Depuis le milieu des années 90, avec la revalorisation des déplacements urbains par la marche et le vélo, les passerelles piétonnières sont fortement demandées dans nos villes. Étant également très convoitées par les architectes et les artistes pour exprimer leurs idées, ces structures deviennent de plus en plus élancées, légères, flexibles et dotées de fréquences propres qui peuvent facilement être mises en résonance par la marche normale des piétons. Les premiers ouvrages ayant manifesté ces problèmes de façon remarquable sont la passerelle du Millénium de Londres et la passerelle de Solferino de Paris qui ont dû être fermées suite à leur inauguration en raison de vibrations latérales excessives. Ces structures ambitieuses créent donc de nouveaux défis qui ne sont pas adéquatement considérés dans plusieurs codes de pratique, et ce, en raison d'un mauvais contrôle des vibrations induites par des charges de groupes et de foules de piétons. De plus, les piétons ont tendance à se synchroniser au mouvement latéral de la structure, ce qui résulte en des mouvements forts qui compromettent grandement le confort des usagers. L'objet de ce projet de recherche vise à mieux définir et caractériser le chargement des groupes et des foules de piétons sur les passerelles piétonnières afin de permettre une meilleure compréhension et un meilleur contrôle des vibrations de ces structures dès leur phase de conception. Pour ce faire, les vibrations induites par des chargements de groupes et de foules de piétons ont été mesurées sur trois structures existantes soit deux travées indépendantes de la Passerelle de Sherbrooke et le pont du Cosmos Montréal. Les critères de confort et les niveaux de vibration prédits selon différentes normes ont aussi été calculés pour ces trois structures. Également, un programme a été créé afin de simuler des groupes ou des foules de piétons de taille variable circulant sur une passerelle piétonnière et de calculer la réponse de la structure selon différents paramètres. Des simulations numériques de chargement de 1 piéton, de groupes et de foules de piétons ont été effectuées l'aide de ce programme sur les trois structures afin de simuler les vibrations induites par les piétons. Différents modèles de chargements piétonniers ont été utilisés. Finalement, une comparaison des différents niveaux de vibration mesurés, calculés et simulés permet une caractérisation du chargement piétonnier et de l'influence du nombre de piétons dans le chargement sur la réponse de la structure, et ce, tant pour les vibrations verticales que latérales de la structure. Ce projet aura pour résultat de fournir une meilleure définition du chargement piétonnier et d'assurer ainsi un meilleur contrôle des vibrations des passerelles piétonnières dès les phases de conception de la structure. Ainsi, ce projet favorisera le développement des passerelles piétonnières et permettra aux architectes et artistes une plus grande liberté pour l'édification de ces sculptures urbaines sans compromettre le confort des usagers, tout en limitant les coûts par un meilleur contrôle des vibrations.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans cette thèse on étudie certaines applications de modèles simples de la physique théorique au trafic piétonnier. Ces modèles sont tous des automates cellulaires, plus précisément des processus d'exclusion. Dans la première partie de le thèse on étudie un système unidimensionnel, le processus d'exclusion simple totalement symétrique (TASEP), un modèle paradigmatique de particules qui sautent dans une direction favorisée sur un réseau. Le TASEP peut être utilisé pour modéliser de nombreux phénomènes de transport, et ici on l'étudie avec des schémas de mise à jour adaptés aux piétons. Le "frozen shuffle update", schéma plutôt régulier, est défini et ses propriétés principales sont déterminées exactement sur un anneau, avec conditions aux bords ouvertes et pour deux voies qui se croisent en un seul site. Une théorie du domain wall (mur séparant des domaines) exacte au niveau microscopique est alors construite pour un TASEP avec mise a jour parallèle. On montre que cette dernière est en désaccord avec les prédictions précédentes et que la différence vient de corrélations à courte portée qui sont habituellement négligées pour les schémas de mise à jour présentant des fluctuations plus importantes. Dans la seconde partie on combine plusieurs TASEP afin de former un croisement à deux dimensions comprenant deux flux de particules qui s'intersectent perpendiculairement. Sur un tore on observe une alternance de diagonales de particules de chaque type qu'on voit aussi chez les vrais piétons. Cette structure est alors expliquée par une analyse de stabilité linéaire d'équations type champ moyen. Avec des conditions aux bords ouvertes les diagonales s'inclinent légèrement, donnant naissance à "l'effet chevron", qu'on observe aussi bien pour les particules que pour les équations. L'effet chevron est fondamentalement nonlinéaire, mais peut tout de même être expliqué par des calculs d'interactions effectives entre les particules, de manière similaire à ce qui est fait en mécanique des fluides. Pour finir, quelques généralisations naturelles sont rapidement étudiées numériquement pour tester l'applicabilité du modèle aux piétons et la possibilité de mesurer l'effet chevron dans des expériences.

