Mots-clés : territoires en transitions, urbanisme, nouvelles technologies pour la ville et le bâtiment, systèmes techniques urbains en transitions
Cette thématique est le résultat des travaux issus du domaine large du génie urbain. Les sujets de recherche sont très porteurs pour accompagner les acteurs de la production urbaine, de la gestion des réseaux et des actifs physiques, dont l’action est profondément renouvelée par les transitions numérique, énergétique et environnementale et par l’impératif du développement urbain durable.
Pour ce thème de recherche, du bâtiment au territoire, trois approches disciplinaires ont été adoptées : le métabolisme et la valeur d’usage des actifs physiques, bâtiments et infrastructures, l’aide à la décision territoriale multicritère et multi-acteur, les modèles urbains et les politiques d’urbanisme. Ces activités de recherche conceptuelle et de recherche-action (aux échelles territoriale et urbaine) et d’expertise (à l’échelle du bâtiment et des infrastructures urbaines) ont permis de favoriser : la production de connaissances sur les nouveaux modèles urbains et politiques d’urbanisme, l’aide à la décision territoriale et l’aide à l’exploitation-maintenance et au renouvellement des bâtiments et des infrastructures urbaines pour l’étude des dynamiques urbaines.
Dans un contexte de transition écologique, l’aide à la décision vise à développer des approches multiscalaires permettant de généraliser des données rattachées aux bâtiments, pour en produire des modèles à des échelles différentes – ceci est spécifique à un des projets de recherche sur la transition énergétique. D’une manière plus large l’aide à la décision s’appuie sur des jeux données hétérogènes et sur des approches quantitatives et qualitative pour fournier des métriques et des modèles permettant d’accompagner les décideurs.
D’un point de vue méthodologique, il s’agit de coupler l’analyse spatiale, multicritère et multi-acteur aux outils de modélisation (bâtiment, transport, simulation thermique, etc.). Cette recherche sur l’aide à la décision a été testée à l’échelle de la ville couplée aux politiques urbaines énergétiques nationales et locales produisant entre autres des jeux sérieux en urbanisme. Les simulations ont été réalisées à partir d’un modèle combinant différents progiciels (SIG, BIM, simulations thermiques) et différents niveaux d’acquisition de données.
Par ailleurs, il convient de repenser les usages, fonctionnalités et fonctions économiques des actifs physiques, en prenant en considération leur valeur d’usage, au sein de la chaîne de valeur du métabolisme : modélisation, normalisation, évaluation, planification/conception. Il s’agit de modéliser et d’évaluer ce métabolisme. Pour cela, un outil PACKit/3t d’aide à la décision a été développé. Conçu sur le couplage entre le modèle sémantique PACKit (Process on Asset for Criticality and Knowledge by Inspections and Testimonies) et la solution logicielle 3t, il assure une gestion prédictive des actifs physiques et s’inscrit dans une perspective d’aide stratégique et opérationnelle. Également, la valeur d’usage est améliorée en agissant sur la normalisation et la réglementation, en assurant un rôle d’expert scientifique et technique auprès de l’AFNOR, ISO et de plusieurs organisations publiques et privées.
Dans cette recherche le questionnement porte sur la capacité des documents d’urbanisme à intégrer des solutions d’adaptation au changement climatique. Elle ambitionne de développer une méthodologie prospective permettant, d’une part, d’évaluer la capacité des PLUi à intégrer des solutions alternatives d’adaptation au changement climatique, et, d’autre part, la construction de différents scénarios d’aménagement en croisant l’analyse des documents réglementaires et l’analyse spatiale (SIG) des enjeux en termes de gestion de l’eau et de confort thermique des territoires étudiés (Métropole de Nantes). Cette méthodologie permettra, à terme, une évaluation plus aisée des politiques publiques des collectivités vis-à-vis des problématiques environnementales et offrira au monde de la recherche un moyen plus réaliste d’étudier l’impact de solutions fondées sur la nature ou autres alternatives aux réseaux séparatifs ou unitaires.
