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This thesis explore the issue of a pedestrian evacuation of coastal population in an urban environment in case of tsunami and seism, through the implementation of the model STEP. Studies examine two fields : Saint-Laurent-du-Var (France) and Siracusa (Italy). They provide varied configurations of disaster risk exposure and different evacuation strategies for a coastal urban population.Urban environment is the central point of this thesis. First, visibility in an urban context is evaluated through its effect on pedestrian evacuation. Second, by taking into account multi-hazard context through the impacts on buildings from a precursor earthquake and questioning the walkability of evacuation routes to safe areas.The STEP model is a hybrid modelisation combining agent-based and cellular automatons. It is implemented on Saint-Laurent-du-Var based on geographical data (topography, buildings). The tsunami is based on worstcase simulation data. Visibility in an urban context is determined by the height of safe areas and surrounding buildings; it creates “shadow-zones” where people have no line-of-sight to safe areas around them. Walkability of the urban environment is based on the probability of a building collapse according to seismic intensity. Debris may obstruct streets and force people to seek alternative routes to safe areas. According to the worst-case simulation data, three main evacuation scenarios were implemented and explored through parameters related to agents and safe areas. These three scenarios vary the visibility and walkability independently in order to better evaluate the effects of the results.The greatest impact seen within STEP simulations is determined by the location of safe areas and paying attention to seismic activity in an urban environment. This thesis shows the importance of considering specific evacuation requirements for coastal urban environments. It also demonstrates that multi-hazards should be a central concern when defining evacuation strategies for populations.; Cette thèse questionne l’évacuation piétonne d’une population littorale en milieu urbain en cas de tsunami et séisme, à travers la mise en place du modèle STEP. Deux sites d’étude ont été considérés : Saint-Laurent-du-Var (France) et Syracuse (Italie), qui présentent des configurations d’exposition aux risques et des stratégies d’évacuation de la population différentes.L’espace urbain est au coeur du questionnement de cette thèse. Premièrement, à travers l’influence que la lisibilité du milieu urbain peut avoir sur une évacuation piétonne. Deuxièmement, par la prise en compte du contexte multi-risques et des dommages d’un séisme précurseur sur les constructions, en questionnant la praticabilité des itinéraires d’évacuation en milieu urbain. STEP est un modèle hybride alliant le multi-agents et les automates cellulaires et implémenté sur la commune de Saint-Laurent-du-Var. Son environnement est construit à partir des données géographiques de terrain (topographie, bâtiments). Le tsunami est implémenté à partir des données issues de simulations d’évènements de référence. La lisibilité de l’espace urbain est construite à travers la mise en place de zones de non-visibilité des zones refuge générées en fonction de leur hauteur et de celle des bâtiments. La praticabilité de l’espace urbain se traduit par la mise en place d’une probabilité d’effondrement des constructions en fonction de l’intensité sismique, pouvant obliger les individus à trouver un autre itinéraire jusqu’aux zones refuge. Trois scénarios principaux ont été mis en place, se basant sur des évènements de références et explorés par variation des paramètres liés aux agents et zones refuge; ces trois scénarios principaux font varier la lisibilité et la praticabilité de manière indépendante afin de mieux en percevoir les effets sur les résultats.Au final, la variation de la localisation des zones refuge, ainsi que la prise en compte du contexte multi-risques en milieu urbain ont une influence importante sur les résultats issus des simulations de STEP. Cette thèse met donc en avant l’importance de la considération de la spécificité d’une évacuation en milieu urbain ainsi que du contexte multi-risques pour la mise en place de stratégies d’évacuation de population sur un territoire.

