Geoffrey West (Wikipédia) est physicien et travaille depuis quelques années sur le thème de la ville à l’Institut de Santa Fé, un Institut de recherche dédié à l’étude des systèmes complexes, rapporte le New York Times dans un étonnant article sur ses recherches, signé Jonah Lehrer. L’objectif de West : découvrir les lois cachées qui régissent l’organisation urbaine.

A l’heure où la majorité de la population mondiale vit en ville et où cette urbanisation ne cesse de s’accélérer, nous ne savons pas grand-chose du rôle des villes, rappelle le journaliste scientifique Jonah Lehrer. Certes, les économistes ont bien mis l’accent sur le rôle des villes dans le produit intérieur brut ou l’amélioration du niveau de vie, tandis que les psychologues ont étudié l’impact de la vie urbaine sur la mémoire à court terme et sur notre capacité à l’auto-contrôle… Mais force est de reconnaître que la théorie urbaine ressemble à un domaine sans principes ni règles. Un peu à l’image des architectes que dénonce l’architecte Rem Koolhaas, tellement obsédés par la forme de leurs oeuvres qu’ils en oublient les espaces vitaux entre les bâtiments.

Pourtant, comprendre comment une ville fonctionne, grossit, se développe ou entre en récession est on ne peut plus primordial, comme le souligne la création en 2009 par le président Obama d’un bureau des affaires urbaines à la Maison Blanche, dont l’objectif n’est pas moins d’élaborer un « agenda politique pour l’Amérique urbaine »…

Image : La ville de la Plata, vue du ciel, ressemble à un processeur d’ordinateur, via Wikimedia Commons.

Dans un premier temps West, aidé de Luis Bettencourt, un autre physicien de l’Institut de Santa Fe, a commencé par accumuler de volumineuses données statistiques sur les villes. Après plusieurs années d’analyses, West et Bettencourt ont découvert que la plupart des variables urbaines pouvaient être décrites par quelques équations, comme ils l’ont expliqué dans un article publié par la revue PlosOne. Ainsi, s’ils connaissent la population d’une métropole d’un pays donné, ils peuvent estimer, par exemple, son revenu moyen ou les dimensions de son réseau d’égouts.

Vers une théorie prédictive des villes ?

Pouvons-nous utiliser les mathématiques pour élaborer une théorie sérieuse de l’organisation sociale, comme on l’a fait en biologie ? C’est justement en s’inspirant de la biologie que Geoffrey West en est arrivé à réfléchir aux structures urbaines.

West s’est inspiré des travaux de Max Kleiber sur le métabolisme et la masse des animaux, démontrant que de grandes espèces ont besoin de moins d’énergie que les plus petites – alors qu’un éléphant est 10 000 fois plus gros qu’un cochon d’Inde, il a seulement besoin de 1000 fois plus d’énergie. Quel que soit ce à quoi ressemble un animal, l’endroit où il vit, la manière dont il a évolué : son rapport masse/métabolisme peut-être mis en équation. C’est ce qu’on appelle les lois d’échelles de Kleiber. En biologie, on a ainsi découvert des échelles métaboliques coordonnant le poids, la durée de vie ou la taille au métabolisme et suggérant qu’il y aurait une structure générique qui régit l’organisation des systèmes vivants, dérivée de propriétés physiques… Y’a-t-il des échelles analogues reflétant les structures des organisations sociales ? C’est la question que s’est posée Geoffrey West.

Pour lui, la ville est un organisme vivant que l’on peut également définir par son infrastructure. Tout comme les animaux de grandes tailles, le but réel des villes résiderait dans leur capacité à créer des économies d’échelles à mesure qu’elles grossissent, suppose-t-il. En s’intéressant aux statistiques d’infrastructure et de consommation, les chercheurs se sont rendu compte que les villes ressemblaient beaucoup aux éléphants. L’étude des indicateurs du métabolisme urbain (nombre de stations de gaz, surface totale des routes…) montrait ainsi que quand une ville doublait de taille, ses ressources augmentaient de 85 % seulement.

