L’étude des réseaux techniques – à propos de trois thèses récentes

Petit préambule indispensable : si j’ai beaucoup lu à leur sujet, je n’ai jamais étudié à proprement parler de réseaux techniques ou spatiaux. D’autre part, il ne s’agit évidemment pas ici d’évaluer la qualité de ces thèses – je ne suis pas qualifié pour – mais plus simplement d’attirer l’attention sur leur intérêt méthodologique. Et, je m’en excuse auprès des auteurs, mon intérêt se focalise sur le seul aspect analyse de réseaux et néglige donc tant les aspects thématiques qu’opérationnels.

L’étude des réseaux, qu’ils soient sociaux, techniques ou dits « complexes1 » est plurielle, plusieurs disciplines s’y intéressent et, à l’intérieur d’une même discipline, les options possibles sont nombreuses. Trois thèses soutenues récemment, l’une de géographie et deux d’informatique, toutes disponibles en ligne, permettent d’illustrer la variété des choix méthodologiques et conceptuels possibles.

Serge Lhomme est un des membres historiques du groupe fmr – voir ses deux synthèses dans la collection hal-shs -, et sa thèse, soutenue en décembre dernier, s’intéresse à la vulnérabilité des réseaux techniques à travers l’étude du risque d’inondation à Dublin. L’un des intérêts majeurs consiste en l’étude fouillée des interdépendances entre réseaux afin d’évaluer leurs « capacités de résistance, d’absorption et de récupération ». Comme l »écrit l’auteur, « les réseaux apparaissent comme les éléments clés de la continuité du fonctionnement de la ville, car ils permettent la mise en relation de l’ensemble des composants urbains » (p. 96).

L’analyse des réseaux proprement dite est au cœur de la deuxième partie (chapitre 4 à 7). La définition donnée par l’auteur des réseaux techniques, dont il précise la difficulté en raison de la polysémie et du flou des deux termes, est la suivante : « Un réseau technique est […] caractérisé par au moins trois niveaux un niveau matériel (les composants constitutifs du réseau : grands linéaires et éléments ponctuels), un niveau structurel (topologie, configuration du réseau), un niveau fonctionnel (le flux qui se diffuse, la rhéologie) leur principale particularité étant finalement qu’ils impliquent des infrastructures linéaires matérielles » (p. 109-110). Les réseaux techniques étudiés par l’auteur sont les suivants : « le réseau électrique (pour les réseaux d’énergies), les réseaux viaire et ferroviaire (pour les réseaux de transports), les réseaux d’assainissement et d’eau potable (pour les réseaux d’eaux), le réseau de téléphonie fixe (pour les réseaux de télécommunications) » (p.183).

Tous les développements liés à l’utilisation des indices pour mesurer la redondance, les propriétés structurelles (forme et trame) et fonctionnelles (dynamiques des flux) sont exposés avec une grande clarté et de nombreuses illustrations d’une sobriété à toute épreuve. Quant à la démarche générale adoptée, la figure 5.6 page 146 la résume ainsi (Figure 5.6 page 146, S. Lhomme 2012)

Figure 5.6 page 146, S. Lhomme 2012

Je recommande également la lecture du passage consacré aux différences entre les SIG traditionnels et le web-mapping (p.225-232). La présence systématique de résumés pour chaque sous-partie et de résumés pour chaque chapitre facilite la lecture de la thèse.

La thèse de Michel Nabaa, tout comme celle de Serge Lhomme, s’intéresse aux risques liés aux caractéristiques des réseaux viaires et étudie le réseau de la métropole havraise. Mais ce travail aux carrefours de « la science de l’informatique, [de] la géographie et [de] la cyndinique2  » (p. 221) utilise une approche et des outils différents. Plutôt que l’inondation, c’est ici les possibilités d’évacuation de la population suite à un accident qui sont étudiées : « Ce travail de thèse a pour but d’amener des éléments de réponse aux décideurs suite à un événement nécessitant une évacuation. Si un accident survient sur une éventuelle zone, nous sommes capables de recenser d’une manière approximative la population dans les bâtiments et sur le réseau routier, d’encercler la zone d’impact pour empêcher les flux entrants vers la zone et de rediriger les flux sortants, puis de lancer une microsimulation de trafic pour calculer enfin le temps nécessaire pour évacuer la zone » (p. 48).

La définition du réseau proposé par l’auteur est la suivante : « Le terme générique « réseau » se définit donc comme un ensemble d’entités (objets, personnes, . . .) interconnectées les unes avec les autres. Un réseau permet ainsi de faire circuler des flux de matière, d’énergie et d’information entre chacune de ces entités selon des règles bien définies. » [en italique dans le texte] (p. 96).