À partir de terrains français et chinois, la production de la ville et le renouvellement de l’urbanisme sont étudiés à travers la circulation de modèles urbains et d’expertises (ville nouvelle, ville intelligente) et les technologies urbaines, en prenant pour terrain les politiques d’aménagement et ses pratiques, et en opérant un focus sur ses approches numérique et, secondairement, énergétique. Si les orientations et les objectifs en termes de planification urbaine sont pilotés par les politiques publiques, elles-mêmes alimentées par la circulation de modèles urbains, à l’échelle locale, l’action publique territoriale se heurte à sa propre mise en place : elle doit mettre en œuvre ces injonctions (par exemple, la transition énergétique des territoires), tout en (co)construisant avec les parties prenantes. Dès lors, l’action publique urbaine, en particulier, numérique et énergétique constitue le verrou scientifique, méthodologique et sociétal de cette recherche. Cette recherche vise à caractériser le référentiel d’urbanisme (modèle urbain), le paradigme d’action publique (politiques urbaines) auquel la planification urbaine se réfère et avec lequel elle compose. Au plan méthodologique, il s’agit de s’attacher aux jeux d’acteurs et d’échelles, ainsi qu’aux outils qu’implique cette territorialisation, soit de rendre compte de l’ancrage territorial à proprement parlé d’une planification urbaine et d’un urbanisme orienté vers le numérique et l’énergie. D’un point de vue sociétal, l’intérêt est évidemment, dans le cadre d’une recherche conceptuelle prolongée par une recherche-action, de produire de nouvelles connaissances pour accompagner scientifiquement les collectivités territoriales, voire les outiller techniquement et méthodologiquement, dans leur transition urbaine, notamment numérique et énergétique. Cette recherche sur la circulation des modèles urbains et la territorialisation des politiques d’aménagement, en particulier numérique et énergétique, vise la caractérisation des paradigmes urbains contemporains que sont la « ville nouvelle », la « ville intelligente » et sa face cachée, et la « transition énergétique des territoires », en accordant un soin particulier aux conséquences de ces injonctions sur la planification urbaine et ses pratiques.
Par ailleurs, on note que les travaux de recherche-action entre l’urbanisme, les technologies urbaines et le numérique ont permis de travailler sur les questions de territorialisation de la transition énergétique, de jeux sérieux en urbanisme, et permettent d’envisager des travaux communs avec la thématique « maquette numérique » sur les questions de reconstruction géométrique 3D et projet urbain.
D’une manière transversale, des travaux multidisciplinaires ont été menés pour analyser et modéliser un phénomène global complexe qui comprend généralement une partie « physique » (la pollution, l’inondation …) et une « réponse sociétale » à cette sollicitation négative à laquelle est soumis l’environnement urbain (gestion de crise, gestion du trafic, politique urbaine …). Dans ce cas, sur le plan des modèles et plus précisément de la modélisation numérique, le positionnement scientifique relève de la fusion de données hétérogènes et du couplage de modèles hétérogènes indispensables pour prendre en compte la complexité et la diversité des phénomènes. Le principe du couplage d’une chaîne de données et de modèles hétérogènes pour simuler des systèmes complexes et proposer des actions d’atténuation ou de résilience a notamment été développé dans le cadre du risque inondation et des évacuations de masse, puis de la pollution de l’air dû au trafic et à ses impacts sur la santé, avec le couplage de modèles de représentation classiques. Des travaux plus récents et en cours portent sur l’évaluation et l’application de modèles alternatifs d’intelligence artificielle fondés sur l’analyse des données disponibles plutôt que sur l’analyse et la modélisation des phénomènes physiques, notamment par l’utilisation des données produites par la ville intelligente.
L’estimation de l’impact du changement climatique sur l’inondation d’un territoire, nécessite le déroulement d’une chaine de modélisation plus ou moins complexe (modèles physiques, empiriques, statistiques, …) qui fait appel à un nombre important de variables, de données et de paramètres. La complexité des modèles utilisés et la multiplicité des données conduisent à des incertitudes (incertitudes liées aux modèles, à la variabilité des phénomènes étudiés, au manque d’informations ou de connaissance, …etc.) sur les résultats finaux qu’il est difficile d’évaluer. L’impact de la concomitance, i.e. la probabilité que n phénomènes initiateurs surviennent en même temps qu’ils soient dépendants ou non, est une notion très peu abordée dans la littérature. La recherche menée dans cette thématique a comme objectif la mise en œuvre d’une démarche probabiliste qui permet de simuler des scénarios d’inondation probabilisés afin de caractériser le risque associé à un site donné. Les principales étapes sont :
Cette démarche a été testée sur un quartier de la ville du Havre qui présente la particularité d’être sujet à des inondations provoquées par la surcote marine et par le ruissellement produit par la pluie.
