Sciences urbaines: un labo en ville, pour la ville

Cet article a été écrit par John Coutts et publié dans le magazine Innovations n°5.

La technologie façonne la ville : on l’a vu au XIXe siècle avec les chemins de fer et au XXe siècle avec la voiture, le téléphone et l’électricité. En ce XXIe siècle, les technologies numériques (analyse des données, modélisation, etc.) pourraient bien être à l’origine d’une révolution similaire.

Mais comment mettre l’innovation technologique au service des citadins ? C’est la question que s’est posée la ville de Québec, au Canada. Son Unité Mixte de Recherche en Sciences Urbaines (UMRsu), nouvellement créée, fait appel à l’expertise d’entreprises, d’universités et du gouvernement pour aborder les problèmes urbains et exploiter les potentialités émergentes.

Hébergé par Thales et équipé des toutes dernières technologies interactives, ce laboratoire de 280 m² est le premier du genre au Canada. Il s’agit d’un partenariat entre la municipalité de Québec, l’Université Laval, l’Institut national de la recherche scientifique, le Parc technologique du Québec métropolitain et Thales Canada, avec le soutien du gouvernement de la province du Québec.

« Le laboratoire est un écosystème collaboratif exceptionnel, spécialisé dans la recherche et le développement en science urbaine, explique Richard Grenier, directeur Recherche & Technologie pour Thales au Canada. Il a pour mission de développer des solutions permettant d’améliorer l’efficacité et la fluidité urbaines, que ce soit dans le domaine des transports, de la gouvernance, de la sécurité, de l’urbanisme ou de la logistique urbaine. »

En bref

L’évolution des villes a suscité le développement des sciences urbaines ces dernières années.
Loin d’être purement théoriques, ces recherches visent à trouver des solutions concrètes aux défis de l’urbanisation.
Elles associent le Big Data, l’analyse de données à une expertise

Une nouvelle science

La science urbaine est une discipline relativement jeune. Contrairement aux approches académiques traditionnelles qui s’attachent à décrire et à expliquer les phénomènes urbains, elle va plus loin en utilisant la ville comme laboratoire vivant pour élaborer des solutions.

« Elle réunit de nombreuses disciplines différentes, traditionnellement étudiées séparément, explique le directeur scientifique de l’UMRsu, le professeur Sébastien Tremblay. C’est le cas notamment de l’ingénierie, des mathématiques supérieures, de la gestion, des sciences sociales et de l’urbanisme. Elles contribuent ensemble à la recherche et au développement de solutions plus efficaces, au service des villes. »

Le programme « complete streets », dont le but est de rendre les rues accessibles à tous les modes de transport (pas uniquement la voiture) ainsi qu’aux personnes de tous âges et de toutes capacités, se prête particulièrement bien à ce type d’approche. L’accessibilité totale des rues est une entreprise complexe. Les programmes de ce type sont transversaux à plusieurs ministères et budgets : ingénieurs en génie civil, spécialistes de l’aménagement du territoire et responsables de la gestion du trafic sont ainsi amenés à collaborer, chacun ayant des exigences propres qu’il faut rassembler, évaluer et concilier. Des experts externes, notamment des architectes, des ingénieurs télécom et des entreprises de services publics, ont également leur mot à dire.

« La difficulté est de recueillir toutes ces exigences, de les transformer en critères que l’on peut analyser, puis de présenter le meilleur compromis possible », explique Sébastien Tremblay.

L’analyse multicritère requise pour cette opération complexe est facilitée par Myriad, un outil logiciel développé par Thales. Myriad permet aux décideurs de prendre en compte des variables multiples, d’évaluer différentes options et de choisir la meilleure.

« Thales a développé dans les domaines du transport, de la sécurité et de la défense des applications et des outils intelligents qui peuvent être adaptés aux besoins spécifiques des villes intelligentes, de la logistique urbaine et de la planification », affirme Sébastien Tremblay.

En plus de fournir la technologie et l’expertise indispensables, le laboratoire offre aux participants un espace pour travailler ensemble.

« L’un des principaux processus que nous sommes en train de mettre en place est ce que nous appelons la ‘réflexion conceptuelle’, confie Martin Rivest, chef de projet et responsable de l’innovation technologique pour la recherche et la technologie chez Thales au Canada. Elle consiste notamment à organiser des ateliers pluridisciplinaires réunissant tous les acteurs pour identifier et faire progresser les solutions les plus adaptées. »

Le travail autour de l’analyse multicritère peut générer des idées novatrices, comme par exemple le tableau de bord de la ville intelligente, un système qui permet non seulement d’améliorer la gouvernance et le fonctionnement de la ville, mais également de présenter de nouveaux projets et d’encourager la participation des citoyens.

« Pour cela, Thales peut s’appuyer sur son expertise dans d’autres domaines critiques, souligne Siegfried Usal, vice-président en charge de la stratégie et de la communication chez Thales au Canada. Les projets d’infrastructures sont étroitement liés à la gouvernance, aux services municipaux et aux besoins des citoyens, mais aussi à la sécurité. Or, c’est précisément ce que fait Thales depuis des décennies dans ses autres marchés, comme la défense, l’aéronautique et les transports : nous répertorions tous les besoins, nous vérifions que tout est sécurisé et nous élaborons un système d’information commun. »

Jeux sérieux

En plus de faire participer les citoyens, les autorités municipales ont le devoir de protéger le public en cas de problème. Les services de premier secours et les responsables de la sûreté doivent être prêts à faire face à toute éventualité : mouvement de foule, accident de transport ou attentat terroriste.