This thesis explore the issue of a pedestrian evacuation of coastal population in an urban environment in case of tsunami and seism, through the implementation of the model STEP. Studies examine two fields: Saint-Laurent-du-Var (France) and Siracusa (Italy). They provide varied configurations of disaster risk exposure and different evacuation strategies for a coastal urban population. Urban environment is the central point of this thesis. First, visibility in an urban context is evaluated through its effect on pedestrian evacuation. Second, by taking into account multi-hazard context through the impacts on buildings from a precursor earthquake and questioning the walkability of evacuation routes to safe areas. The STEP model is a hybrid modelisation combining agent-based and cellular automatons. It is implemented on Saint-Laurent-du-Var based on geographical data (topography, buildings). The tsunami is based on worst-case simulation data. Visibility in an urban context is determined by the height of safe areas and surrounding buildings; it creates “shadow-zones” where people have no line-of-sight to safe areas around them. Walkability of the urban environment is based on the probability of a building collapse according to seismic intensity. Debris may obstruct streets and force people to seek alternative routes to safe areas. According to the worst-case simulation data, three main evacuation scenarios were implemented and explored through parameters related to agents and safe areas. These three scenarios vary the visibility and walkability independently in order to better evaluate the effects of the results. The greatest impact seen within STEP simulations is determined by the location of safe areas and paying attention to seismic activity in an urban environment. This thesis shows the importance of considering specific evacuation requirements for coastal urban environments. It also demonstrates that multi-hazards should be a central concern when defining evacuation strategies for populations.; Cette thèse questionne l’évacuation piétonne d’une population littorale en milieu urbain en cas de tsunami et séisme, à travers la mise en place du modèle STEP. Deux sites d’études ont été considérés : Saint-Laurent-du-Var (France) et Syracuse (Italie), qui présentent des configurations d’exposition aux risques et des stratégies d’évacuation de la population différentes. L’espace urbain est au cœur du questionnement de cette thèse. Premièrement, à travers l’influence que la lisibilité du milieu urbain peut avoir sur une évacuation piétonne. Deuxièmement, par la prise en compte du contexte multi-risques et des dommages d’un séisme précurseur sur les constructions, en questionnant la praticabilité des itinéraires d’évacuation en milieu urbain. STEP est un modèle hybride alliant le multi-agents et les automates cellulaires et implémenté sur la commune de Saint-Laurent-du-Var. Son environnement est construit à partir des données géographiques de terrain (topographie, bâtiments). Le tsunami est implémenté à partir des données issues de simulation événements de référence. La lisibilité de l’espace urbain est construite à travers la mise en place de zones de non-visibilité des zones refuge générées en fonction de leur hauteur et de celle des bâtiments. La praticabilité de l’espace urbain se traduit par la mise en place d’une probabilité d’effondrement des constructions en fonction de l’intensité sismique, pouvant obliger les individus à trouver un autre itinéraire jusqu’aux zones refuge. Trois scénarios principaux ont été mis en place, se basant sur des événements de références et explorés par variation des paramètres liés aux agents et zones refuge ; ces trois scénarios principaux font varier la lisibilité et la praticabilité de manière indépendante afin de mieux en percevoir les effets sur les résultats. Au final, la variation de la localisation des zones refuges ainsi que la prise en compte du contexte multi-risques en milieu urbain ont une influence importante sur les résultats issus des simulations de STEP. Cette thèse met donc en avant l’importance de la considération de la spécificité d’une évacuation en milieu urbain ainsi que du contexte multi-risques pour la mise en place de stratégies d’évacuation de population sur un territoire.

