Méthodes et structures non locales pour la restauration d'images et de surfaces 3D - Thèse Informatique - Revenir à l'accueil

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 Efficient-C++finite-..> 03-Jan-2015 17:30  3.5M  

 Efficient-C++finite-..> 03-Jan-2015 17:31  3.2M  

 Fondements-de-l-Info..> 03-Jan-2015 17:22  4.0M  

 INTRODUCTION-A-L-INF..> 03-Jan-2015 17:24  3.8M  

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 NooJ-pour-l-Intellig..> 03-Jan-2015 17:30  3.2M  

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HAL Id: tel-01022843 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01022843 Submitted on 16 Jul 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.T H È S E EDITE - ED130 2014-ENST-0006 Doctorat ParisTech T H È S E pour obtenir le grade de docteur délivré par Télécom ParisTech Spécialité : Signal et Images Présentée et soutenue publiquement par Thierry GUILLEMOT le 3 Février 2014 Méthodes et structures non locales pour la restauration d’images et de surfaces 3D Jury : Mme. Julie DELON, Professeur, Université Paris Descartes Présidente M. Pierre ALLIEZ, Directeur de recherche, Inria Sophia-Antipolis Rapporteur M. Jean-Michel MOREL, Professeur, CMLA, Ecole Normale Supérieure de Cachan Rapporteur M. Cyril CRASSIN, Chercheur, Nvidia Examinateur Mme Pooran MEMARI, Chargé de Recherche, CNRS-LTCI, Télécom ParisTech Examinatrice M. Andrés ALMANSA, Chargé de Recherche, CNRS-LTCI, Télécom ParisTech Directeur M. Tamy BOUBEKEUR, Professeur, CNRS-LTCI, Télécom ParisTech Directeur TELECOM ParisTech École de l’Institut Mines-Télécom - Membre de ParisTech 46 rue Barrault 75013 Paris - (+33) 1 45 81 77 77 - www.telecom-paristech.frRemerciements Tout d’abord, je tiens à remercier mes directeurs de thèse Andrès Almansa et Tamy Boubekeur pour leurs qualités pédagogique, scientifique mais surtout humaine. Grâce à eux, j’ai pu découvrir le monde de la recherche, apprendre beaucoup sur le traitement des images et des données 3D. Leur soutien, gentillesse et optimisme m’ont permis de travailler dans un cadre idéal pour réaliser ce doctorat. Je remercie les membres du Jury, Pierre Alliez, Jean-Michel Morel, Cyril Crassin, Julie Delon et Pooran Memari d’avoir accepté d’évaluer mon travail ainsi que pour leurs remarques et conseils. Mais que serait une thèse sans les soutiens de ces collègues devenus des amis au fils des années ? Je pense ici aux amis du bureau C07 (ou "Bureau Link") : Baptiste et Cécilia soutiens infaillibles depuis les premiers jours de stage, Alasdair pour sa touche anglaise et son optimisme, Yann pour la sagesse de l’ancien et son goût de la bonne bière et Guillaume pour sa gloutonnerie et ces blagues qui ne font rire que lui (et Alasdair). Je pense également aux autres collègues de TSI, les sages Noura et Jean-Marc pour leurs innombrables conseils et soirées improvisées, Charline, Emilie et Loredana pour leur inflexible bonne humeur, Guillaume pour ses remotivations ludiques, Edoardo pour son amour de la cuisine, David pour son amour de la bière, Joseph pour sa passion des débats, Julien pour son accent américain, Pooran pour sa gentillesse, ainsi que tous les autres Malik, Hélène, Stéphane, Flora, Sonia, Flora, Beibei, Leila, Mathias et Bert pour leurs discussions et conseils. Je souhaite également remercier les anciens collègues pour m’avoir acceuilli dans les premiers jours de thèse : Charles, Vincent et plus particulièrement Benoit pour son humour, sa passion du monde ludique, son immense culture... et ses talents d’improvisation. Je voudrais aussi remercier Andrés, Tamy, Isabelle, Yann, Julie, Florence et Michel pour m’avoir donné l’envie de faire une thèse quand j’étais étudiant et pour leur accueil au laboratoire TSI. Avant de terminer, je voudrais exprimer ma gratitude à tous mes amis. Les plus Vieux : Ludovic, Tom, Fabien, Sandrine et Mylène, les plus Récents : Cédric, Marine, Sophie et Valérie, les plus Toulousains : Delphine et Manu, les plus Anglais : Terry, Cécile et Laurie, les plus Théatreux : Marie, Cyril, Anne, Benoit, Florian, Bianka, Emmanuelle, Alban et Sophie et les plus Télécommiens : Alexis, Romane, Rémi, Chloé, Laure et Morgane qui ont toujours été là pour moi, même dans les moments les plus difficiles. Je voudrais terminer ces remerciements en exprimant ma gratitude à mes proches : mon père, ma mère et mes deux soeurs Karine et Coralie qui m’ont toujours encouragé, aidé et soutenu pendant toutes ces années. A vous tous, sans qui rien de tout cela n’aurait été possible, merci ! Je dédie cette thèse à mes neuveux et nièces à qui je souhaite d’avoir autant de soutien, d’aide et d’encouragement que ce que j’ai pu avoir jusqu’à présent pour réussir ce qu’ils entreprendront. iTable des matières Table des matières iii 1 Introduction 1 1.1 Contextes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Du Local au Non Local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Méthodes de restauration locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.2 Méthodes de restauration non locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 Problématiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5 Organisation de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.6 Prix et Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 Tour d’horizon des méthodes de restauration non locales 7 2.