Flux de personnes Comment organiser les circulations

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© Doc. DVVD architectes/Yam

La gestion des flux de personnes, en particulier dans les établissements recevant du public (ERP), tels que les stades, les centres commerciaux et les aéroports, demande un travail spécifique de dimensionnement. Ce dernier gagne à s’appuyer sur une simulation logicielle.

Dans les lieux recevant du public (gares, salles de concert, hôpitaux, musées…), ainsi que dans les établissements scolaires ou immeubles de bureaux, la gestion des flux de personnes est à prendre en considération très tôt dans la conception. Il faut en optimiser le fonctionnement, gérer le plus efficacement et confortablement possible les pointes d’affluence et garantir une évacuation rapide en cas d’incident. La réglementation encadre uniquement la sécurité incendie et le plan d’évacuation. Un des pays pionniers en est le Grand-Duché du Luxembourg qui a édité en novembre 2014 un document technique de simulation d’évacuation de personnes (SEP) dans le cadre de la prévention incendie. En situation courante, aucune réglementation n’impose ces études qui relèvent du confort et de l’optimisation de services. Néanmoins les bonnes pratiques sont connues des professionnels en matière de définition et de dimensionnement des circulations (couloirs et escaliers), de contrôle d’accès, d’ascenseurs et d’escalators. La simulation logicielle est parfois exploitée par les architectes et bureau d’études pour les files d’attente (contrôle d’accès), les circulations verticales (ascenseurs) et plus rarement pour gérer l’ensemble des flux piétons (horizontaux et verticaux) dans les projets complexes. Le calcul peut présenter un intérêt non seulement à l’échelle d’un quartier ou d’une gare, mais aussi à une échelle plus petite, pour optimiser le fonctionnement d’une cantine ou d’un bureau.

Parer au plus complexe

Les prestations de simulation de flux de piétons dans les bâtiments suivent donc deux grandes problématiques : la sécurité incendie d’un bâtiment ou d’un complexe de bâtiments, avec une évaluation du temps d’évacuation et des risques de bousculade ; les flux de piétons en situation courante, pour optimiser le dimensionnement des circulations. « Dans ces prestations, nous étudions le confort et la praticité, précise Guillaume Lagaillarde, directeur de 1Point2. Prenons l’exemple des salles de spectacle. La simulation aide à déterminer si, durant les quinze minutes d’entracte, les spectateurs ont le temps d’aller à la buvette et aux toilettes et de revenir avant que le spectacle ne reprenne. » Les grands bureaux d’études (Arep, ADP, Setec International, Egis Rail, RATP…) réalisent ainsi des simulations pour les gares, les aéroports, les stades, mais aussi pour les grands musées comme la Fondation Louis Vuitton ou dans le cadre de la restructuration du Louvre. Les distributeurs ou filiales françaises des éditeurs de logiciels (PTV France, AnyLogic, 1Point2…) peuvent venir ponctuellement en renfort sur des sujets de simulation particulièrement complexes. « Typiquement, ce que l’on nous confie ce sont des études multimodales de lieux exploités en interface avec une gare, confirme Frédéric Reutenauer, gérant de PTV France. La gare Saint-Lazare et le quartier de la Défense, en région parisienne, illustrent ce positionnement. »

Simplifier l’environnement

Les logiciels de simulation de foule exploitent un modèle géométrique très simplifié du bâtiment, avec ses espaces et ses circulations, soit sous forme de couches 2D avec élévation (on parle alors de 2D1/2), soit en 3D. Le modèle qui sert à la simulation est construit à partir des plans numériques 2D ou 3D type Autocad 3D ou SketchUp, importés dans le logiciel et retravaillés. L’utilisateur affecte des fonctions connues aux espaces (circulation, ouverture, obstacle, escalier, escalator, ascenseur, etc.). Comme le nom d’une pièce d’un plan Autocad peut être interprété comme un obstacle lors de la simulation, il s’avère parfois plus rapide de remodéliser les plans de circulation avec les plans Autocad en fond d’écran. « Par rapport à certains concurrents qui travaillent en fausse 3D, le logiciel Pathfinder est natif 3D, souligne Guillaume Lagaillarde. La 3D se révèle importante, en particulier pour traiter correctement les circulations verticales comme les escaliers ou rampes présentant des courbures. » En revanche, la gestion des files d’attente, dispositif typique de contrôle d’accès, est traitée par des outils basiques de systèmes à événements discrets (comme ExtendSim, Witness ou Arena), qui ne nécessitent pas de modéliser le bâtiment. Le paramètre utilisé pour caractériser le dispositif de contrôle d’accès est un seuil maximum de personnes pouvant passer par minute.