This thesis explore the issue of a pedestrian evacuation of coastal population in an urban environment in case of tsunami and seism, through the implementation of the model STEP. Studies examine two fields : Saint-Laurent-du-Var (France) and Siracusa (Italy). They provide varied configurations of disaster risk exposure and different evacuation strategies for a coastal urban population.Urban environment is the central point of this thesis. First, visibility in an urban context is evaluated through its effect on pedestrian evacuation. Second, by taking into account multi-hazard context through the impacts on buildings from a precursor earthquake and questioning the walkability of evacuation routes to safe areas.The STEP model is a hybrid modelisation combining agent-based and cellular automatons. It is implemented on Saint-Laurent-du-Var based on geographical data (topography, buildings). The tsunami is based on worstcase simulation data. Visibility in an urban context is determined by the height of safe areas and surrounding buildings; it creates “shadow-zones” where people have no line-of-sight to safe areas around them. Walkability of the urban environment is based on the probability of a building collapse according to seismic intensity. Debris may obstruct streets and force people to seek alternative routes to safe areas. According to the worst-case simulation data, three main evacuation scenarios were implemented and explored through parameters related to agents and safe areas. These three scenarios vary the visibility and walkability independently in order to better evaluate the effects of the results.The greatest impact seen within STEP simulations is determined by the location of safe areas and paying attention to seismic activity in an urban environment. This thesis shows the importance of considering specific evacuation requirements for coastal urban environments. It also demonstrates that multi-hazards should be a central concern when defining evacuation strategies for populations., Cette thèse questionne l’évacuation piétonne d’une population littorale en milieu urbain en cas de tsunami et séisme, à travers la mise en place du modèle STEP. Deux sites d’étude ont été considérés : Saint-Laurent-du-Var (France) et Syracuse (Italie), qui présentent des configurations d’exposition aux risques et des stratégies d’évacuation de la population différentes.L’espace urbain est au coeur du questionnement de cette thèse. Premièrement, à travers l’influence que la lisibilité du milieu urbain peut avoir sur une évacuation piétonne. Deuxièmement, par la prise en compte du contexte multi-risques et des dommages d’un séisme précurseur sur les constructions, en questionnant la praticabilité des itinéraires d’évacuation en milieu urbain. STEP est un modèle hybride alliant le multi-agents et les automates cellulaires et implémenté sur la commune de Saint-Laurent-du-Var. Son environnement est construit à partir des données géographiques de terrain (topographie, bâtiments). Le tsunami est implémenté à partir des données issues de simulations d’évènements de référence. La lisibilité de l’espace urbain est construite à travers la mise en place de zones de non-visibilité des zones refuge générées en fonction de leur hauteur et de celle des bâtiments. La praticabilité de l’espace urbain se traduit par la mise en place d’une probabilité d’effondrement des constructions en fonction de l’intensité sismique, pouvant obliger les individus à trouver un autre itinéraire jusqu’aux zones refuge. Trois scénarios principaux ont été mis en place, se basant sur des évènements de références et explorés par variation des paramètres liés aux agents et zones refuge; ces trois scénarios principaux font varier la lisibilité et la praticabilité de manière indépendante afin de mieux en percevoir les effets sur les résultats.Au final, la variation de la localisation des zones refuge, ainsi que la prise en compte du contexte multi-risques en milieu urbain ont une influence importante sur les résultats issus des simulations de STEP. Cette thèse met donc en avant l’importance de la considération de la spécificité d’une évacuation en milieu urbain ainsi que du contexte multi-risques pour la mise en place de stratégies d’évacuation de population sur un territoire.

In the context of the building’s protection against seismic risk, the strengthening technique by FRP (Fiber Reinforced Polymers) plating and wrapping provides a relevant solution. The objective of this thesis is to propose a reliable modeling for determining the quasi-static and dynamic responses of a wide variety of structural elements and to draw advantage in design. The modeling strategies make use of 3D elements or finite elements based on simplified kinematics (multilayer shells or multifiber beams), associated with local damage and plasticity laws for the constitutive materials (concrete, rebar and FRP). The perfect bond assumption between steel-concrete and FRP-concrete allows efficiently calculating the quasi-static and dynamic behaviors of short and slender columns, as well as short and slender walls. The mechanical contribution of FRP plating and wrapping is reproduced in the modeling by adding material (bar type elements with FRP characteristics) and by changing the parameters of the concrete model on the basis of the experience and analytical formula issued from the literature. The relevance of the approach is finally highlighted by comparing the time-history response of real braced frame or wall structures with the experimental results., Dans le cadre de la mise à niveau sismique des bâtiments existants, la technique de renforcement par placage et enrobage de polymères renforcés de fibres (FRP) offre une réponse pertinente. L’objectif de cette thèse est de proposer une modélisation fiable pour la détermination de la réponse quasi-statique et dynamique d’une grande variété d’éléments de structure et d’identifier les apports possibles d’une telle modélisation à la conception. Les stratégies de modélisation s’appuient sur l’utilisation d’éléments finis massifs ou basés sur une cinématique simplifiée (coques multicouches et poutres multifibres), associés à des modèles locaux d’endommagement et de plasticité pour les matériaux en présence (béton, armatures et FRP). L’hypothèse d’adhérence parfaite, d’une part, entre les armatures et le béton, et d’autre part, entre les bandes de FRP et le béton, permet de calculer efficacement les cas des poteaux courants, des poteaux courts, des voiles longs et courts, dans les régimes quasi-statique (pushover) et dynamique. Le renforcement par placage et enrobage FRP pour des structures en béton armé, est reproduit au sein de la modélisation par un apport de matière (éléments de type barre avec les caractéristiques propres des FRP) et des modifications des paramètres de la loi de comportement du béton, justifiées par l’expérimentation et la littérature. La pertinence de l’approche est finalement démontrée en confrontant la réponse temporelle de structures à l’échelle 1, de type ossature ou de type contreventé par des voiles, aux résultats expérimentaux issus de benchmarks internationaux.

