Complex Networks Modeling and Analysis : application to Nuclear Safety

Modélisation et Analyse des Réseaux Complexes : application à la sûreté nucléaire

Mouna Rifi (1)

1 LIPN - Laboratoire d'Informatique de Paris-Nord

This work aims to propose an adequate graph modeling approach for nuclear safety accident systems and sequences.These systems and sequences come from "Probabilistic Safety Analysis" (PSA) which is an exhaustive analysis of all possible accident scenarios, to estimate their probabilities of occurrence (by grouping them by families) and the associated consequences.Then, an analysis of the resulting networks is performed by network centrality measures. A first application consists on predicting the nuclear Risk Increase Factor, which is a PSA importance factor, using supervised learning algorithms : classification tree methods, logistic regression and ensemble learning methods, on un balanced data. Furthermore, a new synthetic centrality coefficient and a similarity measure are developed to compare the networks structures and their topological characteristics, based on their centrality vectors interdependencies. This new approach uses statistical techniques (sampling,correlation and homogeneity).The relevance and appreciation of this new measure of similarity are validated on the clustering of most popular theoretical graphs and on the prediction of the type of these graphs. Finally, an application of this approach has been conducted for the clustering of nuclear safety systems networks.

Ce travail propose une modélisation adéquate en graphes pour les systèmes et séquences accidentelles de sûreté nucléaire. Ces systèmes et séquences proviennent des "Etudes Probabilistes de Sûreté" (EPS) qui consistent à analyser de façon exhaustive tous les scénarios accidentels envisageables, d’estimer leurs probabilités d’occurrence (en les regroupant par famille) et les conséquences associées.Ensuite une analyse des réseaux complexes résultants est effectuée par des mesures de centralités.Une première application consiste à la prédiction du Facteur d’Accroissement du Risque nucléaire en utilisant les algorithmes d’apprentissages supervisé : méthodes à base d’arbre de classification, régression logistique et méthodes ensemblistes, sur des données déséquilibrées.Par ailleurs, un nouveau coefficient synthétique de centralité et une mesure de similarité sont conçus pour comparer les structures de réseaux, indépendamment de leurs caractéristiques topologiques, en se basant sur les interdépendances entre leurs vecteurs de centralités.Cette nouvelle approche utilise des techniques statistiques (échantillonnage, corrélation ethomogénéité).La pertinence et l’efficacité de cette nouvelle mesure de similarité sont validées sur le clustering de graphes théoriques classiques et la prédiction du type de graphes. Enfin, une application de cette approche est réalisée pour le clustering des réseaux complexes des systèmes de sûreté nucléaire.

Mots clés: Centrality measures; Graph similarity; Kendall correlation; Graph clustering

Mots clés: Mesures de centralités; Similarité de graphes; Corrélation de Kendall; Clustering de graphes

Domaines: Modélisation et simulation; Complexité [cs.CC]

Mouna Rifi. Modélisation et Analyse des Réseaux Complexes : application à la sûreté nucléaire. Modélisation et simulation. Université Sorbonne Paris Cité, 2019. Français. ⟨NNT : 2019USPCD049⟩. ⟨tel-03169804⟩