Le développement d’outils d’aide à la décision de type BIM (Building Information Modeling) et CIM (City Information Modeling) permet d’obtenir des maquettes numériques 3D « tel que construit » associant la modélisation (géométrique) d’un bâtiment ou d’un ensemble urbain à l’ensemble des données hétérogènes disponibles, dans le but de réaliser des simulations multi-physiques pour des opérations de construction, de gestion et de maintenance. Étant donné la complexité et la variabilité des éléments architecturaux, la réalisation des modèles BIM, à partir des nuages de points, directement utilisables dans les études, reste une tâche laborieuse. Le modèle BIM, transféré dans un logiciel de simulation multi-physique, permet de comprendre le comportement du système sous différents facteurs (structurels, exploitations et/ou climatiques). Cette recherche s’intéresse aux apports des techniques expérimentales et numériques et des démarches intégrées de modélisation pour l’aide à la décision en architecture et dans les projets d’urbanisme. Les études, allant de l’ensemble de la structure jusqu’à la dégradation d’une partie en fonction de son environnement local, se font en plusieurs étapes : segmentation du nuage de points, détection d’ouvertures, détection des matériaux et finalement couplage avec une base de connaissances. Grâce à la plateforme PLEMO 3D, financée dans le cadre de l’IDEX Super de SU, cette méthodologie de modélisation a été élaborée et testée dans le cadre de quelques projets collaboratifs SU portant sur la sauvegarde et la durabilité des patrimoines archéologiques et architecturaux (cathédrale de Senlis, château de Coucy, site de l’Hermitage Lab, château de Chantilly). Les modèles 3D ont été développés pour des utilisations différentes : modèle de haute précision autorisant une lecture archéologique beaucoup plus fine que celle possible par les techniques traditionnelles, modèle utilisable pour les simulations thermiques dynamiques de bâtiments anciens, ou modèle dédié à une analyse mécanique par élément finis.
Ces travaux ont conduit à la définition d’une procédure permettant la fusion des données provenant du scanner laser avec des données obtenues par photogrammétrie terrestre, mais surtout aérienne (drone) permettant d’avoir accès aux points invisibles du scanner. Ainsi, la fusion permet de pallier aux différents manques que peuvent présenter ces deux techniques dans le but d’augmenter la précision des objets virtuels. On note également que les maquettes géométriques 3D sont étudiées aussi lors des simulations numériques avancées pour la conception de structures innovantes. Un tel type de démarche numérique intégrée a été mis en place pour une compréhension approfondie du comportement mécanique de fondations superficielles de bâtiments construits sur sols relativement mous en s’appuyant sur des modélisations numériques par éléments finis tridimensionnels.
Cette recherche, développée principalement par la chaire MIDT et ensuite poursuivie et enrichie par l’équipe, vise au développement d’une approche multimodale de la mobilité et de l’aménagement territorial à différents niveaux d’échelle. Les activités de recherche ont permis de développer trois approches complémentaires, i.e. la collecte de données, l’analyse et la modélisation des déterminants/patterns de mobilité, et les évaluations/visualisations, pour l’étude des dynamiques urbaines. À l’intersection des thématiques « Énergie et électromobilité urbaines » et « Approches techniques intégrée de l’aménagement urbain », ce positionnement permet de conceptualiser et de montrer les interrelations et les liens entre la ville et les mobilités, entre l’espace urbain et les flux de transport en vue de comprendre les dynamiques territoriales du système urbain.
Les objectifs scientifiques se structurent en trois temps :
L’ensemble des travaux se structure autour d’un triptyque méthodologique de construction de la connaissance (dispositif de quantification, dispositif de modélisation et dispositif d’évaluation) permettant d’obtenir un cadre méthodologique solide (matrice technique illustrée dans la figure ci-dessous) combinant à la fois approche quantitative et approche qualitative pour l’analyse des mobilités. Dans ce sens, les activités de recherche ont permis de déployer différents outils de collecte des données (application mobile DynAMIque, capteurs infrarouges), de modélisation (acceptabilité des véhicules autonomes, analyse des déterminants de mobilité) et de visualisation (application DYNACOV).
Les travaux ont également permis de construire des relations avec les acteurs des transports à l’échelle internationale, nationale et régionale tant dans le champ de la recherche opérationnelle que de la recherche fondamentale.