In the context of the building’s protection against seismic risk, the strengthening technique by FRP (Fiber Reinforced Polymers) plating and wrapping provides a relevant solution. The objective of this thesis is to propose a reliable modeling for determining the quasi-static and dynamic responses of a wide variety of structural elements and to draw advantage in design. The modeling strategies make use of 3D elements or finite elements based on simplified kinematics (multilayer shells or multifiber beams), associated with local damage and plasticity laws for the constitutive materials (concrete, rebar and FRP). The perfect bond assumption between steel-concrete and FRP-concrete allows efficiently calculating the quasi-static and dynamic behaviors of short and slender columns, as well as short and slender walls. The mechanical contribution of FRP plating and wrapping is reproduced in the modeling by adding material (bar type elements with FRP characteristics) and by changing the parameters of the concrete model on the basis of the experience and analytical formula issued from the literature. The relevance of the approach is finally highlighted by comparing the time-history response of real braced frame or wall structures with the experimental results., Dans le cadre de la mise à niveau sismique des bâtiments existants, la technique de renforcement par placage et enrobage de polymères renforcés de fibres (FRP) offre une réponse pertinente. L’objectif de cette thèse est de proposer une modélisation fiable pour la détermination de la réponse quasi-statique et dynamique d’une grande variété d’éléments de structure et d’identifier les apports possibles d’une telle modélisation à la conception. Les stratégies de modélisation s’appuient sur l’utilisation d’éléments finis massifs ou basés sur une cinématique simplifiée (coques multicouches et poutres multifibres), associés à des modèles locaux d’endommagement et de plasticité pour les matériaux en présence (béton, armatures et FRP). L’hypothèse d’adhérence parfaite, d’une part, entre les armatures et le béton, et d’autre part, entre les bandes de FRP et le béton, permet de calculer efficacement les cas des poteaux courants, des poteaux courts, des voiles longs et courts, dans les régimes quasi-statique (pushover) et dynamique. Le renforcement par placage et enrobage FRP pour des structures en béton armé, est reproduit au sein de la modélisation par un apport de matière (éléments de type barre avec les caractéristiques propres des FRP) et des modifications des paramètres de la loi de comportement du béton, justifiées par l’expérimentation et la littérature. La pertinence de l’approche est finalement démontrée en confrontant la réponse temporelle de structures à l’échelle 1, de type ossature ou de type contreventé par des voiles, aux résultats expérimentaux issus de benchmarks internationaux.

