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Modélisation urbaine : de la représentation au projet.

De
328 pages
Quelque deux cents chercheurs et acteurs du projet urbain se sont réunis les 23 et 24 février 2011 à l’Ecole des Ponts ParisTech, pour établir, dans le cadre d’un colloque intitulé « La modélisation de la ville : du modèle au projet urbain », un premier bilan des connaissances et des pratiques scientifiques françaises dans le domaine de la modélisation de la ville.
Le présent ouvrage restitue les interventions et les échanges qui ont marqué le colloque de 2011, synthétisant et interrogeant les acquis constatés, les besoins recensés et les perspectives ouvertes en matière de modélisation, à des fins de planification, de conception, de construction et de gestion de la ville.
Hegron (G). Paris. http://temis.documentation.developpement-durable.gouv.fr/document.xsp?id=Temis-0077060
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COMMISSARIAT
GÉNÉRAL AU
DÉVELOPPEMENT RéférenceS
DURABLE
Septembre
2012

Modélisation urbaine :
de la représentation au projet
Direction de la recherche et de l’innovation
www.developpement-durable.gouv.fr Collection « RéférenceS » de la Direction de la recherche et de l’innovation (DRI)
du Commissariat Général au Développement Durable (CGDD)
Titre du document : La modélisation de la ville : de la représentation au projet
Directeur de la publication : Laurent Tapadinhas
Rédactrice en chef : Sylvie Dreyfus
Direction scientifique : Gérard Hégron
Coordination éditoriale : Gérard Hégron et Thibault Prévost
Secrétaire du GIS Modélisation urbaine : Olivier Haxaire
Conception graphique et mise en page : DVB Communication
Date de publication : septembre 2012
Crédits de photo de couverture : Souheil Soubra et Julien Soula,
Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB)
Ce document n’engage que ses auteurs et non les institutions auxquelles ils appartiennent.
L’objet de cette diffusion est de stimuler le débat et d’appeler des commentaires et des critiques.











Modélisation urbaine :