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Filtres à moyennes non locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.1 Formulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.2 Limitations et améliorations des NL-Means . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3 Filtres 3D non locaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3.1 Filtres surfaciques non locaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.2 Filtres non locaux de nuage de points . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.3 Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.4 Filtres collaboratifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4.2 Méthodes de restauration collaboratives . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4.3 Généralisation des filtres collaboratifs . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3 Surface de points non locale 21 3.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.1 Acquisition 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.2 Travaux existants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.3 Généralisation des PSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.4 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2 Surfaces de points non locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.1 Principe général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.2 Carte de déplacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.3 Fonction de pondération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.4 Opérateur de projection non local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3.1 Détails d’implémentation et performance . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3.2 Analyse des paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3.3 Performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 iiiiv 3.3.4 Analyse de la qualité de la surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.3.5 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.4 Limitation et possibles améliorations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4 Arbre de covariances 51 4.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.1.1 Filtrage à hautes dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.1.2 Travaux existants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.1.3 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.2 Arbre de Covariance Simplifié . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.2.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.2.2 Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2.3 Apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.2.4 Requête . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.3 Généralisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.3.1 Notations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.3.2 CovTree généralisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.3.3 Algorithme généralisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.4 Analyse et temps de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.4.1 Complexité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.4.2 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.5 Limitations et possibles améliorations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5 Filtrage collaboratif généralisé 75 5.1 Débruitage d’images par filtre collaboratif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.1.1 Non Local Bayes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.1.2 Débruitage d’images par CovTree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.1.3 Analyse des paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.1.4 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.2 Restauration par dictionnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.1 Principe général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.2 Débruitage d’images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2.3 Reconstruction d’image échantillonnée aléatoirement . . . . . . . . . 