Piétons: étude de l'émergence de comportements collectifs à travers l'expérience, la modélisation et la simulation – PEDIGREE

Les foules humaines sont le siège de structures spatio-temporelles coordonnées (organisation en files, oscillations de flux au travers de portes, etc.). Le présent projet a pour but une meilleure compréhension de ces structures à travers un usage dialectique de l'expérimentation et de la modélisation. Au-delà de ces perspectives fondamentales, le projet s'intéressera également à des questions applicatives, pertinentes pour la gestion des flux de piétons pour la conception et la sécurité architecturale ou urbaine, et pour les applications en infographie. La compréhension de l'émergence de structures au sein des flux de piétons requiert une connaissance plus approfondie des lois qui gouvernent le comportement des individus et leurs interactions, laquelle ne peut être acquise qu'à travers des expériences systématiques et soigneusement contrôlées. En effet, l'ensemble des données déjà disponibles est trop lacunaire et trop hétérogène pour un tel objectif. Les techniques de capture de mouvement permettent des expériences plus complexes avec un enregistrement exhaustif des positions des individus. L'extraction d'information à partir des données peut être aidée par la modélisation mathématique et la simulation numérique qui permet d'extraire les observables pertinentes par lesquelles un ensemble d'hypothèses biologiques peuvent être testées. Les modèles et les données peuvent aussi être efficacement couplés à travers des techniques d'assimilation de données. Il résulte de cet usage dialectique de l'expérience et de la simulation l'extraction d'un ensemble de règles décrivant le comportement des individus, règles qui peuvent être introduites dans un modèle multi-agents dit &lsquo,Individu centré' tel que ceux utilisés en réalité virtuelle et en infographie. Pour des foules importantes, les modèles continus de type mécanique des fluides deviennent attractifs, tant sur le plan calculatoire que théorique. Leur dérivation à partir des comportements individuels au moyen de méthodes de physique statistique et de théorie asymptotique garantit leur pertinence biologique et permet une étude et une compréhension qualitative des phénomènes émergents observés dans les foules. Pour les applications en infographie et en conception architecturale, un accès ouvert à une base de données de mesures expérimentales ainsi qu'à des modèles numériques soigneusement validés peut s'avérer extrêmement utile, en ce qu'il permet le développement de simulations numériques hiérarchiques efficaces ainsi qu'à des stratégies de contrôle en temps réel de flux de piétons dans les lieux publics. Le projet a pour but de développer les différents points du programme détaillé ci-dessus. Des expériences de capture de mouvement seront effectuées. Un modèle macroscopique phénoménologique sera tout d'abord développé afin d'aider à la recherche des caractéristiques principales du mouvement des piétons. Ensuite, l'analyse des données conduira à un modèle de comportement individuel. Ce modèle sera inséré dans un modèle de simulation Individu-Centré et couplé aux données en utilisant des techniques d'assimilation de données. Simultanément, le modèle macroscopique sera raffiné en utilisant le modèle Individu-Centré au moyen d'un passage systématique de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique. Cette étape exploitera les méthodologies disponibles issues de la théorie asymptotique mathématique et de la physique statistique. Une plate-forme en libre accès sera constituée. Elle contiendra à la fois une base de données de résultats expérimentaux et les codes sources des modèles microscopique Individu-Centré et macroscopique. Deux applications seront ensuite considérées : la dérivation de stratégies de contrôle en temps réel pour la gestion des flux de piétons et, pour des applications en infographie, l'