La méthode privilégiée est ici la recherche de communautés basée sur la modularité, dans la lignée des travaux de Newman notamment, considérant le réseau viaire comme un système complexe symbolisé par un multigraphe : « L’étude de la structure du réseau se fait grâce à une méthode de détection de communautés du réseau permettant d’identifier les liens faibles ou des liens de passage incontournable du réseau, à surveiller par les autorités. L’étude du fonctionnement du réseau est réalisée par l’application d’une marche aléatoire sur le réseau afin de détecter les routes du réseau susceptibles d’être plus empruntées que d’autres  » (p. 94).

Figure 7.5 p. 144 (détail): Clustering hiérarchique sur le multigraphe de l’estuaire de la Seine, Nabaa, 2011

Figure 7.5 p. 144 (détail): Clustering hiérarchique sur le multigraphe de l’estuaire de la Seine, Nabaa, 2011  <nabaa_


Le chapitre 7 propose des pages très utiles et très claires sur les différentes méthodes de partitionnement d’un graphe et notamment les particularités des démarches ascendantes, descendantes et de chemin aléatoire (random walk).

Quant à la thèse d’Éric Mermet, l’un de ses principaux enjeux est la construction d’un outil de visualisation et d’analyse de réseaux de transports définis comme « des réseaux d’infrastructures, c’est à dire des réseaux dont les composants (nœuds et liens) sont des objets tangibles » (p. 36). Le terme d’exploration de réseau (préféré au celui d’analyse) est défini ainsi : « Nous définissons ici l’exploration de réseau comme étant l’ensemble des méthodes permettant d’apprécier l’organisation structurelle d’un réseau dans l’intention de révéler les potentialités relationnelles inconnues ou non visibles à première vue » (p. 37). Définition complétée ensuite lorsque l’auteur précise que « la structure d’un réseau est décrite par quatre propriétés : l’implantation spatiale des nœuds et arcs du réseau, la topologie qui décrit les connexions des nœuds, la métrique qui attribue des valeurs aux composantes du réseau et enfin par les relations origine-destination porteuses des potentialités d’une réalisation relationnelle entre deux noeuds. » (p. 84).

La revue des indices et méthodes proposés tant en Social network analysis qu’en géographie des transports ou en physique est particulièrement intéressante tant elle montre une curiosité et une compréhension multi-disciplinaire (p. 101-108). Les réflexions sur la cartographie d’un réseau et sa nécessaire légende sont également bienvenues (p. 110-114). Enfin, les consommateurs de logiciels seront particulièrement intéressés par le protocole mis en place pour tester un outil destiné à des publics différents (chapitre 5, p.149 173). Espérons d’ailleurs que l’auteur pourra poursuivre le développement de son outil GeoGraphLab et le mettre à la disposition du public, l’utilisation du langage graphique permettant l’exploration cartographique semblant tout à fait pertinente.

Figure 4.15 p.142, E. Mermet, 2011

Figure 4.15 p.142, E. Mermet, 2011

L’annexe 1 est une ressource très précieuse listant les principaux indicateurs applicables aux réseaux de transports, qu’il s’agisse d’indicateurs topologiques, relationnels ou d’une combinaison des deux. Chaque indicateur est décrit, formalisé, souvent illustré, et des références bibliographiques sont quasi systématiquement présentes (p.183-205).

Enfin sur le thème des performances des réseaux routiers, je signale également la thèse d’Alexis Conesa qui s’intéresse à l’accessibilité des réseaux du Nord Pas-de-Calais et de la région PACA dans la lignée des travaux de Chapelon et L’Hostis. Le point sur la Time-Geography p.161-165 est particulièrement recommandé.

Références

Alexis Conesa, 2010, Modélisation des réseaux de transports collectifs métropolitains pour une structuration des territoires par les réseaux. Application aux régions Nord-Pas-de-Calais et Provence-Alpes-Côte d’Azur, Thèse de géographie et d’aménagement, Université Lille Nord de France, http://www.theses.fr/2010LIL10083.

Serge Lhomme, 2012, Les réseaux techniques comme vecteur de propagation des risques en milieu urbain. Une contribution théorique et pratique à l’analyse de la résilience urbaine, Thèse de géographie, Université Paris Diderot, http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00772204/.

Éric Mermet, 2011, Aide à l’exploration des propriétés structurelles d’un réseau de transport. Conception d’un modèle pour l’analyse, la visualisation et l’exploration d’un réseau de transport, Thèse d’informatique, Université Paris-Est, http://www.theses.fr/2011PEST1037.

Michel Nabaa, 2011, Morphodynamique des réseaux viaires. Application au risque, Thèse d’informatique, Université du Havre,http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/62/36/91/PDF/these.pdf.

1 Pourquoi des guillemets ? Parce qu’un réseau complexe à proprement parler suppose des propriétés d’ensemble ne pouvant pas être déduites des propriétés élémentaires (émergence) et l’étudier nécessite une étude dynamique. Or, la plupart des réseaux dits complexes sont simplement de grands graphes (nombreux sommets et nombreux liens).

2 L’étude des risques.


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