Périmètre du défi
Les villes et leurs infrastructures de transport sont des systèmes complexes, à la fois physiques, écologiques, techniques et sociétaux. Ainsi la recherche de solutions équilibrées et durables doit-elle être pluridisciplinaire, impliquant non seulement les technologies, les nouvelles solu-tions et usage numériques, la sociologie et l’économie, mais également l’architecture, le design, l’étude des comportements… Cette recherche de solutions doit s’eff ectuer aussi bien à l’échelle des matériaux que des bâtiments, des quartiers, de la ville et de la région, mais aussi à diff érentes échelles de temps : quotidiennes, générationnelles ou séculaires. pour cela, il faut être capable de modéliser les fl ux de matières, d’énergies, de personnes et d’informations à l’intérieur et entre chacun de ces niveaux. La démarche doit être multi-acteurs et impliquer les habitants et les amé-nageurs, afi n que les solutions proposées intègrent les innovations de manière optimale, qu’elles soient adaptées localement et qu’elles assurent la cohésion sociale. De même, ces solutions devront également prendre en compte la sécurité et la sûreté de l’ensemble du système et per-mettre la restauration rapide (résilience) du fonctionnement en cas de panne ou de dégradation involontaire ou malveillante.
DÉFI 6
Défi 6 | Transports et systèmes urbains durables
La recherche française sur la ville durable est notamment structurée autour du pôle de com-pétitivité Advancity, de l’ITE Efficacity et de l’Institut de la ville durable. La filière rénovation urbaine et ville durable se met tout juste en place en France, mais elle bénéficie d’une bonne structuration des acteurs économiques reconnus au niveau mondial, notamment sur les technologies et les services de mobilité (PSA, Renault, Valéo…) et la gestion de l’eau (Veolia, Suez Environnement…), mais aussi sur l’intégration des technologies numériques (Orange, Atos, Capgemini…). Elle compte également de nombreuses entreprises, bureaux d’études et collectivités fédérées au sein de Vivapolis, créée pour pousser à l’international l’offre française de réalisation d’écoquartiers.
FREINS
Les forces de recherche sur la ville durable sont dispersées entre de nombreux laboratoires, depuis des organismes spécialisés (CSTB et Ifsttar) jusqu’aux écoles d’architecture. Elle pâtit d’un faible dialogue entre techniciens, ingénieurs et chercheurs en sciences humaines et sociales. Le domaine manque de bases de données sur le bâti existant, qui permettrait d’étayer les recherches. D’autre part, les savoirs et savoir-faire produits par la recherche ne sont pas encore suffisamment intégrés aux modèles de prise de décision des collectivités territoriales.
GRANDES ORIENTATIONS
La mobilité est un aspect essentiel pour le développement économique et social de la ville. En consé-quence, le système de transport doit être développé de manière à réduire sa consommation énergétique et ses émissions polluantes, à décongestionner la ville et à améliorer la qualité de vie. Cet objectif passe par le développement de nouveaux véhicules individuels ou collectifs répondant à ces contraintes, mais aussi par la création d’usages innovants et le recentrage des activités autour des habitations.
La mobilité n’est cependant qu’un des aspects de la recherche sur la ville durable. Cette dernière englobe des problématiques extrêmement variées, telles que la réduction des coûts énergétiques, la qualité de l’air, l’assurance de sécurité, d’éducation et de culture, la construction de logements et de voies de mobilité adaptés aux personnes vulnérables, la réhabilitation et la réduction des quartiers défavorisés ou la lutte contre l’étalement urbain. Il est également à noter que les villes résilientes peuvent fonctionner en mode dégradé en cas d’aléa hydroclimatique. Les réponses à ces questions nécessitent une forte coordination des acteurs et s’appuient sur des données de nature et d’origine hétérogènes et sur leur intégration multi-échelle. La constitution d’observatoires permettra de réa-liser cette intégration, de suivre le comportement des innovations in situ et de tester des scénarios prospectifs (flotte de véhicules à mutualiser, changements des usages à susciter et à accompagner…).
Dans un contexte de transition énergétique, la rénovation thermique et environnementale des bâti-ments constitue un thème central et nécessite à la fois des innovations technologiques, organisation-nelles et socioéconomiques. Le développement d’instruments de mesures connectés et d’outils de
AT O U T S
Défi 6 | Transports et systèmes urbains durables
conception facilite l’intégration de ces innovations dans les projets de rénovation urbaine. Notamment, la maquette numérique (ou BIM, Building Information Modeling) simplifie la réalisation de bâtiments en s’affranchissant des tests, très coûteux, sur maquette réelle. Étendre la portée de tels outils permettra de réaliser des essais virtuels à l’échelle du quartier ou de la ville, et ainsi de concevoir des systèmes urbains entiers à faible empreinte environnementale.
Enfin, les systèmes urbains ne peuvent prétendre être durables sans que soient maîtrisés, dans un cadre innovant d’économie circulaire, la structuration, la gouvernance et l’optimisation fonctionnelle et socioé-conomique des réseaux urbains, qu’il s’agisse de la distribution d’électricité, de chaleur, de froid, de gaz, d’eau, de déchets, des câblages, des voies de mobilité ou des réseaux numériques. Ces réseaux doivent faire l’objet d’une réflexion en amont dans la conception de la ville, en portant une attention particulière aux lieux d’interconnexion que sont les aéroports, les gares ou les nœuds de réseaux, par exemple.