92 5.2.4 Limitations et possibles améliorations . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.3 Restauration de surface 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.3.1 Positionnement du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.3.2 Surface de points par NLB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3.3 Restauration de surface par dictionnaire . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6 Conclusion 99 7 Perspectives 101 Bibliographie 103C h a p i t r e 1 Introduction 1.1 Contextes Les technologies à base de semi-conducteurs ont évolué de façon significative au début des années 90 et ont permis l’arrivée de nouveaux systèmes d’acquisition numérique. Cependant, leur qualité de capture était à l’origine trop limitée par rapport aux systèmes analogiques. L’augmentation de la résolution des capteurs est donc rapidement devenue un enjeu crucial de cette décennie. C’est à cette époque qu’apparaissent les premiers appareils photographiques entièrement numériques : les pellicules et leur développement sont respectivement remplacées par des cartes de stockages réutilisables et des impressions instantanées. Les appareils numériques réussissent ainsi à s’imposer progressivement face aux analogiques. Les précédentes avancées ont permis le développement d’autres techniques dans des domaines différents de la photographie. De nouveaux systèmes de capture ont ainsi émergés tels que les scanners 3D. Les systèmes de capture 3D classiques, estimant la profondeur par contact, sont ainsi améliorés par l’utilisation de capteurs CCD et de Laser. Ce nouveau type de scanner est particulièrement employé dans des domaines tels que la conservation du patrimoine (par ex. project Michelangelo - Figure 1.1) où il est nécessaire de numériser des objets sans qu’ils ne subissent de détériorations. Cependant la nature des données 3D diffère de celle des images 2D. Des outils spécifiques à leur traitement ont donc été introduits et définissent ainsi les toutes premières chaines d’acquisition 3D. À la fin des années 90, les capteurs numériques réussissent à atteindre des résolutions équivalentes ou supérieures à celles obtenues par des systèmes classiques. Malheureusement, l’utilisation des appareils numériques reste réservée à une élite. Ce phénomène peut être expliqué par plusieurs facteurs : un prix d’achat trop élevé, et des systèmes de capture qui ne sont généralement pas adaptés aux besoins du grand public (difficulté d’utilisation, encombrement, poids élevé, etc.). Ainsi, l’adaptation des systèmes d’acquisition numérique à ces besoins est devenu l’enjeu principal des années 2000. Cette démocratisation est particulièrement visible avec l’apparition des appareils photos compacts. L’utilisation de nouveaux algorithmes de gestion automatique des paramètres intrinsèques (focus, ouverture, balance des blancs, etc.) les rendent facile d’utilisation pour les non-connaisseurs. La photographie numérique devient donc accessible à tous à partir 12 Figure 1.1: Résultat du projet Michelangelo : Gauche : numérisation 3D sans détérioration utilisant des capteurs CCD et Laser. Droite : comparaison entre la statue réelle et le résultat 3D obtenu. Les images proviennent de [LPC+00] du début des années 2000. À partir de là, de nombreux constructeurs se sont mis à dé- velopper des appareils de plus en plus performants à des prix toujours plus bas afin de mieux satisfaire les demandes de ces nouveaux utilisateurs. Au milieu des années 2000, de nouvelles avancées technologiques permettent de produire des capteurs miniaturisés à l’extrême pour des coûts dérisoires. Désormais plus petits qu’une pièce de monnaie, ils se retrouvent rapidement intégrés aux téléphones portables et bouleversent par la même occasion les habitudes d’utilisation du grand public. La résolution et les performances de capture (zoom, iso etc.) deviennent progressivement des arguments de vente incontournables. Pendant ces années 2000, les systèmes de captures 3D ne cessent d’évoluer. De nouveaux types de capteurs font leur apparition en proposant l’exploitation de plusieurs images par stéréovision, la projection de motifs connus par lumière structurée, l’analyse du focus d’un appareil photo ou, plus récemment, les capteurs plénoptiques. Pendant cette période, l’utilisation des capteurs 3D se généralise à de nombreux domaines tels que le cinéma, les jeux vidéo, la robotique, l’automobile, etc. . Durant plusieurs années, l’utilisation de ces scanners 3D reste néanmoins réservée à un public restreint. Ce n’est qu’à partir du début des années 2010 que les capteurs 3D grand public sont démocratisés par l’industrie des jeux vidéos (par ex. Microsoft Kinect). Grâce