Pour les deux chercheurs, que l’on parle de Manhattan New York ou Manhattan Kansas, les modèles urbains restent les mêmes. « Nous avons découvert les constantes qui permettent de décrire toutes les villes. » Des « lois » qui permettent de faire des prédictions précises sur le nombre de crimes violents d’une ville n’importe où dans le monde, quand bien même on ne connaitrait ni son nom, ni son histoire. « Chaque ville est en fait la même », insiste West. « Nous savons tous que chaque ville est unique. C’est tout ce dont nous parlons quand nous parlons de villes, ces choses qui rendent New York si différente de Los Angeles, ou Tokyo si différente d’Albuquerque. Mais en se concentrant sur ces différences, on rate le point important. Bien sûr qu’elles sont différentes. Mais différentes en quoi ? Nous avons trouvé ce « quoi » ! »

Alors que nous appréhendons les villes par la géographie et l’histoire, West appréhende les métropoles en termes abstraits. L’histoire et la géographie, au final, sont de simples détails, des anecdotes intéressantes, mais qui n’expliquent pas grand-chose de la structure des villes, estime le physicien. La seule façon de vraiment comprendre la ville, dit West, est de comprendre sa structure profonde, les modèles qui la définissent, qui nous montreront si une métropole est florissante ou pas. « Nous ne pourrons pas faire que nos villes fonctionnent mieux si nous ne savons pas comment elles fonctionnent ». C’est tout l’intérêt de ses recherches justement : tenter de comprendre comment elles fonctionnent !

Citynomics : dégager les lois qui organisent nos villes

« Si vous demandez aux gens pourquoi ils se déplacent vers la ville, ils donnent toujours les mêmes raisons : ils sont venus pour obtenir un emploi, suivre leur famille ou être au centre, là où tout se passe. C’est pourquoi nous acceptons de payer des loyers si élevés. Les villes parlent des gens, pas de l’infrastructure. »

C’est alors que West découvre les travaux de l’activiste Jane Jacobs (Wikipédia) sur La mort et la vie des grandes villes américaines. Jacobs était une farouche défenseur des quartiers à échelle humaine, comme Greenwich Village à New York ou le quartier du North End à Boston. En montrant que les échanges à taille humaine étaient essentiels, elle a également montré que la vie de la ville nécessitait des espaces d’échanges pour que les gens puissent interagir entre eux.

West et Bettencourt ont donc cherché à quantifier les interactions humaines en utilisant d’autres statistiques : comme celles de la productivité des villes. Ils ont alors découvert que chaque fois qu’une ville double de taille, les mesures de l’activité économique (dépenses de construction, dépôts bancaires…) augmentent environ de 15 % par habitant. Quelle que soit la taille de la ville, la loi reste la même ! « Cette équation remarquable explique pourquoi les gens partent vers des villes toujours plus grandes. (…) Ce que les données ont clairement montré, et ce que Jane Jacobs avait intelligemment anticipé, est que quand les gens se rassemblent, ils deviennent beaucoup plus productifs. »

Lorsque les deux physiciens ont analysé les aspects négatifs des villes (le crime, la maladie), ils ont découvert que les mêmes équations mathématiques s’appliquaient : Quand une ville double de taille, elle connaît également une augmentation des crimes violents, des cas de Sida ou de la circulation automobile de 15 % par habitant. « Ce que nous disent ces chiffres, c’est qu’on ne peut avoir de croissance économique sans une propagation parallèle des choses qu’on ne veut pas », explique Bettencourt. Quand vous doublez de population, tout ce qui est lié au réseau social grimpe du même ordre.