de la représentation au projet

















Préface
Imaginer la ville de demain et la donner à voir pour permettre qu’on s’en empare et qu’on la
mette en débat … Oui, mais avec quels outils appréhender sa complexité intrinsèque, prédire les
trajectoires possibles et en identifier les bifurcations ? Quelles méthodes de représentation développer
et mettre en œuvre pour mieux penser la ville dans l’immédiat et la réaliser demain ? Telles sont les
questions auxquelles tentent de répondre les chercheurs rassemblés autour d’un nouveau
groupement d’intérêt scientifique, le GIS Modélisation Urbaine, dont la publication de ces actes
constitue en quelque sorte la première pierre.
Rassemblant une soixantaine d’acteurs – laboratoires de recherche, établissements
d’enseignement supérieur, bureaux d’études et grandes entreprises, organisations professionnelles –
et couvrant un large spectre de disciplines – ingénierie de la construction, architecture et urbanisme,
physique et économie de l’environnement, sciences humaines et sociales –, le GIS Modélisation
(*)Urbaine a l’ambition de constituer dans notre pays une communauté structurée de chercheurs et de
praticiens, désireux de faire émerger, au travers de diverses représentations modélisées, une part de
la ville de demain.
La création de ce GIS embrasse un champ aussi vaste que pluriel, celui de la ville sous toutes
ses facettes, dans toute sa complexité. Elle s’appuie sur un ensemble de connaissances et
d’initiatives dont la genèse remonte, pour certaines, à quelques décennies déjà, mais qui, aujourd’hui
encore, demeurent inachevées.
Les articles qui suivent ont été, pour la plupart, rédigés dans le cadre du colloque
« Modélisation urbaine », qui s’est tenu à l’École des Ponts ParisTech en février 2011. Ils illustrent une
partie des réflexions, des échanges et des travaux qui inspirent et animent aujourd’hui la communauté
des « modélisateurs » de la ville en France. On trouvera dans ce volume, d’une part, des états de l’art
sur les problématiques et pratiques inhérentes à la modélisation urbaine et, d’autre part, des articles
courts, fenêtres ouvertes sur des recherches en cours ou sur des applications en gestation pour des
modèles éprouvés. Le tour d’horizon proposé ne saurait être exhaustif. Il offre néanmoins une vision
éclairante de la maturation scientifique de certains travaux de modélisation.
L’essentiel reste à construire. C’est ce à quoi entend s’employer le GIS Modélisation Urbaine,
depuis son lancement officiel en 2011, avec le soutien du ministère du Développement durable. Pour
préparer l’avenir, le GIS doit répondre à un certain nombre d’enjeux, qu’il a placés au centre de sa
charte. J’en retiendrai particulièrement trois.
Le premier est celui de la cohérence, de la structuration et du décloisonnement. Le support
même des travaux du GIS, la ville, requiert un dialogue nourri, structuré et renouvelé entre acteurs
scientifiques et institutionnels œuvrant sur le champ de l’urbain. Si la nécessité du recours à la
pluridisciplinarité est reconnue depuis longtemps dans les sciences développées pour la ville, les
travaux de modélisation restent, aujourd’hui encore, compartimentés entre disciplines souvent
difficiles à rapprocher de façon pérenne. Le GIS Modélisation Urbaine se fixe pour objectif une
pluridisciplinarité réellement vécue et non simplement revendiquée. La diversité des compétences que
le groupement mobilise comme la souplesse de sa structure sont des atouts majeurs pour concourir
au décloisonnement recherché, qui est la condition d’une évolution novatrice et durable des cultures et
des pratiques scientifiques.
Le deuxième enjeu est celui de la confrontation des modèles au terrain. Certaines recherches
ont parfois tendance à négliger le fait que les modèles sont avant tout des outils pour décrire,
comprendre et anticiper les phénomènes qui se déroulent dans le monde réel et ne doivent jamais
substituer totalement leurs simplifications à sa complexité : les progrès respectifs de la modélisation et
de l’observation doivent pouvoir se répondre. Le GIS Modélisation Urbaine y veillera particulièrement,
* Le siège du groupement est situé à Marne-la-Vallée, au sein du pôle de compétitivité Advancity.
La composition du GIS et sa charte de fonctionnement sont disponibles à l’adresse suivante :
http://www.urban-modelling.org
Commissariat général au développement durable – Direction de la recherche et de l’innovation | 3en s’assurant, dans les travaux qu’il fédèrera, d’un juste équilibre entre recherche et pratique, entre
développement de concepts et collecte de données. Ainsi, des applications doivent à terme permettre
de concrétiser certains résultats de recherche, tandis que la recherche pourra se nourrir des
observations recueillies sur le terrain.
Enfin, un enjeu crucial pour nos sociétés est celui de l’innovation au service de la transition
vers des modes de vie urbains soutenables. Parce que la modélisation offre des libertés que
n’autorise pas la seule pratique, parce qu’elle peut susciter de nouvelles (re)présentations de la ville à
même d’accompagner, voire de stimuler des ruptures indispensables, elle doit nous aider à
réinterroger nos pratiques et à imaginer la ville autrement. Le GIS Modélisation Urbaine contribuera
sans nul doute à cette mutation, en proposant des approches audacieuses et en inventant d’autres
façons de concevoir et de vivre la ville, sans jamais pour autant oublier qu’elle doit être pensée pour
une société humaine vivante. Il s’affirmera ainsi comme un véritable acteur du changement.
Formons le vœu que la richesse des présentes contributions augure du lancement, dans le
cadre de ce nouveau groupement d’intérêt scientifique, d’une série d’actions novatrices, concourant
de façon décisive à la constitution d’une compétence nationale dans le champ de la modélisation
urbaine.
Dominique DRON
Commissaire générale au développement durable
4 | Commissariat général au développement durable – Direction de la recherche et de l’innovation

Sommaire


Introduction p. 9
Gérard Hégron, Olivier Haxaire

Première partie : États de l’art

A - Environnement construit et phénomènes physiques p. 15

- Modélisation des interactions ville-climat-énergie p. 16
Marjorie Musy, Isabelle Calmet, Emmanuel Bozonnet, Fabrice Rodriguez

- Ambiances sonores urbaines et interaction ville-bâtiment p. 34
Judicaël Picaut, Gwénaël Guillaume, Guillaume Dutilleux