à leur faible prix, il devient facile d’acquérir des données 3D. Cela permet d’attirer de nouveaux utilisateurs et d’élargir les types d’usage de ces données. À l’heure actuelle, la démocratisation des capteurs numériques est telle, qu’en France, des millions d’appareils photos numériques sont vendus chaque année, environ la moitié de la population possède un capteur photo sur son téléphone (smartphone) et environ un million de personnes possèdent une Kinect. Ainsi, chaque jour, une quantité astronomique de données 2D et 3D est ainsi générée à travers le monde. Avec l’essor des réseaux de communications et avec l’apparition des smartphones, une grande partie de cette information se retrouve partagée avec le reste du monde. En guise d’exemple, des dizaines de milliards de photos sont échangées chaque année sur l’un des principaux réseaux sociaux actuels (Facebook). Désormais, la majorité des systèmes d’acquisition numérique modernes sont connectés aux réseaux de communications (3G, 4G en préparation, etc.). Ils peuvent donc trans-1.2. DU LOCAL AU NON LOCAL 3 Restauration locale Restauration non locale Restauration par base de données Figure 1.2: Illustration des différentes méthodes de restauration. Nous représentons en rouge le voisinage retenu. mettre très facilement l’information acquise. Aujourd’hui, ces données partagées restent néanmoins difficilement exploitables par les machines de calculs modernes (ordinateur personnel, smartphone, etc.) dans la mesure où elles ne disposent pas d’une capacité de mémoire suffisante pour pouvoir les gérer. Ainsi, les différentes évolutions récentes laissent à penser que cette exploitation sera le nouveau challenge de ces années 2010. Cette thèse s’inscrit au cœur de cette évolution en proposant quelques éléments de réponse à l’un des enjeux technologiques des années 2010, à savoir : la capture, transmission et traitements de masses de données 2D et 3D. Après cette brève introduction sur l’historique de la capture numérique, nous introduisons les enjeux de la restauration moderne. 1.2 Du Local au Non Local Durant ces dernières années, les technologies d’acquisition numériques n’ont cessées de se perfectionner. Ces différentes évolutions ont donc permis l’apparition de capteurs miniaturisés, économes en énergie et surtout capables d’acquérir des données avec une qualité toujours plus fine. Malgré ces différentes améliorations, les capteurs restent sujet à des perturbations (tel que bruit électronique, résonance magnétique, etc.). Ces problèmes électroniques ajoutés aux contraintes d’acquisition (distorsions, effets de masquage, etc.) viennent perturber la capture entrainant l’apparition de défauts tels que du bruit, des points parasites, des trous dans les données acquises, etc. Ces imperfections sont inhérentes à toute technologie de capture et ne peuvent pas être corrigées matériellement. Elles nécessitent donc un traitement logiciel particulier. Ainsi, en même temps que l’apparition des tout premiers capteurs numériques dès le début des années 90 apparaissent les premières méthodes de restauration telles que le débruitage, la reconstruction, le suréchantillonnage, etc. 1.2.1 Méthodes de restauration locales Jusqu’au milieu des années 2000, ces approches s’appuient uniquement sur un traitement local des données (Figure 1.2). Dans le cadre du traitement des images, cette localité s’exprime de deux manières différentes :4 Durant les années 90, la puissance de calcul et la capacité de stockage en mémoire restant limitées, seul des filtres simples pouvaient être évalués. Ainsi, le support du filtre a été restreint à un support local : un pixel est filtré par rapport aux pixels appartenant à un voisinage local. C’est à cette époque que sont introduits les filtres par minimisation de la variation totale, bilatéraux, etc.. Avant le milieu des années 2000, les réseaux de communications ne permettent pas d’échanger une quantité de donnée importante. Ainsi, les approches de restauration sont réduites à l’utilisation d’une seule image : un pixel est filtré à partir de l’information contenue dans l’image à filtrer. 1.2.2 Méthodes de restauration non locales À partir du milieu des années 2000, les performances de calcul et la quantité de mémoire présentes sur les ordinateurs ont suffisamment évolué pour que les limitations locales pré- cédentes soient supprimées. Dans un premier temps, les méthodes non locales proposent d’étendre le support local du filtre de restauration à l’ensemble de l’image en faisant l’hypothèse que les données acquises sont autosimilaires (Figure 1.2). Ainsi, l’information détériorée est restaurée en utilisant des données similaires présentes en d’autres endroits de l’image. Face à leur succès en traitement des images, ces méthodes sont progressivement étendues au cas 3D où l’hypothèse d’autosimilarité peut être supposée de manière équivalente. Dans un deuxième temps, de nouvelles méthodes plus générales ont permis de combiner les idées introduites par les méthodes non locales avec la multiplication de la quantité de données (Figure 1.2). La non localité est désormais définie par rapport à une information extraite à partir de plusieurs images. 