Les conséquences écologiques des lois de puissance des villes

Bien sûr ces règles générales, ces ordres de croissance, ces rapports d’échelles peuvent être aggravés ou réduits par des politiques spécifiques. Mais ce que montrent ces modèles selon West, c’est que les villes sont les plus importantes inventions dans l’histoire humaine. Elles sont l’idée qui a permis le développement de notre potentiel économique et qui a déclenché notre ingéniosité. « Lorque nous avons commencé à vivre dans les villes, nous avons fait quelque chose qui ne s’était jamais produit auparavant dans l’histoire. Nous avons rompu avec les équations de la biologie, qui sont sous-linéaires. Chaque créature devenant plus lente à mesure qu’elle grossit. Avec les villes, la croissance est superlinéaire. Plus les villes deviennent grandes plus ça s’accélère. L’équation urbaine prédit un monde où la consommation de ressource ne cesse d’augmenter, l’expansion des villes carburant à l’expansion économique. En fait, la consommation sociale conduit le processus d’urbanisation (notre désir collectif d’iPad, de Frappucinos et toutes ces choses à la mode), bien plus que les avantages écologiques du transport en commun local. »

West illustre le problème autrement. « Un homme au repos fonctionne sur 90 watts. C’est la puissance dont vous avez besoin pour vous coucher. Si vous êtes chasseur-cueilleur en Amazonie, vous aurez besoin d’environ 250 watts pour courir et trouver votre nourriture. Quelle est la quantité d’énergie dont notre mode de vie américain a besoin ? Eh bien, quand on additionne nos calories et l’énergie nécessaire pour alimenter notre ordinateur et l’air conditionné, on constate qu’on a besoin de quelque 11 000 watts ! Quel type d’animal a besoin d’11 000 watts pour vivre ? Nous avons créé un style de vie où nous avons besoin de plus de watts que la baleine bleue. Nous avons besoin de plus d’énergie que le plus gros animal qui n’ait jamais existé sur terre. »

L’historien Lewis Mumford (Wikipédia) décrit la naissance de la mégapole comme « la dernière étape dans le cycle classique de la civilisation ». Un avis que semble partager West : « La seule chose qui arrête les équations superlinéaires, c’est quand nous manquons de quelque chose dont nous avons besoin ». Pour éviter ce sombre avenir, nous devons recourir à l’innovation constante, comme ça a été le cas avec le moteur à vapeur ou l’internet. « Ces innovations majeures ont complètement changé la façon dont la société fonctionne. (..) C’est comme si nous étions au bord d’une falaise, sur le point de manquer de quelque chose. Puis on trouve une nouvelle façon de créer de la richesse qui nous permet de continuer à grimper ». Les villes sont donc la seule solution au problème des villes.

Reste que notre mode de vie est devenu coûteux à entretenir : chaque nouvelle ressource que nous inventons à tendance à s’épuiser à un rythme toujours plus rapide. Ce qui signifie que le cycle d’innovations doit constamment s’accélérer, chaque percée fournissant un court répit. Le résultat est que les villes n’augmentent pas seulement le rythme de la vie, mais accélèrent le rythme auquel la vie change. « C’est comme être sur un tapis de course qui ne cesserait d’aller de plus en plus vite. (…) Nous avons utilisé la ville pour obtenir des révolutions tous les milliers d’années. Puis, il nous a fallu un siècle pour aller de la machine à vapeur au moteur à combustion. Maintenant, les grandes innovations se succèdent tous les 15 ans. Ce qui signifie que, pour la première fois, les gens vivent des révolutions multiples. Et tout cela vient des villes. Une fois que nous avons commencé à nous urbaniser, nous nous mettons sur ce tapis roulant. Nous avons troqué la stabilité contre la croissance. Et la croissance requiert le changement. »

Les grandes villes sont plus intenses par nature : plus riches, plus créatives, plus productives et plus dangereuses

Les mesures traditionnelles des qualités et défauts d’une ville par habitant ne sont pas très utiles pour déterminer ce qui rend une ville meilleure ou pire qu’une autre, parce que la taille de la population a un impact spécifique. Les grandes villes disposent d’un avantage statistique, car plus l’agglomération de personnes est développée, plus les villes ont tendances à être productives, innovantes… mais également plus criminogènes. A chaque doublement de population, les habitants sont en moyenne 15 % plus riches, 15 % plus productifs, 15 % plus innovants et ont 15 % de « chance supplémentaire  » d’être victimes de crimes, et ce, quelle que soit la ville, son histoire, sa géographie. Fait remarquable, cette règle des 15 % semble s’appliquer à d’autres phénomènes urbains comme la vitesse moyenne des déplacements, la vitesse de propagation des maladies, le nombre d’établissements d’enseignement, explique Science News.

