Projet Sahelvildeau La modélisation numériques des écosystèmes urbains en zone aride et semi-aride

Objectif et livrable de la recherche-action Identifier sil est possible de définir des règles darchitecture des villes durables qui leur permettent de se comporter comme un écosystème, en mettant en accent particulier sur le recours aux outils numériques pour en concevoir larchitecture, ci-après désignés sous le concept générique de « moteur numérique ». Concevoir un écosystème urbain pose dabord un problème dintégration des sous-systèmes qui la composent : eau, énergie, transports urbains, transports interurbains, habitat, santé, cadre de vie… et de compréhension et prise en compte des critères comportementaux des humains qui habitent ces écosystèmes. Un système intégré ne peut être modélisé par laddition de ses sous-systèmes : le système possède des propriétés émergentes qui ne sont que le produit des interactions entre ces sous-systèmes. Les politiques publiques souffrent de procéder de laddition de mesures sans logique dintégration dans un système global et dont les effets émergents ne peuvent donc être pilotés. On analysera les règles darchitecture de deux types de systèmes : les systèmes conservatifs dont les états sont dénombrables et dont larchitecture est un problème doptimisation et les systèmes dissipatifs (comme les systèmes humains) dont le comportement ne peut résulter dune loi linéaire. Un travail de modélisation permettra de définir des règles communes darchitecture dun écosystème urbain durable. On en dérivera les règles de gouvernance dun « écosystème de conception » entre parties prenantes de la conception dun tel écosystème – entreprises, acteurs institutionnels, politiques publiques, habitants… – et les compétences nouvelles à acquérir par les firmes, les pouvoirs publics et les maîtres douvrage institutionnels, ainsi que lévolution nécessaire subséquente des modèles daffaire. Le livrable sera un prototype doutil de modélisation numérique fondé sur létat de lart de lingénierie des systèmes complexes, utilisable par les parties prenantes de la conception et du pilotage de lécosystème urbain durable : maîtrise douvrage publique, ingénieries, aménageurs, industriels, urbanistes, habitants, services publics, infrastructures… Ce sera un outil daide à la décision qui sera le support dun observatoire de la ville durable afin de comprendre et piloter son évolution. Le terrain prioritaire de cette recherche va concerner les zones arides de la rive sud de la Méditerranée, dans une optique comparative avec la problématique de ville durable de la rive nord, en centrant le travail de modélisation sur le couple eau- énergie comme problématique cœur de lécosystème. Le Maroc, compte tenu de la stratégie ambitieuse de son plan solaire, des priorités stratégiques quil affiche sur le développement urbain et de la présence de zone aride et la maîtrise de la gestion de leau, est un partenaire incontournable de ce programme.

Pré-requis 1 : un modèle systémique gros grain de la ville (pilote sur ville nouvelle marocaine) Ressources en eau Ressources en énergie Economie Gouvernement Marocain VILLE NOUVELLE MAROCAINE Eau Electricité Reste du Maroc Système de distribution deau Electricité Système de distribution dénergie Bâtiments Services touristiques Infrastructure routière EauElectricité Touristes étrangers Echanges économiques Municipalité Entreprises Voyagistes Touristes étrangers Main doeuvre Achats de biens Véhicules Reste du Monde Vision nationale Vision locale Véhicules Echanges économiques

Que sera notre livrable ? Outil daide à la décision reposant sur un modèle systémique à gros grain dune ville et des modèles à grain plus fin Choix structurants Identification des impacts à gros grain Le premier livrable du projet (Etape 1: modèle statique) sera un outil daide à la décision basé sur un modèle systémique à gros grain dune ville permettant à un utilisateur didentifier les impacts à gros grain de choix politiques ou techniques – exprimé sous forme dobjectifs cibles – sur les différents sous-systèmes constitutifs de la ville. Ressources en eau Ressources en énergie Economie Gouvernement Marocain VILLE NOUVELLE MAROCAINE Eau Electricité Reste du Maroc Système de distribution deau Electricité Système de distribution dénergie Bâtiments Services touristiques Infrastructure routière EauElectricité Touriste s étranger s Echanges économiques Municipalité Entreprises Voyagistes Touriste s étranger s Main doeuv re Achats de biens Véhicules Reste du Monde Vision nationale Vision locale Véhicules Echanges économiques

Les livrables: la modélisation Fonction « eau" Fonction « énergie » Fonction « habitat » Paramètre Variable La ville comme fonction émergente Objectif Fonctions de lécosystème impactées Besoins en solutions physiques Besoins en systèmes dinformation Vue du modèle numérique en termes de fonctions Un paramètre est une donnée critique pour le pilotage de la fonction… … qui est affecté dune valeur variable en fonction du contexte Fonction « N » Paramètre Variable Objectif Aide à la décision Observatoire

Pré-requis 2 : lidentification des paramètres et des règles clefs Les autres pré-requis clefs pour la construction de loutil daide à la décision sont lidentification : des paramètres clefs sur lesquels on peut agir, des stratégies doptimisation que lon veut privilégier, en fonction de lobjectif assigné à lécosystème urbain des paramètres clefs caractéristiques des sous-systèmes de la ville, des règles décrivant les impacts – et si possible les dynamiques à gros grain en mettant lévidence sur les problèmes de changement de phases – existant entre ces différents paramètres. On identifiera à ce niveau les moteurs de calcul : métiers décrivant les dynamiques des sous-systèmes en jeu, doptimisation multi-critères, nécessaires à la résolution des analyses dimpacts à effectuer.

Les étapes clefs pour créer un tel outil Etape 1 : modèle statiqueEtape 2 : simulateurEtape 3 : prototypage La construction dun outil informatique daide à la décision basé sur un modèle systémique à gros grain dune ville devrait logiquement passer par trois étapes classiques : Etape 1 – construction dun modèle systémique « statique » de la ville : cette étape est une étape danalyse architecturale destinée à identifier les sous-systèmes de la ville, les paramètres systémiques clefs et leurs inter-relations (cf. pré-requis 1 & 2) Etape 2 – construction dun simulateur de la ville basé sur le modèle de létape 1 : cette étape consiste à identifier les « bonnes » équations dévolution qui forment un modèle dynamique de la ville et quil faut calibrer en sappuyant sur des données réelles Etape 3 – prototypage dun outil informatique : cette dernière étape consiste enfin à transformer la maquette de laboratoire issue de létape 2 en un outil professionnel avec des interfaces utilisateurs simples à utiliser et des rendus ergonomiques

Les compétences réunies dans le consortium Etape 1 – Modèle statiqueEtape 2 - SimulateurEtape 3 - prototypage Compétences requises Partenaires potentiels Compétences requises Partenaires potentiels Compétences requises Partenaires potentiels Modélisation architecturale Ecole Polytechnique CESAMES Modélisation architecturale Ecole Polytechnique CESAMES MEGA Modélisation architecturale Ecole Polytechnique CESAMES MEGA Connaissance de lenvironnement de la Ville cible Burgeap Modélisation des dynamiques urbaines EURODECISION AMU Modélisation des dynamiques urbaines EURODECISION AMU Expertises sous- systèmes cibles AMU + EIVP Connaissance de lenvironnement de la Ville cible Burgeap AMU + EIVP Connaissance de lenvironnement de la Ville cible Burgeap Intégrateur du modèle statique MEGA Expertises sous- systèmes cibles AMU + EIVP Ergonomie & IHM Ville EIVP EURODECISION -- Intégration du simulateur EURODECISION Intégration dun prototype EURODECISION

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