux grands réseaux d'énergie électrique et télécommunications. Les dépendances unidirectionnelles et/ou réciproques envers ces deux réseaux sont d'autant plus crucialles que ces deux réseaux sont mutuellement dépendants. Les risques de rupture des services vitaux s'accentuent, à mesure que les villes sont « otages de l'électricité » (Graham, Thrift, 2007) et que les infrastructures sont de plus en plus informatisées, automatisées et mises en réseau.

52 Tous les réseaux urbains étudiés ici sont vulnérables à ce type d'(inter)dépendance, ce qui montre que la fourniture au niveau territorial d'un service urbain est de facto le produit de relations indépassables entre deux ou plusieurs infrastructures. D'un point de vue purement fonctionnel, presqu'aucun service urbain n'est aujourd'hui purement le produit de ses propres infrastructures. De ce strict point de vue, la séparation initiale entre infrastructures, par secteur ou domaine, est largement discutable. Les infrastructures sont tellement distinctes et, à bien des égards, elles sont aussi suffisamment liées fonctionnellement pour ne pas être considérées séparément. Est-il désormais pertinent de parler de la résilience stricto sensu d'une infrastructure ou d'un réseau urbain en particulier ? Les approches sectorielles ne sont plus en phase avec la prévalence actuelle des interdépendances fonctionnelles, en ce sens qu'elles doivent évoluer vers des approches plus systémiques pour garantir un fonctionnement continu. Pour une ville résiliente, cela implique un changement de paradigme : au lieu de se concentrer sur l'« infrastructure critique » qui fournit le service essentiel en question, il conviendrait de se concentrer sur les « réseaux fonctionnellement interdépendants » permettant la fourniture de ce service essentiel. Si l'on considère que la criticité des réseaux s'argumente aussi par la criticité du type d'(inter)dépendance les reliant, les (inter)dépendances fonctionnelles s'avèrent aussi critiques que les infrastructures critiques elles-mêmes.

53 Les (inter)dépendances (G) résultent de l'urbanisation accrue et des besoins conséquents de concentrer des composantes d'infrastructures sur des espaces réduits. Selon les données empiriques, ce type d'(inter)dépendance résulte de la défaillance initiale des deux réseaux mutuellement dépendants : les transports et l'eau et l'assainissement (Tableaux 2 et 3). Ces deux réseaux sont également, avec les réseaux d'électricité et de télécommunications, parmi les plus vulnérables aux (inter)dépendances (G). Parfaitement illustré lors de l'effondrement des tours du « World Trade Center », ce type d'(inter)dépendance est étroitement associé aux politiques de densification des infrastructures et, plus généralement, des espaces urbains. En théorie, les (inter)dépendances (G) peuvent être relativement atténuées en agissant sur le degré de densification des infrastructures. Or, la proximité physique des infrastructures s'inscrit dans un cadre plus large, celui des politiques de densification urbaine. Celles-ci prônent le modèle d'une « ville compacte » qui prévoit un maillage dense du résidentiel, du tertiaire et des modes de transports (Charmes, 2010) afin de répondre à des impératifs de durabilité (e.g., économie de ressources et réduction des émissions polluantes). Une forte proximité entre les infrastructures d'eau,
d'assainissement et de transport accentue désormais les probabilités de ruptures des services essentiels. Selon nos résultats, cette densification des infrastructures génère des risques de défaillances à l'échelle des quatre réseaux d'énergie électrique, de transport, de télécommunications et celui d'eau et d'assainissement. Ce type d'interdépendance renvoie alors aux défis de réunir la ville durable et la ville résiliente.

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Dans les données empiriques étudiées, les (inter)dépendances (P) et (S) paraissent moins fréquentes ; certes, elles n'en demeurent pas moins significatives en perspective.

