Des scientifiques de l’Université Fudan et de l’Université de l’énergie électrique de Shanghai en Chine ont développé une technique de modélisation pour étudier les flux de trafic urbain et l’ont vérifiée avec des données réelles de Shanghai. Ils décrivent leur démarche en Chaospar AIP Publishing, et montrent que leur modèle peut être utilisé pour trouver des goulots d’étranglement jusqu’alors inconnus qui pourraient conduire à la défaillance de l’ensemble du réseau routier.

Cette recherche se situe à l’intersection de la physique et des sciences de l’information et constitue un modèle innovant impliquant l’étude des villes intelligentes. Le modèle utilise une forme modifiée de la théorie de la percolation, largement utilisée pour comprendre le flux de liquides à travers des milieux poreux, tels que le sol et les gels. Lorsque le liquide s’écoule à travers un réseau de pores, il est parfois bloqué de la même manière que la circulation des véhicules sur les routes peut être bloquée.

Lors de la construction de leur modèle, les enquêteurs ont pris en compte le réseau routier existant et la répartition de la population à Shanghai. Ils ont généré des déplacements entre divers centres de population, en affectant ces déplacements aux routes qui offraient la distance de déplacement la plus courte.

« La zone urbaine est un système ouvert où, en plus des flux intrarégionaux, il y a aussi un échange de flux entre les régions externes. Pour simuler l’effet des déplacements domicile-travail, nous avons augmenté la population des régions limitrophes », a déclaré l’auteur Yu-Gang Ma.

La charge de trafic sur chaque route a été convertie en vitesse. Lorsque le flux de trafic atteignait une vitesse trop basse sur une route donnée, cette route était considérée comme dysfonctionnelle et retirée du modèle.

En répétant ce processus de manière récursive, les enquêteurs ont découvert qu’une défaillance massive en cascade du système de transport urbain se produisait de manière soudaine et discontinue, un peu comme une transition de phase se produit soudainement lorsque la glace fond ou que l’eau bout.

L’auteur et chef de projet Dingding Han a déclaré : « Nous avons utilisé des cartes accessibles au public pour le district de Yangpu à Shanghai et identifié quatre routes qui servent de voies de communication principales. En appliquant notre modèle de percolation du trafic récursif, nous avons pu identifier une voie particulière, Zhonghuan Road. , comme un goulot d’étranglement potentiel qui pourrait conduire à une défaillance en cascade de l’ensemble du système de circulation urbaine. »

Lorsque la route Zhonghuan est bloquée, la circulation s’écoule dans les rues latérales qui sont finalement incapables de gérer le flux de véhicules. Cela entraîne des blocages supplémentaires et une panne de l’ensemble du système. Lorsque cela se produit, le réseau de routes se divise en fragments déconnectés.

« Il convient de noter que le goulot d’étranglement de la route Zhonghuan a été découvert lors du cinquième cycle de suppression de route dans notre modèle », a déclaré l’auteur Jiang-Hai Qian. « Grâce au processus dynamique d’échec en cascade, le goulot d’étranglement caché a été découvert. »