Les passages piétonnes présentent généralement le meilleur du comportement des piétons, les gens formant naturellement des voies ordonnées lorsqu'ils traversent la route, passant en douceur ceux venant de la direction opposée sans aucune bosses ni éraflures. Parfois, cependant, le flux devient chaotique, les individus tissant à travers la foule sur leurs propres chemins aléatoires de l'autre côté.
Maintenant, une équipe internationale de mathématiciens, co-dirigée par le professeur Tim Rogers à l'Université de Bath au Royaume-Uni et le Dr Karol Bacik au MIT aux États-Unis, a fait une percée importante dans leur compréhension de ce qui fait que les flux humains se désintégrent enchevêtrement. Cette découverte a le potentiel d'aider les planificateurs à concevoir des passages à niveau et d'autres espaces piétonnes qui minimisent le chaos et améliorent la sécurité et l'efficacité.
Dans un article apparaissant dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciencesL'équipe a épinglé le point précis auquel des foules de piétons traversant une route s'effondrent de l'ordre au désordre.
Les chercheurs ont constaté que pour que l'ordre soit maintenu, la propagation de différentes directions dans les gens doit être maintenue en dessous d'un angle critique de 13 degrés.
En ce qui concerne les passages piétonnes, cela pourrait être réalisé en limitant la largeur d'une traversée ou en considérant où une traversée est placée, de sorte que les piétons sont moins tentés de virer la piste vers les destinations voisines.
Le professeur Rogers a déclaré: « Dans cette étude, nous avons décidé de découvrir pourquoi certaines foules piétonnes peuvent s'organiser spontanément en voies fluides soignées, tandis que d'autres restent chaotiques et désordonnées. Notre nouvelle théorie nous donne un moyen de prédire quel type d'espaces encourage une utilisation efficace et quelles sont les conditions d'ordre pour décomposer. »
De la planche blanche à la traversée routière
Les chercheurs ont fait leur découverte grâce à des travaux mathématiques et expérimentaux. Ils ont considéré un scénario commun dans lequel les piétons naviguent dans une traversée piétonne animée.
Ils ont analysé le scénario à travers des simulations mathématiques, compte tenu des nombreux angles où les individus peuvent traverser et les manœuvres d'esquive qu'ils peuvent faire alors qu'ils tentent d'atteindre leurs destinations tout en évitant de se heurter à d'autres piétons en cours de route.
L'équipe a également effectué des expériences de foule contrôlées et a étudié comment les vrais participants ont traversé une foule pour atteindre certains endroits.
Le professeur Rogers, un expert en mathématiques du comportement collectif, et le Dr Bacik ont étudié le comportement complexe de type fluide des foules piétonnes depuis quatre ans.
En 2023, ils ont exploré la «formation de voies», un phénomène par lequel les particules, les grains et les personnes ont été observés former spontanément des pistes, se déplaçant dans un seul fichier lorsqu'ils sont contraints de traverser une région à partir de deux directions opposées. Dans ce travail, l'équipe a identifié le mécanisme par lequel ces voies se forment.
Essentiellement, les chercheurs ont découvert que dès que quelque chose dans une foule commence à ressembler à une voie, les individus autour de cette voie naissante se joignent à ou sont obligées de chaque côté, marchant parallèlement à la voie d'origine, que d'autres peuvent suivre. De cette façon, une foule peut s'organiser spontanément en voies régulières et structurées.
Changement de voie
Pour leur nouvelle étude, l'équipe a décidé d'identifier une transition clé dans le flux de la foule: quand les piétons passent-ils du trafic ordonné de type voie, vers un flux désorganisé et désordonné? Ils ont d'abord sondé la question mathématiquement, avec une équation qui est généralement utilisée pour décrire l'écoulement du fluide, en termes de mouvement moyen de nombreuses molécules individuelles.
Sur la base de leurs calculs, les chercheurs ont constaté que les piétons sont plus susceptibles de former des voies lorsque les piétons des directions opposées marchent relativement directement à travers une route. Cet ordre tient en grande partie jusqu'à ce que les gens commencent à traverser des angles plus extrêmes, de 13 degrés ou plus. Ensuite, l'équation prédit que le flux piéton est susceptible d'être désordonné, avec peu ou pas de voies se formant.
Curieux de voir si les mathématiques ont en réalité, les chercheurs ont effectué des expériences dans un gymnase, où ils ont enregistré les mouvements des piétons à l'aide d'une caméra aérienne. Dans ces expériences, l'équipe a attribué à des bénévoles diverses positions de départ et de fin le long des côtés opposés d'une traversée pour piétons simulée et les a chargés de traverser la traversée jusqu'à leur emplacement cible sans s'enfuir à personne.
L'expérience a été répétée plusieurs fois, à chaque occasion avec des volontaires en supposant une position de début et de fin différente. De cette façon, les chercheurs ont pu recueillir des données visuelles de multiples flux de foule, les piétons prenant de nombreux angles de croisement différents.
Ces expériences ont montré que la transition d'un flux désordonné ordonné s'est produite près de la valeur prédite par la théorie. Autrement dit, lorsque les gens ont eu tendance à virer à plus d'un angle critique de la droite, le débit piétonnier a fait le désordre, avec la formation de petites voies. De plus, les chercheurs ont constaté que plus il y a de troubles dans une foule, plus il se déplace lent.
Ensuite, l'équipe souhaite tester leurs prédictions sur des foules du monde réel, comme les gens qui naviguent sur les voies piétonnes animées dans les villes animées.
Le Dr Bacik a déclaré: « Notre travail pourrait fournir des directives simples à toute personne concevant un espace public, si le but est d'avoir un flux piétonnier sûr et efficace. Jusqu'à présent, nous nous sommes concentrés sur les scénarios les plus simples où les gens traversent la route, mais si nous prenons en compte les spécificités d'une ville donnée, notre modèle peut faire des prédictions adaptées de la façon dont les gens se comportent. »
Les auteurs de l'étude comprennent également Grzegorz Sobota et Bogdan Bacik de l'Académie de l'éducation physique à Katowice, en Pologne.
