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Vendredi 20 Septembre 2024 à 10h30.

Flux et écoulements complexes à travers le prisme de la physique statistique : des solides désordonnés aux véhicules, en passant par les foules piétonnes

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Membres du jury / jury members :
* M. Bruno ANDREOTTI,
* Mme Anne-Hélène OLIVIER,
* M. Clément SIRE,
* M. Alexandre AUSSEM,
* M. Fabien LEURENT

(The presentation will be delivered in French.)

Mes travaux de recherche aspirent à apporter un éclairage physique et à modéliser les flux et l’écoulement de divers systèmes et matériaux complexes, qui étaient traditionnellement, ou sont encore, du ressort de disciplines autres que la physique (telles la science des matériaux ou l’ingénierie du transport). En adoptant un regard de physicien statisticien, il s’agit donc de comprendre l’émergence de comportements collectifs a priori complexes dans ces systèmes à partir de schémas microscopiques simples impliquant un nombre limité de paramètres ou d’“ingrédients”.
Plus précisément, doté d’un bagage en physique de la matière molle, physique statistique et en mo-délisation numérique, j’ai articulé mon activité de recherche après ma thèse autour de deux grands volets :

1. la modélisation de la déformation et de l’écoulement de solides amorphes et fluides com- plexes.
2. les problèmes de mobilité humaine, notamment la dynamique piétonne.

Concernant ce second volet, en situation compétitive (dans certains cas d’extrême urgence, par exemple), la dynamique d’évacuation d’une foule de piétons à travers une porte présente des similitudes avec la décharge d’un silo à orifice étroit. Les travaux que j’ai menés avec mes collaborateurs, combinant expériences contrôlées, modélisation et développements théoriques, ont étudié jusqu’à quel point cette ressemblance demeure pertinente. Il se trouve que la présence de comportements hétérogènes ne la remet pas en cause en situation d’évacuation, l’effet des comportements individuels se reflétant surtout sur la densité au voisinage de la porte, mais qu’en revanche l’analogie granulaire ne s’étend pas aux foules denses de manière plus générale. En particulier, la présence manifeste d’anticipation dans les scénarios de traversée de foules bat en brèche cette idée d’analogie et, avec elle, des modèles de dynamique piétonne d’utilisation pourtant courante. Face à ce constat, nous avons développé une nouvelle branche de modèles piétons, rendant mieux compte des effets d’anticipation. Le modèle en résultant est muni d’une structure distinguant bien la couche décisionnelle à l’œuvre dans le choix d’une vitesse, et la couche mécanique, où agissent aussi les forces de contact entre piétons ; il s’est révélé d’une efficacité remarquable pour prédire les trajectoires de piétons dans une large gamme de situations, jusqu’à saisir semi-quantitativement l’effet de la distraction par les écrans de smartphones. En outre, nos recherches sur les piétons ont pris un tournant épidémiologique à la survenue de la pandémie de COVID-19, où nous avons mis au point une méthodologie et des modèles pour coupler des trajectoires piétonnes empiriques avec des modèles de propagation d’aérosols et gouttelettes respiratoires, afin d’estimer les risques de transmission virale au sein d’une foule. Au cours des dernières années, mon activité sur ce volet s’est considérablement élargie, pour aborder d’autres facettes de la mobilité urbaine, notamment le trafic motorisé. En particulier, la question de la recherche de stationnement, levier d’action majeur des métropoles occidentales pour inciter à des changements de mode de transport, a constitué un riche objet d’études ; une de nos premières ambitions en la matière était d’expliquer l’apparente contradiction entre un taux d’occupation des places élevé mais raisonnable et des temps de recherche très longs observés. Un cadre théorique a été échafaudé avec succès pour s’attaquer à ce problème, en combinant physique statistique et théorie des graphes.

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