B - Représentations et dynamiques spatiales p. 51

- Vers une cartographie sémantique des modèles urbains :
des individus aux systèmes de villes p. 52
Arnaud Banos, Lena Sanders

- Saisies et représentations de l’espace urbain p. 65
Anne Ruas, Julien Perret, Mickael Brasebin

- Villes et réseaux : entre des processus top-down et bottom-up p. 75
Céline Rozenblat

C - Normalisation p. 91

- Interopérabilité et intégration des données et modèles urbains :
standards, normes et tendances pour les SIG p. 92
Emmanuel Devys, Gilles Gesquière

D - Sociologie, économie et risques p. 107

- La modélisation urbaine au service de l’analyse économique des politiques
climatiques p. 108
Mathieu Saujot, Patrick Criqui, Benoit Lefèvre, Philippe Menanteau

- Simuler pour évaluer l'espace des possibles :
applications aux stratégies résidentielles et aux politiques de mobilité p. 121
Emre Korsu, Marie Hélène Massot, Jean-Pierre Orfeuil, Laurent Proulhac

- La modélisation des risques naturels géologiques – influence du contexte urbain p. 133
Emilie Vanoudheusden

E - La nature et le vivant en ville p. 149

- De la conservation de la nature au projet de ville "écologique" p. 150
Philippe Clergeau

F - La modélisation intégrée de la ville p. 155

- Les modèles d’usage du sol et transport : où la géographie et l’économie
se rejoignent p. 156
Fabien Leurent
Commissariat général au développement durable – Direction de la recherche et de l’innovation | 5



- Modélisation urbaine et stratégies d’adaptation au changement
climatique pour anticiper la demande et la production énergétique (MUSCADE) p. 174
Valéry Masson, Vincent Viguié, Kamel Zibouche, Luc Adolphe, Nathalie Long,
Laurence Nolorgues

Seconde Partie : Modèles urbains et applications

A - Transport et mobilité p. 187

- Les régularités de la mobilité quotidienne :
le cas des résidents Franciliens d’après l’EGT 2001-2002 p. 188
Fabien Leurent, Mahdi Samadzad

- Capacité des véhicules, attente à quai et choix d’itinéraire en transport collectif urbain -
modélisation pour la planification du réseau TC p. 192
Fabien Leurent, Ektoras Chandakas

- Affectation dynamique du trafic sur un réseau de transport routier p. 196
Vincent Aguiléra, Fabien Leurent

- Contraintes de capacité pour l’affectation du trafic routier dans les aires
urbaines denses p. 200
Tibye Saumtally, Jean-Patrick Lebacque, Habib Haj-Salem

- Zonage de territoire et affectation de trafic sur réseau p. 204
Vincent Benezech, Fabien Leurent

- Analyse de sensibilité des modèles de déplacements aux courbes débit-vitesse p. 207
Eugénie Brutti-Mairesse, Sonia Teillac

- Politiques de mobilité et dynamiques urbaines : les nouveaux enjeux de l’accessibilité
pour la modélisation p. 211
Yves Crozet, Aurélie Mercier, Nicolas Ovtracht

- Diagnostic économique d'un réseau de transports en commun complexe sur une grande
agglomération : le cas de l'agglomération francilienne p. 216
François Combes, Rob van Nes

- Étalement des emplois et déplacements domicile-travail dans
un modèle urbain monocentrique p. 219
Vincent Breteau, Fabien Leurent

- Accessibilité et prix immobiliers : le cas du Grand Lyon p. 223
Pierre-Yves Péguy, Nicolas Ovtracht

B - Phénomènes physiques et environnements urbains p. 227

- Modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain :
approches ondulatoires p. 228
Christophe Ayrault, Jean-Baptiste Doc, Simon Félix, Bertrand Lihoreau, Miguel Molerón, Vincent
Pagneux, Adrien Pelat, Judicaël Picaut, Olivier Richoux

- Approche simplifiée de la réalisation de cartographies sonores de grandes agglomérations à
l’aide d’un logiciel SIG p. 232
Judicaël Picaut, Nicolas Fortin

- Evaluation du potentiel solaire urbain à l’échelle de la France p. 236
Elie Ghanassia, Marie-Hélène Laurent, Mindjid Maïzia, Benoit Beckers

