L'urbanisation rapide du monde, en particulier dans les pays émergents, s'accompagne de dégradations environnementales et d'inégalités socio-spatiales croissantes. Est-il possible de décrire ces processus afin d'imaginer des politiques de remédiation efficaces ?
Pour étudier l'évolution d'une ville, il existe deux approches traditionnelles. Celle de l'économie dite urbaine utilise des modèles très simplifiés qui ne sont que rarement confrontés au terrain. Celle de l'aménagement des territoires s'appuie sur des simulations numériques extrêmement détaillées, embrassant toutes les données connues (notamment cartographiques). Ainsi, un consultant en transport déterminera-t-il avec de tels outils la rentabilité d'une nouvelle gare pour le compte d'une région mais son étude ne sera pas aisée à valider a posteriori.
Marc Barthélémy et d'autres physiciens proposent une approche radicalement différente. Leurs modèles mathématiques n'utilisent qu'un nombre très restreint de données d'entrée, comme la population d'une ville, la densité de ses transports publics et sa superficie, et ils fournissent des informations en accord avec les données issues de la téléphonie mobile et des capteurs urbains (circulation automobile, qualité de l'air, etc.) : la proportion des habitants qui se déplacent en voiture, le temps passé dans les embouteillages ou encore la quantité de CO2 émis par les transports. Le chercheur de l'IPhT est, de plus, parvenu à déterminer le nombre de « centres d'activités » que compte une grande ville et à valider son modèle sur quelque 9.000 villes américaines et 30 aires urbaines espagnoles.