Dans cette thèse on étudie certaines applications de modèles simples de la physique théorique au trafic piétonnier. Ces modèles sont tous des automates cellulaires, plus précisément des processus d'exclusion. Dans la première partie de le thèse on étudie un système unidimensionnel, le processus d'exclusion simple totalement symétrique (TASEP), un modèle paradigmatique de particules qui sautent dans une direction favorisée sur un réseau. Le TASEP peut être utilisé pour modéliser de nombreux phénomènes de transport, et ici on l'étudie avec des schémas de mise à jour adaptés aux piétons. Le “frozen shuffle update”, schéma plutôt régulier, est défini et ses propriétés principales sont déterminées exactement sur un anneau, avec conditions aux bords ouvertes et pour deux voies qui se croisent en un seul site. Une théorie du domain wall (mur séparant des domaines) exacte au niveau microscopique est alors construite pour un TASEP avec mise a jour parallèle. On montre que cette dernière est en désaccord avec les prédictions précédentes et que la différence vient de corrélations à courte portée qui sont habituellement négligées pour les schémas de mise à jour présentant des fluctuations plus importantes. Dans la seconde partie on combine plusieurs TASEP afin de former un croisement à deux dimensions comprenant deux flux de particules qui s'intersectent perpendiculairement. Sur un tore on observe une alternance de diagonales de particules de chaque type qu'on voit aussi chez les vrais piétons. Cette structure est alors expliquée par une analyse de stabilité linéaire d'équations type champ moyen. Avec des conditions aux bords ouvertes les diagonales s'inclinent légèrement, donnant naissance à “l'effet chevron”, qu'on observe aussi bien pour les particules que pour les équations. L'effet chevron est fondamentalement nonlinéaire, mais peut tout de même être expliqué par des calculs d'interactions effectives entre les particules, de manière similaire à ce qui est fait en mécanique des fluides. Pour finir, quelques généralisations naturelles sont rapidement étudiées numériquement pour tester l'applicabilité du modèle aux piétons et la possibilité de mesurer l'effet chevron dans des expériences. / In this thesis we study pedestrian traffic applications of simple models from theoretical physics. These models all belong to the realm of cellular automata, more precisely they are exclusion processes. In the first part of the thesis we study the one-dimensional Totally Asymmetric Simple Exclusion Process (TASEP), a paradigmatic model of particles hopping in a preferred direction in a one-dimensional lattice. While the TASEP can be used to model various transport phenomena, in this thesis we study the TASEP with updating schemes adapted to pedestrians. The rather regular 'frozen shuffle update' is introduced and its main properties are determined exactly on a ring, with open boundaries and for a crossing of two lanes on a single site. A microscopically exact domain wall theory is then constructed for the TASEP with parallel update and shown to disagree with already existing predictions, the discrepancy being shown to come from short-range correlations that are usually ignored for updates with more fluctuations. In the second part several TASEP are combined to form a bidimensional crossing with two perpendicularly intersecting particle fluxes. On a torus we observe a pattern of alternating diagonals of different particle types, that is observed in real pedestrian crossings as well. The pattern is then explained by a linear stability analysis of mean-field-type equations. Taking open boundary conditions the diagonals become tilted and give rise to what is called the 'chevron effect', observed in the particle system as well as in the numerical solution of the equations. This chevron effect is fundamentally nonlinear, but can nevertheless be explained in terms of fluid-mechanics-like effective interactions between particles. Eventually, some natural generalizations are briefly studied numerically to question the applicability of the model to pedestrians and the possibility of measuring the chevron effect in experiments.

Cette thèse explore le potentiel des dispositifs de l’aménagement architectural et urbain à très petite échelle afin d’améliorer le confort piétonnier dans un contexte d’inconfort thermique estival. Partant du postulat que le plaisir et la capacité d’adaptation thermique du piéton reposent sur l’expérience d’états climatiques non uniformes et transitoires, on cherche à identifier les événements climatiques court-terme qui représentent des« invites » de rafraîchissement. Pour caractériser les invites des événements climatiques du piéton, on définit d’abord une échelle « pico » et ses descripteurs.La thèse présente trois corpus d’étude d’expériences climatiques proposées dans des contextes et périodes différentes. Au sein du premier corpus, on présente et discute les expériences climatiques proposées dans les travaux théoriques et expérimentations réalisés dans la période des années 1950-70 par les auteurs de l’avant garde artistique et architecturale. Dans le deuxième corpus, on s’intéresse aux installations artistiques et architecturales contemporaines dédiées aux variations climatiques, apparues dans les deux dernières décennies,in vitro ou dans l’espace urbain. Le troisième corpus est une recherche d’identification plus précise des adaptations comportementales manifestées par les habitants lors de leur rencontre avec les dispositifs climatiques de rafraîchissement dans un contexte urbain.La ville de Madrid en période estivale est ici considérée comme laboratoire donnant à voir les usages et les stratégies réalisés par les habitants en vue de se rafraîchir. L’expression corporelle est considérée comme un indice d’appréciation et du ressenti thermique et comme premier instrument du contrôle de son propre état de confort.On discute les potentiels de l’échelle « pico » pour la conception des dispositifs de rafraîchissement et la mesure dans laquelle l’accessibilité des indices sur la présence et le fonctionnement d’une « invite » peut être mise en relation avec les modèles d'adaptations comportementales particulières. / This thesis investigates the potential of architectural and urban design schemes on a very small scale so as to improve pedestrian comfort during excessive summertime heat conditions. Starting from the premise that pedestrian’s pleasure and ability to thermally adapt are based upon experience of transient and non-uniform climate states, attempts are being made to identify short-term climate events named cold inducing"affordances". In order to enhance affordances of climate events related to the pedestrian, firstly a scale denominated "pico" and its descriptors are defined.The thesis outlines three study corpuses of climatic experiences that have been proposed in different periods of time and various contexts. The first corpus introduces and discusses climatic experiences that have been proposed in theoretical studies and experiments realized between 1950 and 1970 by the authors from the artistic and architectural avant-garde. The second corpus is focused on contemporary artistic and architectural installations dedicated to climatic variations, which showed up during the last two decades, in vitro or in urban space. The aim of the third corpus is to identify more precisely behavioral adaptations expressed by inhabitants during their encounter with selected cooling climate features in an urban context. The city of Madrid during summertime is considered as a laboratory, revealing uses and strategies of inhabitants in order to cool down. Behavioral expression is regarded as an index parameter revealing appreciation and thermal feel and as a prime instrument of control of one’s own comfort state.The potentials of the "pico" scale are discussed inregard to cold inducing design schemes along with the extent to which the accessibility of information related to existence and usability of an "affordance" can be related to specific behavioral adaptations.