Simuler la transition des infrastructures de transport jusqu’à la ville durable et intelligente – SwITCh

Afin d'atteindre l'objectif fixé, l'équipe SwITCh a proposé une approche combinant différentes méthodes qui, mises en synergie, avaient pour enjeu d’enrichir les réflexions sur la mobilité des différents acteurs.

En premier lieu, l’équipe SwITCh a proposé une analyse croisée de la vision des scientifiques et des experts (opérateurs de mobilité, services techniques…) sur la mobilité dans le futur. Pour cela une série d’entretiens ainsi qu’une analyse de la littérature ont été réalisées. Des méthodes d’analyse textuelle ont été utilisées pour réaliser cette analyse.

Pour construire des scénarios prospectifs, deux méthodes ont été utilisées : des entretiens semi-directifs et des ateliers de type focus-group. Une méthode a été proposée pour mener à bien ces entretiens et ateliers et pour convertir les récits narratifs issus de ces approches en un ensemble d’indicateurs évalués. De plus, une méthode a été élaborée pour construire un modèle d’évaluation de la mobilité urbaine. Cette méthode repose sur une analyse de la littérature et des données (modèles existants et données disponibles). Le modèle à construire avait pour enjeux d’être holistique et utilisable par tout type d’acteurs, qu’ils soient experts ou non de la mobilité urbaine.

Afin de passer des scénarios prospectifs sous forme textuel à leur évaluation par le modèle d’évaluation, quatre méthodes ont été utilisées : 1) une interprétation directe des éléments textuels, 2) une analyse statistique fondée sur les données actuelles et passées des métropoles françaises, 3) des règles expertes et 4) la simulation Agent. Les modèles Agent sont particulièrement adaptés pour simuler des systèmes sociaux-techniques. En permettant de prendre en compte de façon explicite les dimensions spatiales (voire géographiques) et temporelles, ils sont pertinents pour traiter des enjeux de mobilité urbaine. L’enjeu des modèles de SwITCh était de pouvoir simuler des scénarios prospectifs afin de les évaluer sur les différents critères du modèle d’évaluation.

Finalement, afin de mettre en action les connaissances développées dans le cadre du projet SwITCh nous avons eu recours aux « jeux sérieux ». Les jeux sérieux ont démontré leur intérêt pour la sensibilisation et la formation. Ils permettent de rendre “acteur” les participants, leur donnant l’occasion d’expérimenter dans un cadre sans conséquence. Par ailleurs, leur aspect ludique permet de renforcer la motivation et l’engagement. Chacun des jeux conçus dans le cadre de SwITCh dispose de ses spécificités et vise à faire comprendre des enjeux différents autour de la mobilité et/ou vise un public spécifique.

L’analyse des entretiens avec les experts et de la littérature scientifique a permis de souligner l’existence de deux visions, l’une portée par les évolutions techniques et technologiques (voiture électrique et autonome, infrastructures connectées…), l’autre mettant en avant des leviers en lien avec la question des déplacements (ville du quart d’heure, sobriété…). Les experts tout comme les scientifiques évoquent un même besoin de réduire l’usage des voitures individuelles, et de laisser plus de place aux modes actifs ou semi-actifs. Un point commun est aussi l’importance accordée à l'évaluation et aux données. Cela a justifié la construction du modèle MobiVal4All.

MobiVal4All est un modèle d’évaluation de la mobilité urbaine à base d’indicateurs catégorisés qui permet d’obtenir une représentation de la mobilité urbaine en intégrant toutes les dimensions de celle-ci. Ce modèle a été conçu pour être utilisable par l'ensemble des parties prenantes, y compris les non-experts. Il a été choisi d’évaluer les indicateurs selon une échelle qualitative (de très faible à très fort), facilement compréhensible et appréhendable par tout type d’acteur. Le modèle contient un ensemble de 112 variables pour calculer 51 indicateurs appartenant à 10 catégories. Il a pu être mis en œuvre sur de nombreuses métropoles françaises et testés avec différentes parties prenantes (expertes ou non du système de mobilité). Le modèle peut être utilisé pour évaluer des scénarios prospectifs. La méthode a pu être testée au travers de 5 ateliers participatifs et de 5 entretiens permettant la création de 21 scénarios évalués.

Pour aider à évaluer les scénarios, deux différents modèles Agent ont été élaborés dans le cadre du projet Switch : Switch_traffic et Switch_modality. Le premier modèle vise à simuler la mobilité urbaine au sein d’une métropole. Il permet d’intégrer des agendas paramétriques (modulation des activités des agents en fonction du scénario) et couple dynamique macro et micro (multi-niveau), afin d'accélérer le temps de calcul. Le second modèle se concentre sur les choix de modalité ; il intègre les biais d’évaluation et de décision propre à ce type de décision. Les deux modèles ont été conçus afin de fonctionner de concert, utilisant des variables identiques et se basant sur des structures compatibles. Ils permettent tous les deux d’identifier et d’évaluer les évolutions des variables implicites des scénarios prospectifs.

Pour renforcer l'apprentissage, trois jeux ont été développés à partir de ces modèles : un jeu informatisé (Sim-switch), un jeu de société (Mobi-switch) et un jeu à destination des enfants (Mini-switch). Les trois jeux présentés sont destinés à des cadres d'usage différents (en solitaire ou en groupe, en autonomie ou accompagnés) et requièrent différents supports et un degré d'implication variable de la part des joueurs.

Le projet a ouvert différentes perspectives. Certaines sont scientifiques alors que d’autres opérationnelles. Nous allons expliciter les principales perspectives pour chaque élément produit.

