Conception et évaluation d'un prototype de simulation de la morphogenèse urbaine par agents vecteurs multi-échelles

The research work of this PhD thesis was carried out in the context of an interdisciplinary project related to the study of urban morphogenesis. A team composed of architects and engineers specialized in GIS technologies have worked together in this project during three years, sharing their knowledge in order to understand and simulate the evolution of the urban environment of cities. The fundamental hypothesis that conducted this research is that the city can be seen as a self-organizing system governed by a set of morphogenesis rules, which can for example, determine the location of new architectural programs and induce the city's organization, from local to global scales. Architectural programs themselves are supposed to determine city's development. In this PhD thesis a simulation prototype of the urban growth based on the use of multi-agents systems was carried out. This prototype is a computer tool that allows the analysis and representation of the growth of the built environment. Nowadays, the ability to understand and simulate urban evolution proves to be essential in order to control the evolution of a city in a sustainable development view. Furthermore, this tool should facilitate the understanding and decision-making of those concerned with problems related to urban development. The urban system has been modeled as a set of space objects, such as buildings and networks, which interact between themselves. These interactions are carried out at different levels, from local to global scales, being controlled by behavioral rules or laws of growth. The result of their interaction can be figures or emergent phenomena represented at several scales. The approach using multi-agents vector systems was chosen in order to model a geographical complex system like a city, which integrates a vectorial modeling of space. Hence, each spatial agent does not possess a limit of form and size. The interest of using multi-agents vector systems also lies in their ability to manage various models of individuals, from simple entities to more complex ones. Thus, various levels of representation, such as individuals and groups of individuals, can be managed, which is not easily feasible, for example, with cellular agents. The development platform used is GeOxygene (Java computer programming language), which is an open-source platform developed at IGN (Institut Géographique National, France), by COGIT laboratory. This platform provides several GIS functions, allowing the development and implementation of the prototype here presented. An interaction model between agents was defined and the type of scenarios of each of these interactions was detailed. A set of methods and associated classes was developed. Agent's architecture was conceived in order to allow manipulation (sending, receiving and treatment) of exchanged messages. In order to show the relevance of the multi-agent multi-scale methodology, examples of buildings creation in a case study zone were carried out. Using the multi-scale vector simulation prototype here presented, the development of cities can be computed in a very innovative way. However, the developed prototype still lacks some accuracy, mostly due to the fact that the specified laws adopted for simulation do not reflect the whole reality, which is obviously much more complex to traduce. We have not yet validated the model for other cities – nevertheless, the model could already be used as a decision support tool, particularly as a planning support instrument for architects and urban planners. With regards to future work this prototype shall be integrated in a global approach of urban simulation, allowing the analysis of environmental risks, demographic and economic growth and transports simulation at different scales of analysis and 2D/3D visualization output, such as district and city

Atelier "Systèmes d'Information et de Décision pour l'Environnement" (SIDE 2009)