Il existe deux grandes approches pour mesurer les dynamiques urbaines :
Une grande partie des travaux de l’équipe porte sur la complémentarité de ces deux approches pour l’étude des transports et mobilités en milieu urbain. En effet, l’observation des mouvements urbains par les capteurs urbains (direct ou indirect) permet d’avoir accès à une autre connaissance du territoire. Elle revêt un intérêt fort pour l’étude des transports afin d’en adapter les politiques de planification au contexte local. Se situant au cœur de la mesure du phénomène en étant localisée et estampillée dans le temps, c’est aussi leur caractère exhaustif et continu qui en font un système de mesure d’autant plus intéressant. Néanmoins, la connaissance des déplacements en milieu urbain par ces sources présente un verrou scientifique important pour avoir une connaissance fine des dynamiques territoriales. Si l’intégration des données d’enquête pose un problème de fond pour désagréger les données sur l’espace urbain, les données de capteurs inversent la tendance et il est souvent nécessaire de les agréger pour produire une information pertinente en vue d’analyser ces mobilités. À travers la complémentarité des différentes sources de données, les recherches menées ont permis d’appréhender la dynamique des déplacements urbains, en plaçant les usagers et/ou le phénomène mesuré au centre du phénomène à étudier.
L’intérêt porté par les aménageurs et les décideurs locaux aux données issues de capteurs mobiles montre des potentiels opérationnels de plus en plus importants pour compléter les informations issues des enquêtes classiques et des systèmes de mesures classiques. Pour autant, les différents leviers éthiques et méthodologiques liés à l’exploitation des données de capteurs mobiles et individuels tendent à nous montrer que les données issues des capteurs fixes ne sont pas à mettre de côté. Elles présentent un autre type de réponses aux problèmes inhérents aux capteurs mobiles, sur plusieurs points tant thématiques et économiques, qu’éthiques. Les travaux menés sur les données de validation des transports en commun (chaire MIDT), sur les comptages de passagers des transports urbains (capteurs infrarouges) ou sur les comptages routiers (projet local DYNACOV) confortent ces constats. Ces données permettent d’identifier des déterminants/patterns de la mobilité à des échelles temporelles fines allant de l’espace urbain aux relations interurbaines.
La construction d’une approche ancrée dans les données a permis de mettre en avant les atouts d’un rapprochement des objets mesurés, pour en modéliser ensuite ces mêmes objets. Ce sont des questionnements qui portent sur la place que tiennent et tiendront les données issues des capteurs dans la quantification et la planification des territoires et des transports. Une des contributions fortes des travaux menés repose sur le fait que ce type de données (capteurs, big data, enquêtes) peuvent fournir une vision détaillée de dynamiques urbaines jusqu’alors peu mesurables à travers les systèmes de mesures du trafic routier classiques seul (les enquêtes). La complémentarité de ces dispositifs de mesures permet à la fois une vision très quantitative du phénomène mesuré mais aussi d’explorer les déterminants de mobilités associés à ce qui est mesuré à travers les capteurs via la modélisation des comportements et déterminants de mobilité. La collecte des données sur le profil des usagers ou la juxtaposition d’enquête permet d’approfondir les déterminants de mobilité. Pour approfondir ces questions, plusieurs enquêtes ont été diffusées à l’échelle internationale et nationale portant autant sur les habitudes de déplacement en milieu urbain, sur l’acceptabilité des véhicules autonomes en milieu urbain, ou la démotorisation. En complément des recherches bibliographiques sur les théories et facteurs influençant les comportements de mobilité, le développement de modèle explicatif du comportement des usagers des transports (RLM , SEM , etc.) est développé. Ces modèles statistiques ont permis d’une part de conforter les analyses et données collectées via les dispositifs de capteurs, d’approfondir les questions scientifiques rattachées à la théorie de comportement des usagers et de développer des approches complémentaires de compréhension des mobilités en milieu urbain.
Les travaux concernant la gestion des flux et infrastructures se situent dans une recherche de type application technologique et sont souvent associés aux outils multicritères d’évaluation. Ils consistent en : l’optimisation et mutualisation de routes de distribution de marchandises en zone urbaine, la localisation stratégique de centres logistiques de transbordement de marchandise dans les zones urbaines, la conception des centres logistiques en fonction des besoins de transbordement et des contraintes urbaines environnantes (géométrie des voiries, réglementation urbaine et fonctions urbaines locales), la définition des VEs de distribution les plus adaptés par rapport aux volumes, poids et types de marchandises à distribuer ainsi que par rapport aux autonomies des véhicules, l’évaluation de la faisabilité d’insertion des infrastructures de recharge des VEs sur les routes de distribution et/ou aux centres logistiques de transbordement, la définition du mode de recharge (normale, rapide ou accélérée) la plus adaptée pour les différents localisations à équiper et en fonction des contraintes logistiques (délais de chargement/transbordement/déchargement), et l’évaluation des coûts d’implantation des infrastructures de recharge dans la zone urbaine à équiper.
CONTACTS
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Tél : 03 44 23 52 98
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Tél : 03 44 23 49 22
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