1.3 Problématiques S’il est vrai qu’il y a eu un développement récent des méthodes non locales, ces dernières ont principalement été utilisées afin de restaurer des données régulières et structurées telles que des images. À l’heure actuelle, ces méthodes restent encore peu étendues dans le cadre de données irrégulières. Dans le cas extrême des nuages de points 3D qui sont à la fois irréguliers et non structurés, il n’existait au début de cette thèse aucune méthode de restauration capable d’exploiter la redondance de l’information judicieusement afin de définir une surface 3D. Avec la démocratisation des capteurs numériques, la quantité de données transmise sur les réseaux de communication ne cesse d’augmenter. Le challenge est donc de réussir à exploiter judicieusement ces grands ensembles d’information. Néanmoins, à l’heure actuelle seules quelques grosses entreprises possèdent les infrastructures de calcul et de stockage nécessaires pour y arriver. Bien évidémment, le grand public ne peut avoir à sa disposition de telles structures. Il faut donc réussir à trouver un moyen pour que cette exploitation puisse être réalisée sur des systèmes possédant des capacités limitées (par ex. smartphones).1.4. CONTRIBUTIONS 5 Malheureusement, les données accessibles sont généralement brutes, semi-structurées ou non structurées. Il devient donc nécessaire de trouver un moyen pour les regrouper. Les évolutions récentes des filtres non locaux tendent à incorporer une problématique orientée big data en proposant des nouvelles démarches qui analysent l’information de sorte à extraire un modèle pour améliorer la restauration des données. Malheureusement, ce type de méthodes reste peu utilisable en pratique à cause du temps qu’il nécessite pour effectuer l’analyse. Il devient donc nécessaire d’introduire des nouvelles méthodes non locales qui soient à la fois flexibles pour pouvoir être utilisées sur n’importe quel type de données et génériques pour être utilisables par une large variété d’applications. 1.4 Contributions Le point de départ de cette thèse est le débruitage non local de nuages de points. Ce problème a mis en évidence le besoin de structures dédiées aux traitements non-locaux des données de dimension deux et supérieure, ainsi que la possibilité de généraliser les méthodes existantes de restauration non-locale 2D et 3D. Les principales contributions de cette thèse sont : – une définition de surface de points capable d’exploiter le caractère autosimilaire d’un nuage de points. Cette définition permet d’étendre n’importe quelle définition de surface de points locales précédente. – une structure de données flexible et générique capable d’apprendre les distributions d’un grand ensemble d’échantillons avec une capacité de mémoire limitée. Cette structure permet de définir pour tout voisinage, la gaussienne anisotrope associée aux échantillons qui sont compris dans ce voisinage. – une généralisation des méthodes de restauration par filtres collaboratifs appliquées aux données 2D et 3D qui utilisent la structure de données introduite précédemment pour apprendre un modèle statistique a priori à partir d’un grand ensemble de données. 1.5 Organisation de la thèse Dans le Chapitre 2, nous introduisons de manière générale les méthodes de restauration non locales. Au travers ce chapitre, nous présenterons les méthodes de débruitage par moyenne non locale, leurs applications aux cas 3D ainsi qu’une analyse générale des méthodes collaboratives. Le Chapitre 3 sera consacré à l’adaptation de la méthode de filtrage par moyennes non locales au cas des nuages de points. Dans le Chapitre 4, nous introduisons une nouvelle structure capable d’apprendre rapidement une grande base de données en utilisant uniquement une quantité de mémoire limitée. Cette structure sera utilisée au Chapitre 5 pour résoudre différents problèmes de restauration collaboratifs.6 Finalement, le Chapitre 6 offrira une conclusion générale des contributions de cette thèse et le Chapitre 7 une ouverture générale des travaux de recherche à venir. 