National audienceLes Systèmes d'Information et les Systèmes d'Aide à la Décision représentent des solutions de plus en plus performantes pour relever les récents challenges concernant la gestion et l'analyse des données environnementales. Souvent, le recueil ou l'acquisition des données environnementales restent dans le domaine environnemental un vrai challenge car les techniques mises en oeuvre (ex : enquêtes) ou l'instrumentation déployée (ex : satellite) sont lourdes et onéreuses. Or cette activité de recueil et d'acquisition est essentielle car sans information pertinente et de qualité les Systèmes d'Information ou d'Aide à la Décision deviennent rapidement inopérants. L'objectif de l'atelier est de présenter les dernières avancées dans le domaine des Systèmes d'Information mais aussi de présenter des outils et des méthodes permettant d'acquérir ou d'extraire de l'information d'une part et de mettre en forme cette information pour alimenter un système d'information d'autre part. L'atelier est ouvert aussi bien à la présentation de travaux déjà appliqués au contexte de l'environnement, qu'à des réflexions plus prospectives sur les possibilités d'utilisation d'un produit de la recherche en informatique pour une application environnementale. La journée d'atelier a été découpée en trois sessions. La première présente des méthodes et des outils permettant de mettre en forme des données sur l'eau, la seconde s'intéresse aux systèmes et méthodes pour la gestion des territoires et la troisième concerne les systèmes d'aide à la décision. Un premier article présente un système informatique pour la collaboration interdisciplinaire basée sur une théorie sociologique appliquée à des problématiques liées à l'eau. Un autre travail propose l'intégration d'outils d'analyse multicritères dans un S.I.G couplé à des modèles pour l'évaluation du potentiel aquifère des bassins versants. D'autres travaux portent sur une méthodologie de traitement d'images pour répondre à des besoins de modélisation hydrologique à différentes échelles. Les techniques multicritères et de statistiques spatiales sont au centre de deux autres articles, l'un pour la valorisation des continuums écologiques et l'autre pour l'analyse du développement urbain. La gestion des risques environnementaux est abordée par des recherches sur une infrastructure logicielle d'intégration à base d'agents ; une application est faite à l'évolution de la carte du risque d'incendie de forêt. Un papier présente une nouvelle architecture d'un système d'information pour la géolocalisation des animaux pour la prévention des risques sanitaires. Un article traite de l'écoulement des eaux et des polluants à l'échelle du bassin versant et introduit une méthode incrémentale et interactive d'apprentissage. Un dernier article décrit un outil d'extraction de connaissances pour l'aide à la qualification de l'état des milieux aquatiques. La qualité des travaux laisse présager une journée d'atelier particulièrement enrichissante. Nous remercions par ailleurs tous les membres du comité de programme pour leur excellent travail ainsi que les auteurs des articles

Articulation Ergonomie-Design-Conception Mécanique (approche méthodologique de la convergence multidisciplinaire)

La situation industrielle actuelle, hautement concurrentielle, impose aux entreprises d innover afin de pérenniser leur activité. Cette innovation peut se faire par le développement de produits intégrant de nouvelles disciplines, telles que l ergonomie ou le design industriel, dans le cadre d une conception multidisciplinaire.Cependant, les métiers associés à ces nouvelles disciplines sont régulièrement confrontés à des coopérations complexes avec d autres faisant partie des métiers de la conception mécanique. Dans ce contexte, la problématique de recherche traitée concerne la définition et le développement d une approche méthodologique multidisciplinaire du processus de conception de produits. Sont étudiées en particulier les articulations entre les métiers que sont l ergonomie, le design industriel et la conception mécanique.Une méthodologie globale de conception multidisciplinaire, intégrant les spécificités de chacun des métiers ainsi que leurs interactions, est proposée. Elle est mise à l épreuve dans le cadre d expérimentations conduites sur des projets de conception de mobilier urbain. Une étude plus poussée des formalisations utilisées par chaque métier, ainsi que des interactions observées durant les projets, ont mis en évidence des problèmes liés aux phases de convergence.Sur ce constat, de nouveaux outils d aide à la convergence basés en particulier sur les technologies de Réalité Virtuelle (RV) sont proposés pour une meilleure gestion de ces phases qui mettent en jeu des métiers différents. Deux expérimentations, conduites sur un projet de conception d un véhicule urbain, et sur un poste de travail, ont permis de mettre en situation concrète les outils développés et de démontrer leur pertinence en phase de convergence multidisciplinaire. Cependant, les résultats ont aussi montré la nécessité de structurer les phases de convergences dans le cadre d une méthodologie spécifique.Une formalisation de méthodologie de convergence multidisciplinaire est finalement proposée. Elle se traduit par une procédure générique de convergence, adaptée aux disciplines d ergonomie, design industriel et conception mécanique. Elle permet de travailler selon les différentes phases du processus, les différents métiers concernés et les différents contextes de conception. Nous introduisons enfin une cartographie des outils d aide à la convergence, classée selon une typologie adaptée. Ainsi, notre contribution permet aux équipes de conception de disposer de nouvelles solutions appropriées dans le but de favoriser les phases de convergences multidisciplinaires.The current industrial situation, highly competitive, requires companies to innovate in order to sustain their business. This innovation can be achieved through the development of products incorporating new disciplines such as ergonomics and industrial design, as part of a multidisciplinaire.Cependant design trades associated with these new disciplines are regularly faced with complex cooperation with other part of the business of mechanical design. In this context, the research problem addressed concerns the definition and development of an interdisciplinary methodological approach in the design process of products. Are studied in particular the links between trades that are ergonomics, industrial design and design mécanique.Une global multidisciplinary design methodology, including the specifics of each business and their interactions is proposed. It is tested in the context of experiments conducted on design projects of urban furniture. Further formalizations used by each business study, as well as interactions observed during projects have highlighted issues stages convergence.Sur this, new tools to help convergence based in particular on Virtual Reality technology (VR) are provided for a better management of these phases involve different professions. Two experiments, conducted on a project to design a city car and a job, helped set concrete situation developed tools and demonstrate their relevance in the process of multidisciplinary convergence. However, the results also showed the need to structure the phases of convergence in the framework of a methodology spécifique.Une formalized multidisciplinary methodology convergence is finally proposed. It results in a generic convergence procedure, adapted to the disciplines ergonomics, industrial design and mechanical design. It can work in the different phases of the process, the various trades involved and the different design contexts. We introduce a mapping aids to convergence, classified according to an appropriate type. Thus, our contribution allows design teams have appropriate new solutions in order to promote the phases of multidisciplinary convergence.BELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Simuler la baisse de fécondité indienne

