Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Conception d’un jeu sérieux numérique pour l’éducation à la pensée cycle de vie dans le contexte du métabolisme urbain

Laboratoire principal - Référent principal MAST - GPEM  -  VENTURA Anne      tél. : +33 240845811

Directeur du laboratoire principal RICHARD Patrick  -

Spécialité de la thèse Génie civil

Axe 3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires

Site principal Nantes

Etablissement d'inscription UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL

Ecole doctorale Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)

Directeur de thèse prévu VENTURA Anne  -  Université Gustave Eiffel  -  MAST - GPEM

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Université Gustave Eiffel

Résumé

CONTEXTE
L’Humanité est à une période charnière de son Histoire. Les changements actuels provoqués par les possibilités humaines, sont à la fois profonds (les innovations technologiques, notamment numériques, dépassent aujourd’hui les capacités psycho-cognitives des individus), rapides (le rythme des changements s’accélère), et globaux (l’ensemble de la planète est concerné). Les changements sont de tous ordres. Ils concernent des modifications de l’environnement à l’échelle planétaire comme le dérèglement du climat et la chute de la biodiversité, susceptibles de menacer le vivant (dont les êtres humains) dans son ensemble. Ils concernent également des changements au sein des sociétés humaines à la fois dans leurs cultures, dans les relations entre individus, et l’organisation de l’économie et du pouvoir. Ces interrelations entre techniques, économie, culture, société et pouvoir sont définies comme un système sociotechnique, c’est-à-dire un système d’organisation dont les acteurs adoptent des stratégies économiques et techniques cohérentes entre elles, via un ensemble de normes, de législations et d’institutions qui permettent l'existence du système et sa stabilité. Face à ces enjeux, le régime sociotechnique actuel doit effectuer une transition vers un autre mode de fonctionnement. Le changement d’ampleur d’un système sociotechnique dépend des pressions exercées par des facteurs internes ou externes et des ressources disponibles pour y répondre (Geels, 2011; Smith et al., 2005).
Parallèlement, les territoires aux échelles des régions et des métropoles, sont considérés aujourd’hui comme les entités fondamentales pour la conduite des transitions. Ces territoires héritent d’infrastructures existantes, parfois anciennes, qui structurent le système sociotechnique en apportant des services nécessaires à son fonctionnement : réseaux de transports des personnes et des marchandises, réseaux de mise à disposition d’énergie, réseaux pour la potabilisation et le traitement de l’eau, collecte et traitement des déchets, réseaux de communication… Ces services permettent le développement économique du territoire et à sa population d’accéder à l’alimentation, au logement, à la santé, à l’éducation… Mais évaluer les possibles bénéfices ou préjudices apportés par les changements dans un système sociotechnique territorialisé devient complexe du fait des interactions entre les infrastructures (Jayasinghe et al., 2023), entre les différentes activités économiques et avec les besoins de la population. Ainsi, conduire un territoire vers une transition nécessite d’adopter une vision globale et holistique de son fonctionnement sociotechnique.
Cette vision holistique peut être appréhendée par une approche de métabolisme territorial. En effet, les services du territoire sont à l’origine de la circulation des flux de matière et d’énergie, et de la constitution des stocks de matière dans ce territoire, ce qui constitue son « métabolisme ». Le métabolisme territorial est l’étude de ces flux et stocks en lien avec le système sociotechnique. Conduire un changement dans le système sociotechnique, se traduit par une modification du métabolisme territorial. La connaissance du métabolisme, et en particulier des flux de matières et d’énergie, de déchets et de prélèvements et rejets dans l’environnement naturel, permet également d’évaluer les impacts sur l’environnement du système sociotechnique. Les méthodes adaptées quantitatives utilisées pour analyser le métabolisme d’un territoire sont l’analyse des flux de matières territoriaux et l’Analyse de Cycle de Vie pour prendre en compte leurs impacts sur l’environnement en cycle de vie.