6 | Commissariat général au développement durable – Direction de la recherche et de l’innovation

- Définition d’un modèle géométrique urbain pour la simulation du potentiel solaire p. 239
Diana Rodríguez, Aurélie Prévost, Nathalie Molines, Benoit Beckers

- Bilans hydrique et énergétique sur une zone urbaine hétérogène :
mesures et simulations p. 242
Insaf Bagga, Isabelle Calmet, Fabrice Rodriguez, Jean-Michel Rosant

- Etude de l'influence de l'hétérogénéité morphologique du tissu urbain sur la dynamique de
l'atmosphère : une approche de modélisation adaptée à l'échelle de la ville p. 246
Magdalena Maché, Jean-Francois Sini et Isabelle Calmet

- Modèle numérique pour la caractérisation du confort thermique dans les éco-quartiers :
méthodologie et validation sur une configuration de rue canyon p. 250
Khaled Athamena, Jean François Sini, Sabre Maeva, Jean Michel Rosant

- Caractérisation des ambiances dans les grands ensembles :
entre modélisation architecturale, sensible et physique p. 254
Amar Bensalma, Marjorie Musy, Nathalie Simonnot

- Modélisation et simulation microclimatique couplée des aménagements urbains et du
comportement thermique des bâtiments p. 258
Laurent Malys, Julien Bouyer

- Développement d’un code CFD de simulation atmosphérique prenant en compte le
rayonnement atmosphérique pour des géométries urbaines complexes p. 261
Yongfeng Qu, Maya Milliez, Luc Musson-Genon, Bertrand Carissimo

- Impact des technologies de contrôle des émissions du trafic routier
sur la qualité de l'air à Paris p. 265
Yelva Roustan, Marie Pausader, Christian Seigneur

C - Ville et énergie p. 271

- Modélisation de la demande énergétique des bâtiments à l’échelle d’un quartier p. 272
Adrien Gros, Emmanuel Bozonnet, Christian Inard

- Méthodologies de conception climatique de quartiers urbains pour l’efficacité énergétique
des bâtiments p. 276
Yuan Huang, Marjorie Musy, Gérard Hégron, Hong Chen, Baofeng Li

- Du bâtiment à la ville : l’intégration des données énergétiques dans la conception
architecturale située p. 282
Laëtitia Arantes, Olivier Baverel, Pascal Rollet, Daniel Quenard

D - Morphologies, dynamiques urbaines et représentations p. 287

- Modélisation 3D urbaine automatique par photogrammétrie 3D haute résolution p. 288
Jean-Philippe Pons, Renaud Keriven, Olivier Tournaire, Souheil Soubra

- Reconnaissance automatique de structure viaire urbaine p. 291
Xavier Marsault

- Explorer la ville polycentrique avec un modèle multi-agents p. 295
Rémi Lemoy, Charles Raux, Pablo Jensen

- Belgrand : un grand équipement pour l’utilisation des bases de données dans le domaine
de la ville et de la mobilité p. 298
Jean-Paul Hubert, Olivier Bonin, Martin Henriquez


Commissariat général au développement durable – Direction de la recherche et de l’innovation | 7


- Modélisation conceptuelle de l’espace urbain : une approche multi-perspective p. 301
Walid Chaker, Fabien Leurent

E - Approches de modélisation intégrée p. 305

- Couplage de simulations environnementales au sein
d’une maquette numérique urbaine p. 306
Bruno Hilaire, Ludovic Leclercq, Julien Maillard, Julien Soula, Dirk Van-Maercke, Kamel Zibouche

- Une méthode de diagnostic et de conception pour l’aménagement
d’interfaces villes-ports intérieurs, basée sur l’analyse spatiale p. 309
Kristel Mazy

- Le projet de recherche URSULA : un exemple d’approche intégrée
de la modélisation urbaine p. 314
Laurence Pattacini

- Analyse de cycle de vie et aide à la décision : cas des bâtiments parisiens p. 321
Charlotte Tardieu, Cédissia About-de Chastenet, Morgane Colombert, Youssef Diab, Christophe
Gobin, Grégory Herfray, Thibaut Jarrin, Bruno Peuportier, Maxime Trocmé
8 | Commissariat général au développement durable – Direction de la recherche et de l’innovation

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