Simulation de processus émergents dans l’espace géographique

Arnaud Banos
CNRS, Image et Ville, UMR 7011 CNRS/ULP, Strasbourg

La plupart des objets de prédilection du géographe peuvent être décrits comme des systèmes spatiaux complexes, composés d’un très grand nombre d’entités localisées, interagissant les unes avec les autres selon des canaux privilégiés, et ce à travers différentes échelles. Du village dans son terroir au village planétaire, de la simple rue à la ville en mouvement et aux systèmes de villes, l’éventail des échelles mobilisées est très large. On comprendra dès lors que les sciences de la complexité et les nouvelles méthodes de modélisation et de simulation qu’elles véhiculent, constituent un enjeu majeur pour la géographie. En première ligne de cette nouvelle bataille scientifique figurent les approches permettant de reproduire, par simulation, l’émergence de processus et de structures et leur déploiement dans l’espace géographique. La simulation informatique à base d’agents occupe une place privilégiée dans ce dispositif, par la variété et souplesse des investigations qu’elle autorise. De véritables laboratoires virtuels peuvent ainsi être créés, au sein desquels des approches expérimentales in silico gagnent à être menées. Une fois spécifiés les caractéristiques et comportements d’agents stylisés, ceux-ci peuvent être placés en situation d’interaction dans des environnements dynamiques afin d’explorer les conditions d’émergence de processus et de structures et leur déploiement dans l’espace.
L’objectif de cette contribution est de brosser un panorama des travaux en cours dans le domaine, entre autre au sein du réseau européen S4 (Spatial Simulation for Social Sciences). Nous partirons du modèle théorique classique de ségrégation spatiale de Thomas Schelling afin d’illustrer les principaux concepts à l’œuvre, puis nous déclinerons plusieurs modèles de simulation urbaine, allant de l’émergence d’organismes urbains et de leurs formes à l’émergence de la ville en mouvement et de ses externalités négatives à partir d’une multitude de trajectoires individuelles. Nous montrerons que certains de ces modèles ont atteint une maturité suffisante pour s’inscrire aujourd’hui dans une perspective opérationnelle.

Simulating emergent processes in geographical space

Most of the scientific objects privileged by geographers can be described as complex spatial systems. Such systems are composed of a large number of localised entities, interacting one with another through various networks of interaction, across different scales. From a single village to the global village, from a single urban street to the city on the move and to networks of cities, the range of scales mobilised is very wide. Therefore, not surprisingly, complexity sciences and their modelling and simulation tools constitute a main challenge for geography. At the very front in that new scientific battle are approaches allowing reproducing, by simulation, emergence of processes and structures in geographical space. Agent based simulations occupy a central place in the picture, thanks to the variety and flexibility of investigations they allow. Virtual labs can indeed be created, amongst which experimental approaches can be led. Once defined their characteristics and behaviours, agents are used to populate dynamic environments, in order to explore the possible conditions leading to the emergence of structures and processes.
The goal of this communication is to present a detailed overview of some of the main works in the domain, including those led within the European network S4 (Spatial Simulation for Social Sciences). Beginning with the much classic theoretical social segregation model by Thomas Schelling, we will present several urban models simulating the emergence of cities, their spatial form and the mobility dynamics they host. We will show how some of these models are advanced enough to be used in operational projects.