L’Analyse de Cycle de Vie est une méthode bien intégrée dans le système sociotechnique actuel car elle sert de base pour de nombreuses normes et réglementations existantes. Par son approche en cycle de vie, elle a pour avantage de pouvoir prendre en compte les possibles phénomènes de transferts des impacts environnementaux. Ces transferts peuvent avoir lieu dans l’espace, c’est-à-dire entre le territoire et son extérieur : par exemple réduire une activité polluante sur un territoire peut conduire à parfois simplement la déplacer dans un autre territoire sans pour autant réduire la pollution globale. Des transferts peuvent également avoir lieu entre les phases de cycle de vie des produits : par exemple une diminution des impacts de l’utilisation d’un produit peut provoquer une augmentation de ces mêmes impacts lors de sa fabrication ou de sa fin de vie. Des transferts peuvent aussi se produire dans le temps, en retardant une pollution. Enfin des transferts peuvent avoir lieu entre différents types d’impacts (par exemple des solutions de réduction des impacts sur le changement climatique peuvent contribuer à augmenter des impacts sur la santé).
Cependant, malgré leur intérêt, ces différentes approches restent méconnues des décideurs et du grand public, car leur complexité (qui fait aussi leur richesse en terme recherche de solutions de transition), reste aujourd’hui difficile à appréhender car faisant peu partie nos enseignements et notre culture. Il existe aujourd’hui un enjeu fort d’éducation à la pensée complexe, à la pensée en cycle de vie, et à la pensée systémique. Il est à la fois nécessaire de former les jeunes générations, mais également les professionnels actuels pour permettre une transition à la hauteur des enjeux. Appréhender cette complexité dans un monde virtuel au travers d’une interface ludique de type « bac à sable », permet de toucher un grand nombre de personnes qui peuvent se sentir impliqués pour tester rapidement les effets de changements qu’ils induisent dans un système sociotechnique, puis modifier et adapter leurs actions en temps conséquence, là où la réalité ne le permet pas. Sans être des experts au départ, les joueurs peuvent monter en compétence par l’observation, le débat entre joueurs, sur leurs choix sur les services rendus à la population, les interactions entre ces services et leurs impacts environnementaux, en tenant compte de leurs localisations et de leurs temporalités. Ils peuvent accélérer ou ralentir le temps, revenir en arrière se fixer des objectifs comme, par exemple, atteindre la neutralité carbone.
SUJET
L’objectif de la thèse est de concevoir les bases de modélisation pour un jeu sérieux numérique, capable de simuler l’évolution temporelle d’un système sociotechnique dans un territoire, à travers les services offerts à sa population et les impacts environnementaux en cycle de vie.
Le jeu repose sur la gestion d’un territoire fictif, et la capacité du joueur à aménager ce territoire par le choix de zonages, l’ajout, la modification et la suppression d’infrastructures pour en évaluer les effets sur les services rendus à la population et les impacts environnementaux en cycle de vie.
Le jeu est visé comme devant être évolutif et open source, les deux aspects étant liés. Evolutif pour être en capacité d’intégrer de nouvelles solutions technologiques et organisationnelles en lien avec la progression des connaissances académiques. Open source pour permettre de créer une communauté scientifique capable de produire des nouveaux modules de solutions, liés à ces nouvelles connaissances.
Le jeu doit permettre plusieurs niveaux d’utilisation : une version simplifiée pour le grand public, une version éducation pour des étudiants en aménagement qui doivent être capables de modifier des caractéristiques d’infrastructures et d’organisation du système sociotechnique, et une version professionnelle susceptible de mimer un territoire réel.
Pour une bonne prise en compte de la complexité des relations entre infrastructures, population et territoires, le modèle servant de base au jeu est un modèle bottom-up, il s’agira de définir les infrastructures et leurs interactions entre elles, avec la population, avec le territoire et l’extérieur du territoire. La modélisation à base d’agents apparaît comme une structure appropriée.
La conception du jeu s’appuiera sur les principes des sciences de l’éducation concernant les jeux sérieux.
CANDIDAT.E
Le.la candidat.e a un profil en sciences de l’ingénieur généraliste avec une connaissance et/ou une expérience en théorie et analyse des système complexes. Il.elle sait concevoir et programmer des modèles numériques. Des expériences et des connaissances en modélisation à base d’agents, Analyse Flux Matières et/ou en Analyse de Cycle de Vie sont des plus. La maîtrise de l’anglais est indispensable.
Le.la candidat.e doit faire preuve d’autonomie, d’ouverture, de curiosité et d’aisance sociale, il.elle sera amené.e à interroger de nombreux chercheurs spécialistes de chaque type d’objet modélisé dans le système sociotechnique (infrastructures, analyse de cycle de vie, sociologie, économie, sciences de l’éducation,…), de développeurs, de futurs utilisateurs…

