Resilience of critical infrastructures : dynamic modeling of disruptive events in a European scenario

The purpose of the research work, carried out at the École des Mines d'Alès, in France, in the department of “Risques Industriels et Naturels”, is to implement European networks of critical infrastructures and to define several sets of scenarios, in order to assess resilience for different configurations. After a brief consideration about Critical Infrastructure and Resilience metrics, a system dynamics model based on Vensim PLE software has been developed. The model consists of eleven critical infrastructures interdependent among them, designated as such by the European Program for Critical Infrastructure Protection. In particular, these eleven critical infrastructures are: Energy, ICT (Information and Communication Technology), Water, Food, Health, Financial, Order & Safety, Civil Administration, Transport and Chemical & Nuclear. Thus, the model has been applied to hypothetical scenarios for impact analysis of a disruptive event on Energy infrastructure, in first time, on Water infrastructure and, finally, on ICT infrastructure, which are considered the most important critical infrastructures because a disruption in one of them, creates a higher impact on the others. In the end, the Resilience of all the critical infrastructures has been calculated and the data are plotted in function of the magnitude factor (the term “magnitude factor” depends on the damage estimation of the disruptive event and on the operator importance) and in function of the disruption duration. The results are compared, observing how each critical infrastructure reacts to a disruptive event, and how long does it take to return in equilibrium state. So, the objective of the dynamic simulations and the graphical outputs is to allow to understand the complex dynamic of European critical infrastructures system in order to develop robust strategies to prevent, manage and minimize the effects of future crises.

Lo scopo del lavoro di ricerca, svolto presso l'École des Mines d'Alès, in Francia, nel dipartimento di "Risques Industriels et Naturels", è quello di realizzare una rete di infrastrutture critiche europee e di definire diversi scenari al fine di valutare la resilienza per diverse configurazioni. Dopo una breve considerazione sulle varie definizioni, trovate in letteratura, del termine “infrastruttura Critica” e sulle varie equazioni per il calcolo della Resilienza, è stato sviluppato un modello dinamico di un sistema basato sul software Vensim PLE. Il modello è costituito da undici infrastrutture critiche interdipendenti fra di loro, designate come tali dal “Programma Europeo per la Protezione delle Infrastrutture Critiche”. In particolare, queste undici infrastrutture critiche sono: energia, ICT (tecnologia dell'informazione e della comunicazione), acqua, cibo, salute, finanza, ordine e sicurezza, amministrazione civile, trasporti e settore chimico e nucleare. Pertanto, il modello è stato applicato a ipotetici scenari per l'analisi dell'impatto di un evento distruttivo sull'infrastruttura dell’energia, in un primo momento, sull'infrastruttura dell'acqua e, infine, sull'infrastruttura dell’ICT, considerate le più importanti infrastrutture critiche in quanto, una rottura in una di queste tre, crea un impatto maggiore sulle altre. Infine è stata calcolata la Resilienza di tutte le infrastrutture critiche ed i dati sono tracciati in un grafico, in funzione del fattore di grandezza (il termine "fattore di grandezza" dipende dalla stima del danno dell'evento e dall'importanza dell'operatore) e in funzione della durata dell'interruzione. I risultati vengono confrontati, osservando come ogni infrastruttura critica reagisce ad un evento distruttivo e quanto tempo impiega tale infrastruttura per ritornare ad uno stato di equilibrio. Quindi, l'obiettivo delle simulazioni dinamiche e dei grafici dei risultati è quello di comprendere la complessa dinamica del sistema europeo delle infrastrutture critiche per poter sviluppare strategie robuste per prevenire, gestire e ridurre al minimo gli effetti di crisi future.