1.6 Prix et Publications Covariance Tree for 2D and 3D Processing, Thierry Guillemot, Andrés Almansa et Tamy Boubekeur, Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Columbus, 2014 Non Local Point Set Surface, Thierry Guillemot, Andrés Almansa et Tamy Boubekeur, 3D Imaging Modeling Processing Visualization Transmission (3DIMPVT), Zurich, 2012 Non Local Point Set Surface, Thierry Guillemot, Andrés Almansa et Tamy Boubekeur, Symposium on Geometry Processing (SGP), Tallinn, 2012 - Best Poster AwardC h a p i t r e 2 Tour d’horizon des méthodes de restauration non locales Dans ce chapitre, nous allons introduire un état de l’art des méthodes non locales. Nous commençons par présenter un contexte général de la restauration des images ainsi qu’un historique des méthodes de débruitage par moyenne de valeurs. Cet historique est suivi d’une analyse des méthodes non locales qui se concentrera sur l’influence des paramètres, les limitations et les évolutions des méthodes non locales. Nous présentons ensuite, une généralisation de ces méthodes au cas 3D en nous focalisant sur le débruitage surfacique et de nuage de points. Finalement, nous introduisons les filtres collaboratifs ainsi que leurs différentes applications en traitement des images. Durant ce chapitre, nous introduisons les notions indispensables qui seront utilisées durant l’ensemble de cette thèse. Nous précisons au lecteur que des analyses de l’état de l’art plus spécifiques aux travaux développés durant cette thèse seront présentées en début des Chapitres 3, 4 et 5. 2.1 Contexte Quel que soit le système d’acquisition et la précision de ce dernier, les signaux modernes restent altérés lors de leur capture. Ces dégradations, généralement dues aux contraintes matérielles (optique, capteur CCD, etc.), algorithmiques (compression JPEG, etc.) ou transmissives (satellitaires, internet, etc.), doivent être traitées afin de récupérer au mieux l’information originalle contenue dans ces signaux. Dans cette partie, nous considérerons des images discrètes dont chaque élément (pixel) est associé à une couleur (Rouge, Vert, Bleu - RGB). Plusieurs hypothèses sont généralement faites afin de modéliser les dégradations subies par l’image. En particulier, nous supposerons que nous avons accès à une observation dégradée de l’image qui associe à chaque pixel xi une couleur f(xi) obtenue à partir de la couleur réelle u(xi) en ajoutant un bruit n(xi) gaussien i.i.d. (indépendant et identiquement distribué) de variance σ connue : fi = f(xi) = u(xi) + n(xi) (2.1) Ce modèle est utilisé de manière standard dans la communauté du traitement des images, car il est à la fois simple et efficace pour modéliser le bruit dû à l’acquisition de l’image. 78Zone homogène Contour Zone texturée Images bruitées Poids gaussien Poids bilatéral Poids non local Figure 2.1: Nous illustrons la définition des poids gaussien, bilatéral et non local pour trois différentes zones de l’image : une zone homogène, un contour, une zone texturée. Pour tout ces exemples, les poids sont calculés en fonction du pixel central de chaque image. Les poids élevés sont représentés en blanc tandis que les poids faibles sont représentés en noir. D’autres modèles, par exemple les modèles poissoniens, ne seront pas abordés dans cette thèse (voir [Bov05] pour plus de détails). Le principe des méthodes de débruitages consiste à éliminer le bruit ajouté lors de l’acquisition afin d’estimer une couleur ˆu(xi) proche de la couleur originale u(xi). Pour résoudre ce problème, des nombreux travaux ont été introduits proposant une minimisation de la variation totale [ROF92], l’application de filtres de Wiener empiriques [YY85], une décomposition de l’image en ondelettes [Don95], l’utilisation de voisinages de taille variable [PS00,KEA02,KFEA04,FKEA04], ou plus récemment une analyse de l’a priori des textures de l’image par dictionnaire [DFKE09,ZDZS10,YSM10], etc.. Parmi toutes ces méthodes, un grand nombre de filtres peuvent s’exprimer comme une moyenne sur les pixels de l’image. En considérant un sous-ensemble de pixels N(xi) proches du pixel d’intérêt xi , la forme générale de ces filtres peut être exprimée comme une combinaison des couleurs fj pondérées par les poids wij : uˆ(xi) = X xj∈N(xi) wij fj (2.2)2.1. CONTEXTE 9 Images bruitées Filtrage gaussien Filtrage bilatéral Filtrage non local Figure 2.2: Résultat des différents filtrages gaussien, bilatéral et non local appliqués sur l’image barbara bruitée avec un bruit gaussien de variance 0.08. Les poids wij sont normalisés : P xj∈N(xi) wij = 1, et leur définition permet de définir les caractéristiques du filtre souhaité. Ce dernier peut dépendre de la position spatiale xi , de la couleur des pixels fi , ou de toute autre caractéristique de l’image. En particulier, l’Équation 2.2 peut être utilisée pour exprimer la convolution