De nombreuses facettes de la croissance des villes suivent des lois universelles de mise à l’échelle
Lorsque les systèmes complexes doublent de taille, bon nombre de leurs composants ne le font pas. De manière caractéristique, certains aspects ne croîtront que d’environ 80%, d’autres d’environ 120%. L’étonnante uniformité de ces deux taux de croissance est connue sous le nom de « lois d’échelle ». Des lois d’échelle sont observées partout dans le monde, de la biologie aux systèmes physiques. Ils s’appliquent également aux villes. Pourtant, si une multitude d’exemples démontrent leur présence, les raisons de leur émergence font encore débat.
Une nouvelle publication dans le Journal of The Royal Society Interface fournit désormais une explication straightforward des lois de mise à l’échelle urbaine: Carlos Molinero et Stefan Thurner du Complexity Science Hub Vienna (CSH) les dérivent de la géométrie d’une ville.
- Faire évoluer les lois dans les villes
- Tout est dans la géométrie
- Géométrie fractale
- Une formule pour un urbanisme long lasting
Faire évoluer les lois dans les villes
Un exemple de loi d’échelle urbaine est le nombre de stations-company: si une ville avec 20 stations-services double sa populace, le nombre de stations-assistance n’augmente pas à 40, mais seulement à 36. Ce taux de croissance d’environ, 80 par doublement s’applique à une grande partie de l’infrastructure d’une ville. Par exemple, la consommation d’énergie par personne ou la couverture foncière d’une ville n’augmente que de 80% à chaque doublement. Étant donné que cette croissance est as well as lente que ce que l’on show up at d’un doublement, on parle de croissance sous-linéaire.
D’un autre côté, les villes affichent des taux qui ont furthermore que doublé dans des contextes in addition axés sur la société. Les habitants des grandes villes gagnent constamment as well as d’argent pour le même travail, passent as well as d’appels téléphoniques et marchent même as well as vite que les habitants des petites villes. Ce taux de croissance super-linéaire est d’environ 120% pour chaque doublement.
Fait remarquable, ces deux taux de croissance,, 8 et 1,2., Se manifestent maintes et maintes fois dans des dizaines de contextes et d’applications liés à la ville. Cependant, jusqu’à présent, on ne sait pas vraiment d’où viennent ces chiffres.
Tout est dans la géométrie
Stefan Thurner et l’ancien chercheur au CSH Carlos Molinero, qui a travaillé sur cette publication pendant son séjour à Vienne, montrent maintenant que ces lois d’échelle peuvent être expliquées par la géométrie spatiale des villes. « Les villes sont toujours construites de manière à ce que les infrastructures et les gens se rencontrent », déclare Molinero, un expert en sciences urbaines. « Nous pensons donc que les lois de mise à l’échelle doivent en quelque sorte émerger de l’interaction entre les lieux de vie des gens et les espaces qu’ils utilisent pour se déplacer dans une ville – essentiellement ses rues. »
« La découverte innovante de cet report est la façon dont les proportions spatiales d’une ville sont liées les unes aux autres », ajoute Stefan Thurner, chercheur en complexité et physicien.
Géométrie fractale
Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont d’abord cartographié en trois dimensions les lieux de vie des gens. Ils ont utilisé des données ouvertes pour la hauteur des bâtiments dans moreover de 4 700 villes d’Europe. « Nous connaissons la plupart des bâtiments en 3D, nous pouvons donc estimer le nombre d’étages d’un bâtiment et le nombre de personnes qui y vivent », déclare Thurner. Les scientifiques ont attribué un position à chaque personne vivant dans un bâtiment. Ensemble, ces details forment une sorte de « nuage humain » dans une ville.
Les nuages sont des fractales. Les fractales sont vehicle-similaires, ce qui signifie que si vous effectuez un zoom avant, leurs parties ressemblent beaucoup à l’ensemble. À l’aide du nuage humain, les chercheurs ont pu déterminer la dimension fractale de la population d’une ville: ils ont récupéré un nombre qui décrit le nuage humain dans chaque ville. De même, ils ont calculé la dimension fractale des réseaux routiers des villes.
« Bien que ces deux chiffres varient considérablement d’une ville à l’autre, nous avons découvert que le rapport entre les deux est une constante », explique Thurner. Les chercheurs ont identifié cette constante comme « l’exposant de mise à l’échelle sous-linéaire ».
Outre l’élégance de l’explication, la découverte a une valeur pratique potentielle, comme le soulignent les scientifiques. « À première vue, cela ressemble à de la magie, mais c’est tout à fait logique si l’on y regarde de plus près », dit Thurner. « C’est cet exposant de mise à l’échelle qui détermine remark les propriétés d’une ville changent avec sa taille, et cela est pertinent car or truck de nombreuses villes à travers le monde se développent rapidement.
Une formule pour un urbanisme long lasting
On s’attend à ce que le nombre de personnes vivant dans les villes du monde entier double approximativement au cours des 50 à 80 prochaines années. « Les lois de mise à l’échelle nous montrent ce que ce doublement signifie en termes de salaires, de criminalité, d’inventivité ou de ressources nécessaires par personne – tout cela est une information and facts importante pour les urbanistes », souligne Thurner.
Connaître l’exposant de mise à l’échelle d’une ville particulière pourrait aider les urbanistes à maîtriser les gigantesques besoins en ressources de la croissance urbaine. « Nous pouvons désormais réfléchir spécifiquement à la manière de réduire au maximum ce nombre, par exemple grâce à des methods architecturales intelligentes et des approches radicalement différentes de la mobilité et de la design d’infrastructures », est convaincu Stefan Thurner. « Plus l’exposant de mise à l’échelle est petit, additionally l’efficacité des ressources d’une ville est élevée », conclut-il.