Tokyo, anciennement la Ville d’Edo, a pris forme en bord de mer, autour du fleuve Sumida et à travers un système de canaux autour du château du Shogun dès le XVII^ème siècle. Appelée alors Venise de l’Orient, son réseau hydraulique très développé lui a permis d’être abondamment approvisionnée en eau. « L’imaginaire de l’eau est extrêmement fort à Edo et ensuite à Tokyo. Même si quand on est ici, on ne s’en rend pas compte, parce que la ville est finalement devenue très terrestre », explique Raphaël Languillon, chercheur et expert technique à Expertise France, Tokyo, soulignant que le quartier du port, Odaiba, est construit sur un polder – une étendue de terre gagnée sur la mer.

Aujourd’hui, Tokyo, 14 millions d’habitants (35 millions en comptant le « Grand Tokyo »), est reconnue comme une des villes du monde où la gestion de l’eau potable distribuée et de l’eau usée est la plus efficace, le tout dans un pays où les ressources en eau ne manquent pas. Pankaj Kumar, chercheur à l’IPBES (l’équivalent du GIEC pour la biodiversité) et spécialiste des modèles et scénarios, parle même d’un paradis de l’eau : « Le Japon est riche en eau douce ; sa situation géographique lui permet d’éviter les problèmes majeurs de pénurie d’eau. Le pays bénéficie d’une pluviométrie abondante et d’importantes réserves d’eaux souterraines de bonne qualité […]. De plus, le Japon dispose de technologies de pointe et des capacités techniques nécessaires pour traiter toutes les eaux usées générées ».  

La municipalité de Tokyo utilise la technologie des jumeaux numériques pour anticiper les futurs changements urbains [qui] permet au gouvernement local de tester différents scénarios.

Pankaj Kumar travaille à la modélisation des ressources en eau futures et à l’adaptation des politiques locales sur la base de ces projections statistiques. Dans ce domaine aussi le Japon paraît en pointe, de la production de données jusqu’à la création de jumeaux numériques pour rendre ces projections d’autant plus immersives et réalistes.

Mais concrètement, que signifie modéliser pour aménager les réseaux d’eau ?

Modélisation et démographie

Depuis plusieurs années, la municipalité de Tokyo utilise la technologie des jumeaux numériques pour anticiper les futurs changements urbains, y compris pour les infrastructures hydrauliques. Un jumeau numérique est une reproduction virtuelle de la ville, ses infrastructures, sa population. Elle permet au gouvernement local de tester différents scénarios, et d’étudier comment les infrastructures peuvent s’adapter pour y répondre.

Une variable clé de ces modélisations […] est celle de la démographie et sa tendance à se concentrer dans la capitale.

De son côté, Pankaj Kumar mobilise lui aussi différents modèles simulant des scénarios pour accompagner des politiques locales de gestion de l’eau dans la région Asie-Pacifique, avec une question centrale : les mesures mises en place permettent-elles d’assurer la qualité et la quantité d’eau attendue dans les 10, 30, 50 prochaines années ? Et si ce n’est pas le cas, comment les modifier ? « Grâce à cette simulation, vous pouvez cibler les raisons pour lesquelles les contre-mesures prévues dans votre plan directeur ne fonctionnent pas. En effet, elle me permet d’identifier précisément où se situe l’écart [entre la qualité et la quantité d’eau attendue et celle qui serait réellement atteinte] ».

Une variable clé de ces modélisations, beaucoup discutée au Japon, est celle de la démographie et sa tendance à se concentrer dans la capitale. Tokyo est une ville qui a grandi très rapidement¹, notamment en vertical, ce qui a nécessité d’adapter les infrastructures. « Quand vous entassez entre 1 000 et 3 000 personnes dans une tour de logement […] ça veut dire que vous devez avoir des tuyaux capables d’amener de l’eau pour 1 000 à 3 000 personnes sur un urbanisme qui n’était à l’origine pas censé avoir autant de gens concentrés au même endroit.  Et vous devez aussi avoir des tuyaux suffisamment gros pour pouvoir faire la même chose avec les effluents », précise Raphaël Languillon.

Mais, aujourd’hui, le Japon connaît une baisse de sa population : « Le pays ayant atteint un pic [de baisse de sa population], forcément, la capitale, elle a un pic un peu décalé, mais elle l’a atteint aussi. On le voit à présent dans certaines banlieues où la population commence à disparaître ». Certaines constructions paraissent déjà obsolètes, et des tuyaux deviennent sur-dimensionnés pour leurs usages réels. La modélisation peut servir à anticiper et éviter le dimensionnement des canalisations à la hausse.

Le risque dans l’équation

Le futur incertain des infrastructures est d’autant plus problématique que le Japon connaît des risques de catastrophes naturelles auxquels ses réseaux d’eau ne sont pas prêts. En 2016, dans le plan décennal de la métropole un des objectifs était d’adapter son infrastructure au risque sismique, en installant massivement des joints plus résistants ou en sécurisant les portions du réseau les plus critiques². Dans une note de la Tokyo Foundation de 2021³, Junji Hashimoto, spécialiste de l’eau, pointait cependant un paradoxe. Alors qu’il existe plus généralement un fort besoin de renouvellement de canalisations anciennes pour les rendre plus résistantes aux séismes, les capacités à investir baissent. 