Leur optimisation énergétique et environnementale est recherchée tout en garantissant à l’habitant le contrôle de son environnement (la température, par exemple). Par ailleurs, les réseaux sont des points vulnérables dans la ville. Ils doivent donc être conçus pour minimiser les risques en termes de sécurité et de sûreté, gérer les défaillances et fonctionner en mode dégradé en cas de pannes, d’accidents ou d’actes de malveillance aussi divers que l’incendie, l’explosion de gaz, l’accident ou l’attaque de hackers.
Orientations de recherche
Orientation 21 /
Observatoires de la ville
Des observatoires seront développés pour fournir des données sur le bâti, les systèmes et les flux urbains d’énergie, de matières et de personnes. Les informations qu’ils recueilleront complèteront les bases de don-nées existantes et les dondon-nées des enquêtes et comparatifs internationaux. Ces observatoires favoriseront la mobilisation de tous les acteurs concernés autour de la réalisation de diagnostics, de modélisations et de scénarios prospectifs interdisciplinaires. Ils permettront également de mesurer l’intégration urbaine dans le système régional et international, d’évaluer les politiques publiques et de tester les solutions inventées.
Orientation 22 /
Nouvelle conception de la mobilité
Il s’agira de concevoir de nouvelles manières de se déplacer, combinant divers modes de mobilité et s’ap-puyant sur des innovations technologiques et organisationnelles.
Il faudra, d’une part, concevoir de nouveaux véhicules innovants à empreinte environnementale réduite (mini-véhicules, aéronefs électriques, drones) et à usages multiples basés sur de nouveaux concepts d’auto-matisation, de délégation accrue, de connectivité et de gestion des trafics.
Il faudra, d’autre part, produire des ruptures technologiques ou organisationnelles pour répondre à la problématique du « dernier kilomètre », comme pour les livraisons, et changer le point de vue des acteurs impliqués dans la mise en place de systèmes partagés, tels que le covoiturage, l’auto-partage et l’interfaçage des transports massifiés. De nouveaux modes de gestion devront aussi être inventés pour le traitement et la valorisation des déchets. Une autre voie de progrès consistera à développer des systèmes pour optimiser les flux de personnes ou réduire les besoins de mobilité, c’est-à-dire à innover en matière de télétravail, de e-services, de loisirs et de mobilité douce et active.
Défi 6 | Transports et systèmes urbains durables
Orientation 23 /
Outils et technologies au service de la ville durable
Il conviendra de développer pour les maîtres d’ouvrages de nouveaux instruments de mesure et outils numé-riques de conception, permettant de réaliser des systèmes urbains à faible empreinte environnementale non plus à l’échelle du bâtiment, mais à l’échelle d’un quartier. Par ailleurs, l’effort d’innovation devra être main-tenu dans les technologies et outils permettant d’optimiser l’efficacité énergétique et environnementale des bâtiments : pompes à chaleur, systèmes de production de froid, nouveaux matériaux d’isolation, système d’évacuation des déchets ou contrôle de la qualité de l’air intérieur et de l’eau…
Orientation 24 /
Optimisation et intégration des infrastructures et des réseaux urbains
Il conviendra d’intégrer les différents réseaux (eau, gaz, électricité, internet, transports) dès la phase de conception, afin d’optimiser leur mise en place ou leur usage, de réduire leur consommation d’énergie et de susciter, par ailleurs, l’émergence de technologies de rupture pour inventer de nouveaux modes de trans-mission d’informations utilisant les réseaux en place (système acoustique par les tuyaux d’eau ou les rails des tramways par exemple).
Enfin, il s’agira d’améliorer la coordination des réseaux d’infrastructure en proposant des plateformes mul-ti-opérateurs de services et de nœuds d’intermodalité dans les aéroports ou les gares, de permettre la ges-tion active des outils mis à la disposiges-tion des usagers par le smart grid, ainsi que de développer des soluges-tions d’adaptation et de résilience face aux risques d’aléas techniques, sociaux ou climatiques.
Défi 7 | Société de l’information et de la communication
Périmètre du défi
Les sciences et technologies du numérique se placent désormais au cœur d’enjeux économiques, sociaux et humains majeurs. Elles alimentent toutes les autres disciplines scientifiques, de la même façon qu’elles irriguent la vie quotidienne des individus et des groupes sociaux. En moins de vingt ans, le traitement de grandes masses de données (Big Data) et le calcul intensif sont devenus des domaines stratégiques. À présent, le développement de technologies matérielles et logicielles innovantes au service des objets connectés et de l’Internet des objets intéresse tous les secteurs, de l’observation scientifi que à l’ensemble des activités sociales ou privées. La cyber sécurité est, par conséquence, devenue un enjeu de souveraineté nationale aussi bien que de protection des citoyens.
Les avancées des technologies matérielles, logicielles et de communication reposent sur les progrès en mathématiques, informatique, automatique, électronique, traitement du signal et nanosciences.
Elles s’appuient, par exemple, sur la quantique et la photonique pour les nouveaux composants, sur la