The study, based on experiments and numerical modeling, discusses the behavior of masonry walls in the loading case of a uniform out of plane pressure. Engineering applications are multiple, for example the case of detached house built on mountain in blue area, where structures are liable to undergo an impact of snow avalanche type; or the case of masonry subjected to lateral pressure induced by accidental load such as an explosion in Seveso area or more generally in city following the explosion of a gas pipeline. Our study allows, first to quantify the bearing capacity in the case of uniform pressure in quasi-static loading case, and thus to highlight the associated modes of rupture, and secondly to estimate the improvements in terms of global behavior when the structure is reinforced by Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) layers. Then, discrete element method (DEM) is illustrated by applications to various masonry problems from simple to more complicated, where in plane loading, out of plane loading, or both, are considered. This modeling allows us to evaluate the pertinence and limitations of DEM in masonry structure. Finally we discuss the dynamic tests, with the case of impact, easier to manage in laboratory than the testing dynamic "blast type" that we will put into perspective., Cette contribution, en s’appuyant sur expérimentation et modélisation numérique, vise à une meilleure compréhension du comportement de structures en maçonnerie. Nous traitons tout d’abord le cas des murs soumis à un chargement hors plan de type pression uniforme. Les applications en ingénierie sont multiples, par exemple le cas de la maison individuelle construite en montagne en zone bleu, zone où les structures sont susceptibles de subir un impact de type avalanche de neige ; ou encore le cas de la maçonnerie soumise à une pression latérale induite par une charge accidentelle telle qu’une explosion dans une zone Seveso ou plus généralement en ville suite à l’explosion d’une conduite de gaz. Notre étude se confine au cas quasi-statique, l’objet étant une meilleure compréhension du comportement d’un mur en maçonnerie soumis à pression latérale uniforme. Nous avons aussi testé différentes configurations de renforcement par matériau composite. Puis nous évaluons pas à pas, les possibilités de la modélisation via la méthode des éléments discrets (DEM). Des essais judicieusement choisis, maçonnerie à joint sec ou mortier, nous permettent d’en évaluer les pertinences et les limites. Nous abordons ensuite sur maquettes, les essais sous charge ponctuelle hors plan en quasi-statique et le cas de l’impact en dynamique, puis nous traitons des essais vibratoires et des sollicitations dynamiques harmoniques. La modélisation DEM est aussi évaluée dans certains cas tels que les vibrations et les sollicitations modales, voir l’application d’une sollicitation sismique unidirectionnelle. L’étude des sollicitations dynamiques est limitée à la vibration et l’impact, plus facile à gérer en laboratoire que les essais dynamiques de « type souffle », non ici abordés mais que nous mettons en perspective.

The study, based on experiments and numerical modeling, discusses the behavior of masonry walls in the loading case of a uniform out of plane pressure. Engineering applications are multiple, for example the case of detached house built on mountain in blue area, where structures are liable to undergo an impact of snow avalanche type; or the case of masonry subjected to lateral pressure induced by accidental load such as an explosion in Seveso area or more generally in city following the explosion of a gas pipeline. Our study allows, first to quantify the bearing capacity in the case of uniform pressure in quasi-static loading case, and thus to highlight the associated modes of rupture, and secondly to estimate the improvements in terms of global behavior when the structure is reinforced by Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) layers. Then, discrete element method (DEM) is illustrated by applications to various masonry problems from simple to more complicated, where in plane loading, out of plane loading, or both, are considered. This modeling allows us to evaluate the pertinence and limitations of DEM in masonry structure. Finally we discuss the dynamic tests, with the case of impact, easier to manage in laboratory than the testing dynamic "blast type" that we will put into perspective., Cette contribution, en s’appuyant sur expérimentation et modélisation numérique, vise à une meilleure compréhension du comportement de structures en maçonnerie. Nous traitons tout d’abord le cas des murs soumis à un chargement hors plan de type pression uniforme. Les applications en ingénierie sont multiples, par exemple le cas de la maison individuelle construite en montagne en zone bleu, zone où les structures sont susceptibles de subir un impact de type avalanche de neige ; ou encore le cas de la maçonnerie soumise à une pression latérale induite par une charge accidentelle telle qu’une explosion dans une zone Seveso ou plus généralement en ville suite à l’explosion d’une conduite de gaz. Notre étude se confine au cas quasi-statique, l’objet étant une meilleure compréhension du comportement d’un mur en maçonnerie soumis à pression latérale uniforme. Nous avons aussi testé différentes configurations de renforcement par matériau composite. Puis nous évaluons pas à pas, les possibilités de la modélisation via la méthode des éléments discrets (DEM). Des essais judicieusement choisis, maçonnerie à joint sec ou mortier, nous permettent d’en évaluer les pertinences et les limites. Nous abordons ensuite sur maquettes, les essais sous charge ponctuelle hors plan en quasi-statique et le cas de l’impact en dynamique, puis nous traitons des essais vibratoires et des sollicitations dynamiques harmoniques. La modélisation DEM est aussi évaluée dans certains cas tels que les vibrations et les sollicitations modales, voir l’application d’une sollicitation sismique unidirectionnelle. L’étude des sollicitations dynamiques est limitée à la vibration et l’impact, plus facile à gérer en laboratoire que les essais dynamiques de « type souffle », non ici abordés mais que nous mettons en perspective.