Mots-clefs: science de l'éducation, économie circulaire, aménagement

Laboratoire principal - Référent principal	MAST - GPEM - VENTURA Anne tél. : +33 240845811
Directeur du laboratoire principal	RICHARD Patrick -
Spécialité de la thèse	Génie civil
Axe	3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires
Site principal	Nantes
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL
Ecole doctorale	Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)
Directeur de thèse prévu	VENTURA Anne - Université Gustave Eiffel - MAST - GPEM
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Université Gustave Eiffel
Résumé CONTEXTE L’Humanité est à une période charnière de son Histoire. Les changements actuels provoqués par les possibilités humaines, sont à la fois profonds (les innovations technologiques, notamment numériques, dépassent aujourd’hui les capacités psycho-cognitives des individus), rapides (le rythme des changements s’accélère), et globaux (l’ensemble de la planète est concerné). Les changements sont de tous ordres. Ils concernent des modifications de l’environnement à l’échelle planétaire comme le dérèglement du climat et la chute de la biodiversité, susceptibles de menacer le vivant (dont les êtres humains) dans son ensemble. Ils concernent également des changements au sein des sociétés humaines à la fois dans leurs cultures, dans les relations entre individus, et l’organisation de l’économie et du pouvoir. Ces interrelations entre techniques, économie, culture, société et pouvoir sont définies comme un système sociotechnique, c’est-à-dire un système d’organisation dont les acteurs adoptent des stratégies économiques et techniques cohérentes entre elles, via un ensemble de normes, de législations et d’institutions qui permettent l'existence du système et sa stabilité. Face à ces enjeux, le régime sociotechnique actuel doit effectuer une transition vers un autre mode de fonctionnement. Le changement d’ampleur d’un système sociotechnique dépend des pressions exercées par des facteurs internes ou externes et des ressources disponibles pour y répondre (Geels, 2011; Smith et al., 2005). Parallèlement, les territoires aux échelles des régions et des métropoles, sont considérés aujourd’hui comme les entités fondamentales pour la conduite des transitions. Ces territoires héritent d’infrastructures existantes, parfois anciennes, qui structurent le système sociotechnique en apportant des services nécessaires à son fonctionnement : réseaux de transports des personnes et des marchandises, réseaux de mise à disposition d’énergie, réseaux pour la potabilisation et le traitement de l’eau, collecte et traitement des déchets, réseaux de communication… Ces services permettent le développement économique du territoire et à sa population d’accéder à l’alimentation, au logement, à la santé, à l’éducation… Mais évaluer les possibles bénéfices ou préjudices apportés par les changements dans un système sociotechnique territorialisé devient complexe du fait des interactions entre les infrastructures (Jayasinghe et al., 2023), entre les différentes activités économiques et avec les besoins de la population. Ainsi, conduire un territoire vers une transition nécessite d’adopter une vision globale et holistique de son fonctionnement sociotechnique. Cette vision holistique peut être appréhendée par une approche de métabolisme territorial. En effet, les services du territoire sont à l’origine de la circulation des flux de matière et d’énergie, et de la constitution des stocks de matière dans ce territoire, ce qui constitue son « métabolisme ». Le métabolisme territorial est l’étude de ces flux et stocks en lien avec le système sociotechnique. Conduire un changement dans le système sociotechnique, se traduit par une modification du métabolisme territorial. La connaissance du métabolisme, et en particulier des flux de matières et d’énergie, de déchets et de prélèvements et rejets dans l’environnement naturel, permet également d’évaluer les impacts sur l’environnement du système sociotechnique. Les méthodes adaptées quantitatives utilisées pour analyser le métabolisme d’un territoire sont l’analyse des flux de matières territoriaux et l’Analyse de Cycle de Vie pour prendre en compte leurs impacts sur l’environnement en cycle de vie. L’Analyse de Cycle de Vie est une méthode bien intégrée dans le système sociotechnique actuel car elle sert de base pour de nombreuses normes et réglementations existantes. Par son approche en cycle de vie, elle a pour avantage de pouvoir prendre en compte les possibles phénomènes de transferts des impacts environnementaux. Ces transferts peuvent avoir lieu dans l’espace, c’est-à-dire entre le territoire et son extérieur : par exemple réduire une activité polluante sur un territoire peut conduire à parfois simplement