Modèle d’évaluation : Le modèle est adapté au contexte français métropolitain. Même si en pratique, il pourrait être appliqué à d’autres pays, en supposant que l’on dispose des données nécessaires (pas évident selon le pays), il serait possiblement nécessaire de retravailler le jeu d’indicateurs pour tenir compte des spécificités locales. Par exemple, dans une métropole avec un fort usage des motos/mobylettes, il pourrait y avoir des indicateurs dédiés. Dans les verrous nous avons aussi identifié la prise en compte des incertitudes sur les données. Il serait intéressant de continuer à développer le modèle dans cette perspective en intégrant une façon de pouvoir prendre en compte les incertitudes qu’elles soient épistémiques ou stochastiques..

Méthode de construction de scénario : L’analyse des scénarios textuels passe par une analyse des écrits de façon semi-automatisée. Les progrès de l’IA conversationnelle ouvrent des perspectives pour automatiser l’approche. Il serait intéressant de pouvoir tester l’application de ce type d’approche à cette tâche qui allégerait une étape qui est assez fastidieuse et pourrait permettre de la réaliser en un temps très court. Cela permettrait de pouvoir effectuer cette opération en direct lors de la création des scénarios. Cela pourrait être la base d’un outil en ligne permettant à la volée de construire des scénarios pour sa ville et de les voir évalués directement. Il y a donc en plus de l’enjeu scientifique un enjeu opérationnel lié à cet élément.

Modèle de simulation : Comme nous l’avons évoqué dans les verrous, des questions se posent sur l’optimisation des modèles pour les rendre plus rapides pour effectuer des simulations à l’échelle d’une aire urbaine. Cela induit des questions d’optimisation algorithmique et la recherche de nouvelles stratégies d’exécution du code (calculs parallèles par exemple). L’intégration des nouvelles modalités de transport est aussi un enjeu ; elle suppose de pouvoir avec un code flexible capable d’intégrer rapidement des modalités qui ont chacune leur spécificité.

Jeux : Le jeu Sim-Switch n’est pas encore finalisé. Il est fonctionnel, mais est encore trop rudimentaire dans son gameplay pour être réellement motivant pour les joueurs. Un travail supplémentaire sur le jeu et son interface serait nécessaire pour assurer qu’il réponde bien à son objectif. Un travail d’évaluation de ce jeu serait aussi nécessaire.

Les infrastructures de transport participent à la définition de ce que sera la ville de demain (smart, durable et résiliente). Elles doivent compter avec l’émergence des nouvelles technologies (voitures autonomes et électriques, internet des objets, etc.) et la diversification des modalités de transport et l’évolution des pratiques (augmentation de la multi-modalité, voitures partagées, etc.). Une bonne prise en compte de ces aspects peut favoriser et accélérer la transition vers la ville du futur avec un impact social, environnemental et économique positif afin de faire face aux évolutions prévisibles du contexte telles que le changement climatique, les nouvelles contraintes en termes de pollution, sécurité, environnement, coût global, etc.
Le projet SwITCh vise à aider à l’aménagement urbain en simulant l’introduction progressive d’innovations relatives aux infrastructures (technologie, usage, comportement, etc.). Cela nécessite de concevoir un modèle capable d’évaluer les impacts de ces innovations sur des indicateurs clefs de mobilité, de qualité de service, de sécurité, de coûts économiques et de pollution. SwITCh intègre une grande variété de modalités de transport et d’infrastructures associées. Le modèle devra inclure les infrastructures et les modalités actuelles et futures, et considérer le processus de transition entre les situations actuelles et futures. SwITCh utilise la modélisation Agent (ABM) et la simulation participative comme cadre unificateur pour coupler différents modèles et différentes échelles, tant temporelles que spatiales, afin de construire un modèle holistique. Le projet reposera aussi sur un modèle de la ville basé sur des données SIG et sur un modèle réaliste de comportement de la population. Suivant une approche participative pour la modélisation et la simulation, le modèle sera conçu comme un support pour la consultation et la discussion permettant d’aider les différents acteurs, depuis le décideur jusqu’au citoyen, à construire un projet commun pour améliorer les infrastructures afin de répondre au défi de la ville de demain.
Le projet SwITCh est ainsi centré sur la conception d'un ABM, qui sera utilisé pour concevoir un simulateur interactif et un jeu sérieux. Le simulateur interactif sera utilisé par les urbanistes pour explorer l'impact potentiel des innovations face à diverses évolutions du contexte. Il aidera ainsi l'équipe de planification urbaine à prendre des décisions pertinentes concernant l'évolution de leurs infrastructures de transport, en leur permettant de tester et d'évaluer différentes stratégies alternatives. Le simulateur interactif permettra également aux chercheurs de mettre en évidence les scénarios potentiels et leurs effets secondaires inattendus, via le recours à la simulation participative. Le jeu sérieux sera utilisé par les étudiants et le grand public afin d'enrichir leur compréhension des enjeux de la ville du futur et des infrastructures de transport. Il s'appuiera sur le simulateur interactif mais sera enrichi par des travaux spécifiques sur la conception du jeu afin d'être un véritable support d'apprentissage et de sensibilisation. Le simulateur interactif et le jeu sérieux seront développés avec la plateforme open-source GAMA et seront utilisés dans un contexte réel pour deux cas d’étude : Bordeaux et Dijon.
Le projet SwITCh conduira à plusieurs résultats majeurs. Premièrement, il générera et formalisera les connaissances sur les infrastructures de transport de la ville de demain. Deuxièmement, le projet aboutira à un outil de simulation qui pourrait avoir des impacts socio-économiques significatifs, en aidant les gestionnaires d'infrastructures et les urbanistes à adapter les infrastructures aux besoins futurs et en accélérant la transition vers une ville plus durable. Le modèle sera flexible, facilement adaptable à n'importe quelle ville et capable d'intégrer une grande variété de scénarios prospectifs (voiture autonome, infrastructures connectées...).