A demographic transition has two stages: first, a mortality decline, after a fertility decline. In my work, I center on the second. In India, the fertility decline is compared to a spatial diffusion. My assumption is based on individual interactions between mixed persons are the main motive of this diffusion. I use the emergence concept. Therefore, hypothesis set for micro scale can structure the macro scale. In order to study the fertility decline, I use the individual scale with the multi-agents system. The first presents the theoretical and conceptual context. The second make explicit my model and all kind of diffusion. The last explain the results. Researchers identified several variables which are influential on fertility. Among them, I select a set of variables and criterions. My aim is determinate the most influential variables or criterions on diffusion's velocity and failure. For this, I employ three kind of diffusion. The first concerns diffusion with homogenous persons. The second apply heterogeneous persons. These both not consider the distance. On the other hand, the last kind of diffusion use heterogeneous persons, but diffusion considers the distance. My work is split in three parts. The results reveal some influential criterions. I identify so several spatial forms. But the most interesting is that, without consideration of distance, there is not spatial diffusion.La transition démographique transforme les structures démographiques des pays qu'elle touche par une baisse de la mortalité, puis de la fécondité. Le monde entier est touché par ce phénomène. Cependant, un pays demeurant à long terme avec une fécondité inférieure au seuil de remplacement, verra sa population sensiblement diminuer. La situation démographique mondiale reste préoccupante de par la propagation à grande échelle de la baisse de fécondité. Étudier l'Inde se révèle intéressant du fait que la baisse de fécondité indienne est une thématique étudiée depuis plus de 25 ans par C.Z. Guilmoto, mais aussi de par son poids démographique. Sont alors identifiés des "déterminants de la fécondité", ainsi que l'association de la baisse de fécondité à une diffusion spatiale de l'innovation. Il apparaît évident que cette phase de la transition démographique relève des décisions de chaque individu, mais que jusqu'à présent, les études menées sur ce sujet restent à l'échelle agrégée. Ce mémoire se propose alors d'étudier la baisse de fécondité indienne d'un point de vue individu-centrée par l'utilisation des Systèmes Multi-Agents. De ce fait, après avoir plus approfondi la théorie de transition démographique et le concept de diffusion spatiale, deux axes principaux seront développés. Le premier détermine les variables les plus influentes sur la diffusion tandis que le deuxième expose les différentes formes spatiales obtenues

Observatoire Scientifique en Appui à la GEstion de la Santé sur un territoire (OSAGE-S)