par un noyau gaussien φ d’écart type hp. Dans ce cas, les poids wij sont fonction de l’éloignement spatial entre les pixels de l’image xj et le pixel d’intérêt xi : wij ∝ φ(kxi − xjk 2 /h2 p ) (2.3) Une analyse du filtre gaussien [BCM05] démontre que l’écart entre l’image originale et l’image filtrée est directement proportionnel au laplacien de l’image. Il en résulte que le filtre gaussien permet de récupérer correctement les valeurs des zones homogènes de l’image, mais floute les bords et les zones texturées (Figure 2.1 et 2.2). Par conséquent, à cause de ces faibles performances, ce filtre est assez peu utilisé par les systèmes de débruitage modernes.10 La simplicité de la formulation du filtre gaussien restant très attrayante, de nombreux travaux ont proposé d’améliorer ses performances afin d’obtenir un débruitage des images plus efficace. En proposant une approche similaire aux travaux de Lee [Lee83] et de Yaroslavsky [YY85], Tomasi introduit le filtre bilatéral [TM98] en définissant un poids dépendant à la fois de la distance spatiale entre les pixels et de la distance entre leurs couleurs associées (distance colorimétrique). D’une manière totalement équivalente, le filtre bilatéral peut être vu comme un filtre gaussien défini dans un espace augmenté qui mélange les positions des pixels xi et leurs valeurs associées fi . Les poids du filtre sont calculés en combinant deux noyaux φ, ψ définis respectivement dans les domaines spatial (différence des positions des pixels) et colorimétrique (différences des couleurs des pixels) : wij ∝ φ(kxi − xjk 2 /h2 p )ψ(kfi − fjk 2 /h2 f ) (2.4) Ces noyaux, généralement gaussiens, sont dépendants de deux paramètres hp et hc utilisés pour limiter la taille du voisinage spatial et colorimétrique. Désormais seuls les pixels qui possèdent à la fois des positions et des couleurs proches du point d’intérêt ont un poids élevé. Par exemple, les pixels proches d’un contour appartenant à une zone différente de celle du pixel d’intérêt possèdent dans ce cas un poids négligeable. Le filtre bilatéral permet de débruiter correctement les zones homogènes tout en préservant les bords de l’image. Néanmoins, l’utilisation d’une unique valeur pour estimer un voisinage colorimétrique reste trop sensible au bruit de l’image (Figure 2.1 et 2.2). Les zones texturées de l’image restent donc difficilement récupérables par une telle approche. Face au succès des méthodes de synthèse de texture [EL99] et d’inpainting [CPT03,CPT04] utilisant la notion de patch (correspondant à une imagette de l’image considérée), Buades et coll. [BCM05] (et en même temps [AW05,KB06,AW06]) introduisent le filtre à moyennes non local (Non Local Means - NL-Means). Ce dernier étend l’idée du filtre bilatéral d’utiliser la couleur des pixels pour raffiner l’estimation du voisinage en la remplaçant par un patch (ou imagette) décrivant l’information contenue autour du pixel. Ce patch PW f,xi ∈ R dP de dimension dP = (2W + 1)2 est défini comme l’ensemble des valeurs de f comprises dans une fenêtre carrée de taille W centrée sur le pixel considéré xi . Les poids non locaux wij sont donc définis par l’intermédiaire d’un noyau de pondération φ dépendant de la distance entre patchs : wij ∝ φ(kP W f,xi − P W f,xj k 2 /h2 ) ∝ φ( X dP k=1 kfi+k − fj+kk 2 /h2 ) (2.5) Le paramètre h permet de définir le nombre de voisins utilisés pour le débruitage. Désormais le poids dépend uniquement de la similarité entre les patchs et non de l’éloignement spatial entre les pixels (d’où son caractère non local). Il est intéressant de noter qu’une version dégénérée des NL-Means, où la taille du patch est réduite à un unique pixel, nous permet d’obtenir une forme équivalente au filtre bilatéral. Tout comme ce dernier, le filtre NL-Means peut être exprimé de manière équivalente comme un filtre gaussien appliqué dans l’espace des patchs. Par l’utilisation d’un ensemble de couleurs {fi+k}k∈[[1,dP]], les poids définis par les NL-Means sont moins dépendants du bruit et permettent d’obtenir un débruitage de l’image satisfaisant dans les zones homogènes, les contours et les zones texturées de l’image (Figure 2.1 et 2.2). Cette propriété est due au fait que les images naturelles présentent une auto similarité affine locale [Ale05]. De par leur formulation simple et leur capacité de débruitage, les NL-Means sont devenus durant ces dernières années l’un des filtres les plus utilisés pour le débruitage d’images.2.2. FILTRES À MOYENNES NON LOCALES 11 2.2 Filtres à moyennes non locales Dans cette partie, nous effectuons une étude plus approfondie des NL-Means. Nous nous intéresserons en particulier à l’analyse de ses différents paramètres, évolutions et limitations. Lebrun et. coll. [LCBM12] fait une analyse en profondeur des propriétés mathématiques de ces filtres et ses généralisations en traitement d’images. 