Mais pour réagir efficacement, il faut que les pouvoirs publics puissent s’entraîner à intervenir dans différentes situations de crise. Il faut également qu’ils puissent sélectionner et former le personnel requis.

Les « jeux sérieux » permettent d’immerger l’utilisateur dans une situation de crise virtuelle. Grâce à Synergy – un outil développé par Thales – et en collaboration avec les services de police de Québec, le programme Intelligent Simulation for Civil Protection Emergency Response (ISCPER) de l’UMRsu développe des jeux sérieux qui reproduisent tous les types d’incidents auxquels les services de premier secours peuvent être confrontés.

« Synergy comprend des cartes et des algorithmes de propagation des incendies et d’écoulement du trafic, ainsi que des ressources comme les voitures de police et les véhicules de pompiers, précise Sébastien Tremblay. La plupart des moyens techniques existent déjà. »

Les jeux sérieux ont ceci d’essentiel qu’ils permettent d’améliorer la gestion de crise.

« En cas de mauvaise gestion d’une crise, les responsables municipaux et la police peuvent revoir ce qui s’est passé et rejouer le scénario pour comprendre comment ils auraient dû réagir, explique Martin Rivest. Cela permet de tirer les leçons de l’expérience et d’améliorer constamment les plans d’intervention d’urgence. »

La technologie sur laquelle reposent les jeux sérieux pourrait être utilisée pour améliorer d’autres domaines de la sécurité urbaine. C’est le cas, par exemple, de la vidéosurveillance.

« Le mur d’écrans de télévision que l’on voit dans la plupart des centres de contrôle n’est pas le moyen le plus efficace pour surveiller ce qui se passe, affirme Sébastien Tremblay. La plate-forme de R&D nous permet de tester de nouvelles techniques de visualisation. »

Cette même plate-forme peut être utilisée pour évaluer les données biométriques à l’intention des services de premiers secours. Les données recueillies par ce qu’on appelle la technologie « prêt-à-porter », autrement dit les appareils qui contrôlent des variables comme la fréquence respiratoire, la conduction cutanée et la taille des pupilles, donnent des indices sur l’état physiologique et psychologique du porteur.

« Les données biométriques nous renseignent sur l’état fonctionnel de l’opérateur, déclare Martin Rivest. Cette information peut être utilisée pour la formation ainsi que pour suivre les services de premier secours sur le terrain. Pour cela, nous employons Sensora, un outil technologique développé par Thales. »

L’objectif est de définir les indicateurs qui font la distinction entre différents états mentaux et corporels. Les données brutes ne sont qu’un point de départ, insiste Martin Rivest : « L’un des principaux défis est de faire la différence entre le stress et la saturation cognitive ; or, si vous considérez uniquement le nombre de battements de cœur par minute, vous ne pouvez pas faire la différence. Pour comprendre ce qui se passe réellement, nous utilisons des modèles et des techniques d’apprentissage machine. »

Ce type de recherche insiste sur l’éclairage nouveau qu’apportent les « big data » – les gros volumes de données haut débit – sur des phénomènes qui étaient encore récemment mal ou pas du tout compris. « L’analyse et l’exploitation des big data est l’outil dans environ 85 % de nos programmes », fait remarquer Sébastien Tremblay.

Suivre le flot

La gestion de l’eau est un autre domaine où l’analyse des big data permettrait d’accomplir de réels progrès. Les villes ont besoin d’être approvisionnées en eau potable propre et de qualité. L’efficacité des réseaux d’égouts et de la gestion des eaux usées est également un facteur important. La capacité de prévoir et de maîtriser les inondations en est un aspect corollaire. Tout cela est compliqué à gérer. Garantir aux citoyens un approvisionnement constant en eau propre pose des défis particuliers. En effet, la qualité de l’eau est influencée par des facteurs humains et naturels qui varient non seulement d’une semaine à l’autre, mais d’une heure à l’autre.

Du fait que la qualité de l’eau varie, il est difficile de prévoir exactement où, quand et dans quelle proportion un traitement sera nécessaire avant que l’eau puisse être consommée. Ces difficultés s’inscrivent dans un contexte d’inquiétudes croissantes suscitées par les niveaux de pollution du Lac Saint-Charles, principale source d’eau potable de la ville de Québec.

L’UMRsu s’est lancée dans un programme qui s’appuie sur l’analyse des big data pour améliorer la gestion de l’eau.
« L’objectif est d’utiliser les données sur la qualité de l’eau fournies par les ouvrages de captage et les réseaux d’alimentation comme outil d’aide à la décision pour le contrôle de l’eau potable », explique Martin Rivest.

Le programme exploite les nombreuses données historiques sur l’eau accumulées par la ville.

« Il y a environ dix ans de données fournies par différents capteurs qui n’ont jamais été exploitées jusqu’ici, affirme Sébastien Tremblay. L’objectif est de les utiliser pour élaborer un algorithme d’analyse prédictive qui permettra d’émettre des alertes avancées en cas de problème. Le même type d’analyse peut être également appliqué aux eaux usées. »

Lancé il y a moins d’un an, le laboratoire s’est déjà fait un nom sur la scène internationale. « C’est un modèle que Thales veut répliquer notamment à Dubaï», fait remarquer Martin Rivest. Le laboratoire a d’ailleurs été présenté lors de la COP 21 à Paris comme exemple de coopération entre l’industrie, les villes et les universités pour des solutions écologiques.

Le programme initial est prévu sur cinq ans, mais Sébastien Tremblay vise le plus long terme. « Ce que nous sommes en train de mettre en place ici offre un potentiel considérable. Nous sommes confiants dans l’avenir et aimerions que l’UMRsu devienne une institution permanente. »