La ville de Tokyo a utilisé son jumeau digital et les données locales pour cartographier ce risque de liquéfaction des sols.

Et même si Tokyo est à cet égard plus préparée que d’autres villes japonaises, la capitale est sujette à la liquéfaction des sols, phénomène par lequel un séisme fait remonter l’eau contenue dans les sols les rendant alors mouvants. « Le bâtiment peut, par exemple, bouger et ne plus être habitable parce qu’en fait, avec la liquéfaction des sols, ses fondations ont bougé. Et comme vous avez de l’eau partout ici, on est quasiment sûr que ça va bouger vers une partie des tours qui se trouvent ici », explique Raphaël Languillon. La ville de Tokyo a utilisé son jumeau digital et les données locales (sondage géologique, niveau des nappes phréatiques…) pour cartographier ce risque de liquéfaction des sols et mettre en avant les zones qui nécessitent le plus de mesures de prévention en cas de séisme⁴.

La ville a également essayé de simuler le risque de cyclones, en intégrant dans son jumeau numérique la carte des zones à risques d’inondation, afin de prioriser les zones d’intervention en cas de typhons. Le Japon est particulièrement avancé sur ce point, comme l’explique Kumar Pankaj : « Il s’agit de modéliser les conditions météorologiques les plus extrêmes survenant sur 50 ou 100 ans. Ces simulations servent ensuite à concevoir des aménagements autour des cours d’eau afin de protéger les villes avoisinantes contre les inondations. Toutefois, ces travaux sont extrêmement coûteux, ils se chiffrent en milliards de dollars, et seuls quelques pays développés ont les moyens de les entreprendre ». 

Suite à ces simulations, il faut pouvoir adapter les infrastructures hydrauliques en conséquence, et selon le niveau de risque assumé : « L’enjeu, c’est la récurrence, l’augmentation de la fréquence des aléas extrêmes, en particulier les cyclones et les pluies torrentielles, qui posent un défi, parce qu’on a dimensionné toutes ces infrastructures pour un certain niveau d’aléas.  Mais avec l’augmentation du niveau d’aléas et surtout de leur fréquence, ça pose la question de la saturation des infrastructures », affirme Raphaël Languillon.

L’apprentissage continue et en commun de la ville

La projection statistique, plus ou moins sophistiquée (aujourd’hui on parle d’intelligence artificielle) des ressources en eau et du risque auquel elles sont exposées se transforme donc en plan pour aménager les infrastructures urbaines. Les limites techniques sont nombreuses (données à produire, approche statistique réductrice…) mais il faut souligner la diversité des manières de faire vivre ces démarches.

Pankaj Kumar prend pour exemple la gestion du lac Biwa, le plus grand lac du Japon et qui est selon lui « l’un des lacs les mieux gérés, non seulement au Japon, mais aussi dans le monde entier ». Depuis des années les différentes préfectures qui l’entourent collaborent étroitement : « elles ont élaboré une ordonnance locale conçue comme un document évolutif, susceptible d’être adapté au fil du temps […]. Il s’agit, en quelque sorte, d’une politique sur mesure et finement ajustée, conçue pour compléter les politiques nationales afin d’atteindre la qualité de l’eau visée ». 

Autre point déterminant pour Pankaj Kumar, l’implication citoyenne : « normalement les locaux ont connaissance des démarches dans les grandes lignes mais ils ne sont pas impliqués dans le détail. Or, là, j’étais surpris de voir des associations locales avec leurs représentants très intéressés à l’idée de travailler avec les instituts de recherche ».

L’exemple de Tokyo nous montre l’intérêt pour les municipalités des modélisations et simulations en urbanisme, mais aussi leurs limites. Cela reste un bon outil pour réfléchir à l’action publique, notamment quand on s’intéresse aux réseaux d’eau, à leur dimensionnement, à leur vulnérabilité, et à leur capacité à résister aux désastres naturels. Le cas du lac Biwa nous montre toutefois la nécessité pour les pouvoirs publics de rester réactifs, avec des politiques publiques capables d’évoluer, et des gouvernances plus inclusives fondées sur les connaissances des usagers comme sur les connaissances scientifiques et statistiques.

1. Après les ravages de la Seconde Guerre mondiale, la population de Tokyo ne dépassait pas les 4 millions d’habitants et pourtant dès les années 1960 le seuil des 10 millions d’habitants était dépassé. ↩︎
2. Master plan des réseaux d’eau de Tokyo, 2016 : https://www.english.metro.tokyo.lg.jp/documents/d/english/masterplan2016outline↩︎
3. The Tokyo Foundation, 2021 : https://www.tokyofoundation.org/research/detail.php?id=868↩︎
4. Métropole de Tokyo à la Smart City and Summit Expo, 2026 : https://www.english.metro.tokyo.lg.jp/w/110-101-007517?utm↩︎

Par Estelle Bertola et Hafid Ait Sidi Hammou

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