la déplacer dans un autre territoire sans pour autant réduire la pollution globale. Des transferts peuvent également avoir lieu entre les phases de cycle de vie des produits : par exemple une diminution des impacts de l’utilisation d’un produit peut provoquer une augmentation de ces mêmes impacts lors de sa fabrication ou de sa fin de vie. Des transferts peuvent aussi se produire dans le temps, en retardant une pollution. Enfin des transferts peuvent avoir lieu entre différents types d’impacts (par exemple des solutions de réduction des impacts sur le changement climatique peuvent contribuer à augmenter des impacts sur la santé). Cependant, malgré leur intérêt, ces différentes approches restent méconnues des décideurs et du grand public, car leur complexité (qui fait aussi leur richesse en terme recherche de solutions de transition), reste aujourd’hui difficile à appréhender car faisant peu partie nos enseignements et notre culture. Il existe aujourd’hui un enjeu fort d’éducation à la pensée complexe, à la pensée en cycle de vie, et à la pensée systémique. Il est à la fois nécessaire de former les jeunes générations, mais également les professionnels actuels pour permettre une transition à la hauteur des enjeux. Appréhender cette complexité dans un monde virtuel au travers d’une interface ludique de type « bac à sable », permet de toucher un grand nombre de personnes qui peuvent se sentir impliqués pour tester rapidement les effets de changements qu’ils induisent dans un système sociotechnique, puis modifier et adapter leurs actions en temps conséquence, là où la réalité ne le permet pas. Sans être des experts au départ, les joueurs peuvent monter en compétence par l’observation, le débat entre joueurs, sur leurs choix sur les services rendus à la population, les interactions entre ces services et leurs impacts environnementaux, en tenant compte de leurs localisations et de leurs temporalités. Ils peuvent accélérer ou ralentir le temps, revenir en arrière se fixer des objectifs comme, par exemple, atteindre la neutralité carbone. SUJET L’objectif de la thèse est de concevoir les bases de modélisation pour un jeu sérieux numérique, capable de simuler l’évolution temporelle d’un système sociotechnique dans un territoire, à travers les services offerts à sa population et les impacts environnementaux en cycle de vie. Le jeu repose sur la gestion d’un territoire fictif, et la capacité du joueur à aménager ce territoire par le choix de zonages, l’ajout, la modification et la suppression d’infrastructures pour en évaluer les effets sur les services rendus à la population et les impacts environnementaux en cycle de vie. Le jeu est visé comme devant être évolutif et open source, les deux aspects étant liés. Evolutif pour être en capacité d’intégrer de nouvelles solutions technologiques et organisationnelles en lien avec la progression des connaissances académiques. Open source pour permettre de créer une communauté scientifique capable de produire des nouveaux modules de solutions, liés à ces nouvelles connaissances. Le jeu doit permettre plusieurs niveaux d’utilisation : une version simplifiée pour le grand public, une version éducation pour des étudiants en aménagement qui doivent être capables de modifier des caractéristiques d’infrastructures et d’organisation du système sociotechnique, et une version professionnelle susceptible de mimer un territoire réel. Pour une bonne prise en compte de la complexité des relations entre infrastructures, population et territoires, le modèle servant de base au jeu est un modèle bottom-up, il s’agira de définir les infrastructures et leurs interactions entre elles, avec la population, avec le territoire et l’extérieur du territoire. La modélisation à base d’agents apparaît comme une structure appropriée. La conception du jeu s’appuiera sur les principes des sciences de l’éducation concernant les jeux sérieux. CANDIDAT.E Le.la candidat.e a un profil en sciences de l’ingénieur généraliste avec une connaissance et/ou une expérience en théorie et analyse des système complexes. Il.elle sait concevoir et programmer des modèles numériques. Des expériences et des connaissances en modélisation à base d’agents, Analyse Flux Matières et/ou en Analyse de Cycle de Vie sont des plus. La maîtrise de l’anglais est indispensable. Le.la candidat.e doit faire preuve d’autonomie, d’ouverture, de curiosité et d’aisance sociale, il.elle sera amené.e à interroger de nombreux chercheurs spécialistes de chaque type d’objet modélisé dans le système sociotechnique (infrastructures, analyse de cycle de vie, sociologie, économie, sciences de l’éducation,…), de développeurs, de futurs utilisateurs…
Mots-clefs:	science de l'éducation, économie circulaire, aménagement

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