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La prise en compte des (inter)dépendances (P) est majeure pour deux raisons principales. La première raison tient à la prévisibilité de la propagation non linéaire des effets. En l'absence de liens avérés entre infrastructures, ce type d'(inter)dépendance échappe à la spatialisation et à la territorialisation des aléas. Les (inter)dépendances (G) et (F) sont, respectivement, indiquées par des proximités géographiques et des échanges de flux (physiques ou informationnels) entre infrastructures. Ce partage en commun de l'espace et/ou de flux est un indicateur pertinent qui fait défaut en matière de prévention des (inter)dépendances (P). Celles-ci surviennent au niveau du « service » et non au niveau des « infrastructures » et leur prévention s'avère alors délicate. La deuxième raison est qu'une procédure/politique revendique une stratégie de résilience, face à un aléa ou visant à optimiser un réseau donné. C'est en réponse à l'aléa « terrorisme » que des mesures de non-partage de données énergétiques furent adoptées après le 11 septembre. Ceci altère la résilience des services hospitaliers qui s'y appuient pour prévenir les pannes électriques et planifier leurs plans de crise. De même, le confinement et le télétravail comme mesures préconisées face à la pandémie de la Covid-19 ont perturbé les réseaux de transports et ont généré « une hausse inédite de cyberattaques, ciblant les systèmes informatiques de certaines infrastructures telles que les stations de traitement d'eaux usées » (Galland, Blanchet, 2020). En quête d'amélioration du fonctionnement interne, la mise en œuvre de certaines mesures spécifiques par les opérateurs d'un réseau donné ne prend pas toujours en compte les retombées de cette résilience sur les réseaux interdépendants (CGEDD, 2015 ; Touili, 2021). À cet égard, la numérisation et la digitalisation du réseau électrique visent a priori à renforcer sa résilience au détriment de l'accroissement des cyberattaques (Laigneau, 2020). Ce type d'(inter)dépendances incarne donc des résiliences indépendantes de réseaux interdépendants. Compte tenu de la multitude des réseaux urbains, la continuité de leurs fonctionnements dépendra de la cohérence des stratégies de résiliences, visant à maintenir ou à optimiser un réseau donné.

56

Quant aux (inter)dépendances (S), elles mettent en perspective la stabilité et la pérennité des réseaux techniques face aux dynamiques territoriales. Les situations d'(inter)dépendance (S) disposent d'un point commun : l'influence des usagers des services urbains sur les caractéristiques des infrastructures techniques. Celles-ci exercent une forte emprise sur les usages imposant ainsi des modes de vie, d'action ou de consommation (Illich, 1975). La capacité des usagers à intervenir dans les infrastructures fut alors marginalisée. Ce type d'(inter)dépendance vient rappeler que l'infrastructure constitue un système sociotechnique qui en mettant en lien des usagers les rend influents. Il résulte d'un changement d'état, brusque ou imprévu, du monde social et non d'une action nuisible intentionnelle. À l'avenir, ce type d'(inter)dépendance risque de s'intensifier avec l'essor des villes « hors-réseaux » portées par des intérêts climatiques, de durabilité ou encore d'autonomie et de résilience. Des transitions urbaines vers des villes post-réseau (ou hors-réseau) et
l'émergence des dispositifs technologiques à « petite échelle », « décentralisés », « dispersés » ou « alternatifs » constituent des défis majeurs pour les grands réseaux (Coutard, Rutherford, 2013). Sachant que les villes dépendent d'infrastructures spatialement éloignées pour répondre à leurs besoins d'énergie, de télécommunications, d'alimentation et d'eau (Graham, Thrift, 2007), des transitions urbaines vers des formes de proximités et de circuits-courts impliqueraient des réajustements, voire des mutations infrastructurelles. Au sens large, ce type d'(inter)dépendance renvoie à des initiatives locales de résiliences territorialisées auxquelles des réseaux mondialisés et globalisés doivent s'accommoder. Le maintien d'un approvisionnement continu des services essentiels dépend alors de la capacité de prévoir des intérêts situés et d'asseoir de nouvelles formes d'organisations et de gouvernance multi-échelles.

Conclusion

57

Ce travail s'est penché sur l'étude des interdépendances à l'interface des infrastructures et des territoires. En particulier, il soulève l'importance des (inter)dépendances procédurales et sociétales, peu évoquées dans la littérature scientifique. Cela soulève toutefois un point : dans quelle mesure pouvons-nous généraliser nos conclusions sur la prévalence des interdépendances fonctionnelles dans nos études de cas ? En mettant l'accent sur les interdépendances, ce travail soutient la criticité des objets en fonction des liens établis, ce qui implique que la liste des infrastructures « critiques » est appelée à progresser.

58

En outre, ce travail introduit la notion de risques-réseaux. Celle-ci s'avère essentielle pour explorer des perspectives de résilience des réseaux et des territoires urbains. Les résultats de ce travail sont certes limités par le contexte des villes occidentales et par les retours d'expériences étudiés. Ces résultats remettent toutefois en question le concept émergent de la ville résiliente. Compte tenu des interdépendances irréductibles, les défaillances des réseaux urbains sont à prévoir (i.e., inévitables), sans être entièrement prévisibles. Dans cette optique, quels territoires pouvons-nous qualifier de résilients ? Le rapprochement entre réseaux et territoires résilients risque de conduire à une impasse. Si l'on considère que le concept d'une ville résiliente prône un maintien ininterrompu des services urbains, celui-ci risque d'être un concept inaccessible, hors de portée. S'il on considère désormais que le concept d'une ville résiliente accepte les ruptures des services urbains et s'appuie sur une maintenance et des réparations « maintenance and repair » continues des infrastructures, ce concept risque d'être creux, vide de sens. Quelle ville ne serait pas résiliente puisque tous les territoires impactés par le passé ont, d'une manière ou d'une autre, rebondi par un retour à la normale dans l'approvisionnement des services urbains. En contrepartie d'un confort et d'une qualité de vie accrus, les territoires urbains perdent une certaine souveraineté sur la maîtrise des risques de défaillances des réseaux. Il y a peut-être lieu d'interroger la nature expansionniste des infrastructures dans le façonnement des villes du monde occidental.
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## NOTES