Dans le contexte « environnement-santé », l’équipe interdisciplinaire (biologistes, médecins, épidémiologistes, modélisateurs, écologues, géographes, informaticiens) qui travaille sur la dynamique de maladies infectieuses dans le Sud-Est asiatique, propose de mettre en commun la connaissance qu’elle a des agents biologiques pathogènes et des processus qui interviennent dans les milieux et les sociétés et de partager expériences de terrain, de laboratoire, clinique pour aborder les questions de recherche, de suivi des maladies et de gestion de la santé. Pour ce faire, l’idée d’une plateforme intégrative a été avancée et nous a permis de décliner la proposition de mise en œuvre d’un Observatoire Scientifique en Appui à la GEstion de la Santé sur un territoire (OSAGE-S). Les prémices de ce travail sont d’une part d’ordre générique et épistémologique : ils explicitent formellement la formule « environnement-santé » pour y positionner le pathosystème, l’environnement et l’observatoire ; d’autre part d’ordre opérationnel par explicitation du concept d’observatoire en appui à la gestion de la Santé. Par la suite nous illustrerons nos propos autour d’OSAGE-S, à partir d’une étude de cas, la maladie du Chikungunya en Indonésie.Within the “Health and Environment” framework, a group of scientists in disciplinary fields as diverse as biology, medical sciences, modelling, ecology, geography, computer sciences, are collaborating to study the dynamics of infectious diseases in Southeast Asia. In this paper they propose to pool their knowledge on biological pathogens, environment and societies and to share their field, laboratory and clinical expertise to address questions on research, disease monitoring and health management. An integrative platform has been suggested and organised in order to implement a Scientific Observatory (OSAGE-S), dedicated to supporting Health Management in a Territory. The first part of this work addresses generic and epistemological questions, formally explicits the formula “Health and Environment” in order to relate it to concepts such as « pathological system », « environment » and « observatory » ; the second part relates to further operational issues for the observatory concept dedicated to the support of Health management. Thereafter we illustrate our proposition with a case study, the Chikungunya disease in Indonesia

L'ambiance est dans l'air : la dimension atmosphérique des ambiances architecturales et urbaines dans les approches environnementalistes