Modéliser la circulation

L’utilisateur du logiciel de simulation de flux définit des hypothèses sur les origines et les destinations des agents virtuels, que ce soit dans le cas de fonctionnement courant (aller vers telle ligne de métro) ou dans celui d’une évacuation (aller vers l’issue la plus proche). Quant aux agents virtuels figurant les personnes, ils sont omniscients : ils savent se repérer dans un labyrinthe complexe et éviter les autres piétons, ainsi que les obstacles, ils sont plus lents dans les escaliers et les escalators, etc. Le temps de calcul peut devenir relativement lourd. Avec Pathfinder par exemple, il faut compter une ou deux heures pour une simulation portant sur l’évacuation en dix minutes de plusieurs milliers de personnes. Le calcul génère des centaines ou des milliers de trajectoires dans une base de données qu’il est possible d’analyser. Les mêmes algorithmes permettent d’évaluer les comportements normaux (densité dans les différents espaces, vitesse de déplacement, niveau de gêne déterminant le niveau de confort) comme les situations de crise (temps d’évacuation, zones critiques, difficultés d’écoulement, goulots d’étranglement…). Ce type de simulation peut aussi être exploité pour des espaces très restreints, comme des bureaux, des cantines, des comptoirs… à destination des aménageurs d’espace. C’est ce que propose le logiciel AnyLogic.

Ajuster le modèle au réel

Les mêmes algorithmes servent à traiter les modes courant et évacuation, où la densité est plus importante et les agents vont plus vite. Seul le paramétrage diffère. Le calage avec le réel des paramètres du modèle est donc indispensable, en fonction de la localisation géographique du projet, de la typologie des espaces, de leur usage, de la situation (heures de pointe, incident…). L’éditeur fournit un set de paramètres par défaut, et c’est au bureau d’études de rentrer ceux qui correspondent au projet dont il est chargé après une distribution réaliste des usagers et une segmentation des zones. Le calibrage peut s’appuyer sur des mesures effectuées soit sur l’existant, soit sur des cas similaires, avec des indicateurs comme le débit, la vitesse de déplacement des piétons, le temps de parcours, la densité… « Cette étape du calage du modèle avec la réalité est cruciale. Par exemple, un des paramètres détermine le pourcentage d’usagers préférant prendre l’escalator (qui est bondé) ou l’escalier, explique Frédéric Reutenauer. La finesse de ce calage est d’ailleurs une variable qui influence le coût d’une prestation. »
Les résultats analytiques de la simulation 2D ou 3D sont exploités statistiquement pour dimensionner les couloirs, les quais, les escaliers, les ascenseurs… Suivant les logiciels, la qualité de restitution de l’environnement et des agents est très variable. Sur le plan visuel, elle est le plus souvent assez fonctionnaliste. Pour un résultat plus réaliste, les textures de l’environnement urbain peuvent être retravaillées dans SketchUp (ou équivalent). « Nos personnages ne bougent pas les bras et les jambes, mais le logiciel génère des fichiers de sortie qui prennent en compte les trajectoires des agents et qui peuvent être exploités par un logiciel d’animation pour une présentation 3D sophistiquée », confirme Vladimir Koltchanov, gérant d’AnyLogic Europe.

Comparer des variantes

Certains paramètres utilisés dans les modèles sont assez bien calés, comme la vitesse moyenne, qui est de 1,4 m/s, ou l’écart type. La profession s’accorde aussi sur plusieurs indicateurs, comme le temps d’évacuation recherché ou le classement du niveau de confort en six valeurs suivant l’échelle de Fruin. Les logiciels intègrent des paramétrages par défaut pour les comportements, les largeurs de portes ou le coefficient de ralentissement en montée dans les escaliers… « Mais ce n’est pas suffisant, considère Guillaume Lagaillarde. Par exemple, le temps de réaction à une alarme peut aller de zéro à trois minutes, et cette variable doit être paramétrée et validée par des études de calage. Néanmoins, ce n’est pas tant le réalisme qui est recherché avec la simulation que la possibilité de comparer des variantes… » La simulation est suffisamment fiable pour confirmer l’intérêt de partis pris architecturaux contre-intuitifs, comme le fait d’éviter une entrée directe dans une salle de cinéma où le fait que les gens viennent de toutes les directions crée un embouteillage. Positionner un obstacle devant la porte comme une portion de mur (ou un poteau) aide à organiser le flux, facilite l’écoulement et évite l’agrégation. Le débit est meilleur, et l’évacuation plus rapide. De même une porte de sortie positionnée dans un coin de la salle se révèle plus efficace qu’au milieu d’un mur.

Rendre accessible à tous

Enfin, les circulations bien dimensionnées doivent être accessibles à tous. Pour Alain Tricon, directeur d’Acceo, spécialisé en accessibilité : « Dans le neuf, l’accessibilité est bordée par la réglementation. Nous travaillons donc essentiellement sur la mise en conformité d’ERP, dont beaucoup existent déjà avec quelques réhabilitations lourdes. Le principe est d’assurer la continuité de la chaîne de déplacement. » La première difficulté est de réussir le cheminement aux abords extérieurs du bâtiment, afin de faire rentrer les usagers à l’intérieur des locaux, avec la bonne signalétique, des travaux de VRD et des revêtements adaptés. Depuis quelques années, l’usage de bandes de guidage n’est plus systématique. Ainsi, pour guider les malvoyants jusqu’à l’accueil, on joue davantage sur la différenciation des matériaux, leur relief et la granulométrie. Établir un référentiel est très important pour que l’accessibilité aux déficients visuels soit cohérente et homogène sur l’ensemble du patrimoine, s’il compte plusieurs bâtiments.

N°349

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