1. American Society of Civil Engineers (2009), *Guiding principles for the nation's critical infrastructure*.

2. President's Commission on Critical Infrastructures Protection.

3. Proposition de directive du Parlement européen et du Conseil sur la résilience des entités critiques, 16 déc. 2020, COM(2020) 829 final, http://www.senat.fr/ue/pac/EUR000006746.html

4. http://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/fiches/BO20178/met_20170008_0000_0007.pdf

5. Federal Emergency Management Agency.

6. Ministère de l'Ecologie du Développement Durable et de l'Energie (MEDDE) (2013), *Le risque technologique : panorama des accidents industriels survenus lors du grand séisme et tsunami de Tohoku*, Rapport, 110 p.

7. Office of the Coordination of Humanitarian Affairs (OCHA).

8. La Société Nationale des Chemins de Fer français.
RÉSUMÉS

À partir d'une typologie théorique et de données empiriques tirées d'évènements
catastrophiques, cet article fournit une matrice des défaillances des réseaux interdépendants
d'énergie, de transport, de télécommunications, d'eau et d'assainissement, d'alimentation et de
santé. La forte urbanisation a entraîné une expansion des réseaux d'infrastructures critiques,
dont les défaillances sont notamment dues à leurs interdépendances multiples et de plus en plus
complexes. L'identification préalable des relations d'interdépendances s'avère alors primordiale
pour prévenir des risques de défaillances. Cet article identifie quatre types d'interdépendances
(fonctionnelles, géo-spatiales, procédurales et sociétales) et examine leurs rôles respectifs dans
les défaillances recensées lors des ouragans Irma et Maria en 2017, de l'attentat du WTC (World
Trade Center) en 2001, de la catastrophe de Fukushima en 2011, de l'éruption du volcan islandais
Eyjafjallajökull en 2010, de la canicule de 2003 et du black-out en Inde de 2012. Ce travail aboutit
à une matrice inter-réseaux urbains qui apporte des réponses à la question suivante : par quel(s)
type(s) d'interdépendance(s), la défaillance initiale d'un réseau urbain entraîne-t-elle la
défaillance d'autres réseaux ? Cette matrice met en évidence des risques-réseaux en identifiant
les types d'interdépendances par lesquels les réseaux génèrent et subissent des défaillances.
Cette démarche déductive permet de nuancer des relations de dépendances unidirectionnelles,
réciproques et mutuelles. Nos résultats argumentent la criticité des infrastructures par la
criticité du type d'interdépendance qui les relie. Une réflexion est ainsi menée sur la résilience
territoriale et celle des réseaux dans des perspectives d'accroissement des interdépendances
étudiées.

From a theoretical typology and empirical data derived from disaster events, this paper provides a matrix of cascading failures of interdependent infrastructures of energy, transport, telecommunications, water and sanitation, food systems and health services. High urbanisation has led to an expansion of networked infrastructure, whose failures are notably related to their numerous and complex interdependencies. A prior identification of these interdependencies is fundamental to prevent cascading failure risks. This paper identifies four types of interdependencies (functional, geo-spatial, procedural and societal) and examines their respective roles in the failures experienced during the 2017 hurricanes Irma and Maria, the 2001 World Trade Center attack, the 2011 Fukushima disaster, the 2011 eruption of the Icelandic volcano Eyjafjallajökull, the 2003 heat wave and the 2012 Indian blackout. A cross-network matrix is thus developed to address the following question: through which type(s) of interdependencies does the initial failure of a given infrastructure network trigger failures in interdependent networks? Our deductive approach reveals network-risks and identifies the types of interdependencies by which infrastructure networks represent a hazard sources and/or a vulnerable stake to one another. Unidirectional, reciprocal and mutual dependencies are then underlined. Accordingly, the continuous supply of urban services is thus explored within the perspective of increasing interdependencies.
# INDEX

**Mots-clés** : infrastructures, réseaux urbains, interdépendances, défaillances, risques-réseaux, résilience des réseaux, résilience territoriale

**Keywords** : infrastructures, urban networks, interdependencies, disruptions, network-risks, urban resilience, territorial resilience

# AUTEUR

**NABIL TOUILI**

UMR SADAPT, INRAE, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, nabil.touili@inrae.fr