EQUIPEDirection scientifiqueNicolas Tixier, Laboratoire Cresson – UMR CNRS 1563 – ENSA de GrenoblePilotage des travaux de terrain et assistance à la coordination scientifiqueDamien Masson, Laboratoire Cresson – UMR CNRS n°1563 – ENSA de GrenobleResponsable séminaire São-PauloCintia Okamura (CETESB Agence de protection environnementale de São Paulo)Chercheurs impliqués et équipes partenairesPascal Amphoux, Laure Brayer, Sandra Fiori, Guillaume Meigneux, Steven Melemis (Laboratoire Cresson)Gilles Debizet, Jean-Michel Roux (UMR CNRS PACTE)Frédéric Pousin (UMR CNRS Géographie-cités)Carlos Celso do Amaral e Silva (Université de São Paulo)Patricia Mendes, Carolina Rodriguez (Univ. Campinas)Vincent Puig (IRI), Elena Cogato Lanza (EPFL)Partenaires mobilisésPatrice Coindet, Benoît Adeline, Max Montmayeur (Ville de Grenoble)Ana Claudia (CETESB Agence de protection environnementale de São Paulo)Murielle Pezet-Kuhn, Cédric Lomakine (AURG : Agence d’Urbanisme de l’Agglomération Grenobloise)Hélène Poimboeuf (La Métro : Communauté d’agglomération de Grenoble)Naïm Aït Sidhoum, Pierre Bouchon Cesaro, Thibaut Candela (Zoom Architecture)Can an urban cross-section be used to bring together global environmental issues and situated local ambiental ones that take account of the sensorial dimensions of space and city dwellers’ practices? Starting from this assumption of an urban cross-section as a basis for representing and expressing what are usually separate, i.e., built objects, the sensorial world and social practices, we have conducted exploratory research tailored to environmental concerns based on two themes for which we can readily mobilize both researchers and a decent body of research, namely urban heat (City of Grenoble) and solid waste (City of São Paulo).We have dealt with two categories of questions based on existing research and a series of experiments:• Those relating to the different registers of knowledge inherent in ambiance and the environment as understood by technicians, elected representatives, scientists and users. When and how are actors able to articulate (or more effectively articulate) their knowledge of territory, i.e., more implicit user knowledge or the more explicit-type knowledge of scientists?• Those relating to representation / communication / bargaining tools. How and with what representational basis is it possible to “cross-check data” and move from a phase of reflection to a project-based mindset? For both of these questions and realms, we need to ascertain the operational capability of an urban cross-section both for handing environmental issues in local development as well as for its ability to factor the narratives and practices of inhabitants into the whole urban project process. In light of this dual objective, these experiments propose expanding the standard applications of an urban cross-section to a tool that could be used as a practical field instrument, a representation technique, or possibly even as a project basis, namely an urban transect.The transect could then be a process somewhere between a “clinical” profile and a sensorial perspective, drawing upon both techniques in order to “hybridize” them; as a field-based technique, the transect would be produced from drawings, photos, text and video. By rehabilitating the atmospheric dimension in architectural and urban representations and facilitating the incorporation of narratives, the transect could be harnessed to explore and express sensorial space and practical experiences of the fit between analysis and design.The “long-table” analytic approach has been used to debate these issues and to depict and pool representations. It has proved very effective in generating speech, collating ratings and revealing actual experiences – three very useful properties for establishing a shared prospective diagnosis.La coupe urbaine peut-elle être un lieu de rencontre entre les enjeux environnementaux globaux et les enjeux locaux d'ambiances situées prenant en compte les dimensions sensibles de l'espace et les pratiques habitantes ? Sur cette hypothèse de départ de la coupe urbaine comme mode de représentation permettant d'articuler ce qui habituellement est séparé, à savoir les objets construits, le monde sensible et les pratiques sociales, nous avons mené un travail exploratoire appliqué aux préoccupations environnementales, ceci à travers deux thématiques pour lesquelles nous pouvions aisément mobiliser corpus et acteurs, celles des chaleurs urbaines (Ville de Grenoble) et celle des déchets solides (Ville de São Paulo). Deux catégories de questions sont traitées à partir de corpus existants et d'une série d'expérimentations que nous avons menées : * Celles qui concernent les différents registres de connaissance impliqués lorsqu'on parle d'ambiance et d'environnement, ceci entre techniciens, élus, scientifiques et usagers. Quand et comment les acteurs arrivent-ils (ou pourraient-ils mieux arriver) à articuler leurs connaissances du territoire, qu'elles soient principalement implicites (comme dans le cas des usagers) ou plutôt explicite (notamment chez les scientifiques) ? * Celles qui concernent les outils de représentation / communication / négociation. Comment, et grâce à quels moyens de représentation, arrive-t-on à " croiser des données " et à faire le passage du domaine de la réflexion à celui du projet ? Pour ces deux questions et pour ces deux terrains, il s'agissait donc d'éprouver l'opérationnalité de la coupe urbaine tant pour la gestion des enjeux environnementaux dans le développement local que pour sa capacité de prise en compte du récit et des pratiques habitantes dans le processus de projet urbain. A cette double fin, ces expérimentations proposent d'élargir les champs d'applications ordinaires de la coupe urbaine à un outil qui se veut à la fois pratique de terrain, technique de représentation et peut-être même posture de projet, à savoir le transect urbain. Le transect se présente alors comme un dispositif se situant entre la coupe " clinique " et le parcours sensible empruntant à ces deux techniques pour les hybrider ; le transect se construit par le dessin, la photo, le texte, la vidéo autant qu'il se pratique in situ. Réhabilitant de fait la dimension atmosphérique dans les représentations architecturales et urbaines, rendant possible l'inscription des récits, le transect peut devenir alors un mode d'interrogation et d'expression de l'espace sensible et des pratiques vécues à l'articulation entre analyse et conception. Un principe de " table longue " a été mis en place pour débattre de ces enjeux et permettre une mise en situation et un partage des représentations. Ce dispositif s'avère être générateur de paroles, collecteur de notations et révélateur de réalités vécues, trois propriétés utiles à l'établissement d'un diagnostique prospectif partagé