Image : ce graphique, issu des recherches de Geoffrey West compare 300 villes américaines en fonction de leur population rapportée au produit métropolitain brut et définit une loi de puissance.

Bien sûr, ces régularités mathématiques sont des moyennes : la distribution est imparfaite. Et les valeurs aberrantes reflètent des écarts particuliers qui ont trait à l’histoire ou à la politique spécifique que connaissent certaines villes. Les chercheurs ont développé ainsi une « échelle des variations des indicateurs métropolitains » qui leur a permis de comparer les performances socio-économiques de différentes villes américaines selon leurs tailles. « Comprendre ce qui est essentiel fournit des indices sur la façon dont une ville peut améliorer ou encore capitaliser sur ses succès », explique Luis Bettencourt. Ces villes qui ont des valeurs aberrantes sont des villes exceptionnelles. Visiblement, il est plus facile d’être une ville exceptionnelle si vous êtes petite, comme Corvallis en Oregon, premier producteur de brevets dans le classement parce qu’elle est le siège d’HP.

Mais ces corrélations ne sont que des explications possibles. Plusieurs théoriciens sont en désaccord avec ces conclusions. Joel Kotkin auteur de La prochaine centaine de millions : l’Amérique en 2050, estime que le modèle de West et Bettencourt est déjà obsolète. Notamment parce que le développement urbain contemporain ne ressemble pas à Greenvich Village… Les villes américaines les plus dynamiques, comme Phoenix ou Riverside, sont bien différentes de ce modèle. Ces lieux ont échangé l’espace public pour des maisons familiales abordables, sur le modèle de la banlieue américaine. Ce qui n’est pas sans conséquence sur le modèle : Phoenix par exemple, est caractérisée par un niveau de revenu et de production d’innovation en dessous de la moyenne. Pourtant, dans la dernière décennie, les banlieues ont produit 6 fois plus d’emplois que les villes et pas seulement des emplois de services peu qualifiés. Kotkin rappelle que les centres de l’innovation américaine sont désormais implantés dans des métropoles de faible densité, comme la Silicon Valley ou Raleigh-Durham. « Pour une soi-disant théorie complète des villes, ce travail ne parvient pas à expliquer toute l’évolution actuelle », critique Kotkin.

Pourquoi les entreprises ne fonctionnent-elles pas comme des villes ?

Mais West et Bettancourt ne sont pas découragés par ces critiques et conviennent que leurs équations sont encore imparfaites. Ce qui ne les empêche pas de s’intéresser déjà à un nouveau sujet : les entreprises. Notamment pour comprendre pourquoi les entreprises ont une durée de vie si fugace (quarante à cinquante ans en moyenne).

Après avoir acquis des données sur quelque 23 000 sociétés cotées en Bourse, les chercheurs se sont rendu compte que la productivité des entreprises, contrairement à la productivité urbaine, était complètement sous-linéaire. A mesure que le nombre d’employés augmente, le montant des bénéfices par employé diminue. Dans l’entreprise, les économies d’échelle sont toujours compensées par les charges de la bureaucratie. Le déclin inévitable du bénéfice par employé rend les entreprises vulnérables : une perturbation même mineure peut alors conduire à des pertes importantes. « Les entreprises sont tuées par leur besoin de continuer à s’agrandir ».

Pour West, le caractère éphémère de l’entreprise éclaire la force réelle de la ville. Contrairement aux sociétés qui sont gérées par le haut par des équipes de cadres grassement payés, les villes sont des lieux indisciplinés, en grande partie à l’abri du désir des hommes politiques et des planificateurs. « Il faut se souvenir combien un maire est impuissant. Ils ne peuvent pas dire aux gens où vivre, ce qu’ils doivent faire, à qui ils doivent parler. Les villes ne peuvent être gérées et c’est ce qui les rend si vibrantes. Elles ne sont que des masses de gens, se cognant les uns dans les autres, partageant une idée ou deux. C’est la liberté de la ville qui la maintient en vie. »