2.2.1 Formulations Nous rappelons ici la définition des NL-Means telle qu’elle a été introduite par Buades et coll. [BCM05] : uˆi = X xj∈N(xi) φ(kP W f,xi − P W f,xj k 2 /h2 )fj (2.6) où N(xi) est un ensemble de pixels voisins de xi , φ un noyau de pondération, W la taille des patchs PW f,xi centrés sur xi et h le facteur d’autosimilarité. Tous ces paramètres sont directement liés à la qualité de la restauration. De nombreux travaux ont proposé une analyse détaillée de leur influence respective. Noyau de pondération Le noyau de pondération φ permet de définir le poids de chaque échantillon en fonction de la similarité de leurs voisinages. La pondération est normalisée de sorte que : X xj∈N(xi) φ(kP W f,xi − P W f,xj k 2 /h2 ) = 1 (2.7) Les travaux originels des NL-Means [BCM05, AW05, KB06, AW06] utilisent un noyau de pondération gaussien. Chaque pixel de la somme possède un poids non nul qui influence l’estimateur final. L’accumulation des poids des pixels les plus éloignés peut par conséquent biaiser le débruitage. Par conséquent, n’importe quel point, même le plus éloigné, influence l’estimateur non local. Pour résoudre ce problème, de nombreux travaux [GLPP08,DAG10, Sal10a] arrivent à la conclusion qu’il est préférable d’utiliser un noyau à support compact qui permet d’annuler l’influence des échantillons trop différents. Dans l’Équation 2.6, le patch PW f,xi possède le double rôle de patch de référence (utilisé pour définir la similarité entre deux patchs) et de patch estimateur (combiné pour définir la moyenne). Ce pixel particulier possédera donc un poids plus important que les autres pixels de l’image biaisant par la même occasion l’estimateur non local. Pour résoudre ce problème, Buades et coll. [BCM05] suggèrent de le remplacer par le poids maximal des autres pixels utilisés dans la somme. Cette solution n’est pas vérifiée théoriquement, mais permet d’obtenir de bons résultats pratiques. Zimmer et coll. [ZDW08] proposent d’annuler l’influence de ce patch particulier. Néanmoins, une telle solution ne permet pas de concilier le double rôle du patch central. Salmon [Sal10b] résout ce problème en supprimant la variance du bruit dans la distance euclidienne utilisée pour comparer les patchs. Ainsi, tout patch qui possède une distance inférieure à la variance du bruit possède un poids égal à 1.12 Facteur d’autosimilarité Le facteur d’autosimilarité h définit le degré de similarité des échantillons. Il est choisi de manière globale et peut être assimilé à la quantité de flou des méthodes locales. Le choix d’une valeur globale pour ce facteur reste dfficile à choisir, en effet certaines textures de l’image sont plus redondantes que d’autres. Ce paramètre est donc généralement estimé par une analyse heuristique sur un ensemble représentatif d’images. Des estimations de h basées sur l’estimateur SURE (Stein’s Unbiased Risk Estimate) sont néanmoins calculées globalement par Van et coll. [VDVK09] et localement par Duval et coll. [DAG10]. Taille des patchs La taille des patchs W correspond au niveau de détail à utiliser pour définir la similarité entre deux patchs. Augmenter l’échelle W permet de définir une mesure de similarité plus robuste et moins dépendante du bruit. Malheureusement, cela limite le nombre de patchs similaires utilisés pour le débruitage et augmente le temps de calcul des NL-Means. Par conséquent, la taille W doit être idéalement choisie en fonction de la quantité de bruit et de l’image à traiter. Généralement, elle est déterminée par une analyse statistique effectuée sur une base d’images représentatives. Zones de recherche Initialement, le voisinage N(xi) a été introduit comme un moyen d’accélérer l’estimation des NL-Means [BCM05]. En effet, le temps de calcul est directement proportionnel au nombre d’échantillons utilisé par l’Équation 2.6. Nous pourrions penser qu’augmenter la taille du voisinage améliorerait la qualité de restauration. En effet, nous obtiendrions dans ce cas un nombre de patchs similaires plus élevé. Malheureusement, nous augmenterions par la même occasion le nombre de mauvais candidats susceptibles de parasiter le résultat final. Pour résoudre ce problème, Kervrann et coll. [KB06] proposent de définir un voisinage adaptatif permettant de récupérer un plus grand nombre de patchs similaires sans introduire un trop grand nombre de mauvais représentants. 2.2.2 Limitations et améliorations des NL-Means Les NL-Means sous leur forme originale présentent des limitations. De nombreux travaux ont été proposés pour enrichir le modèle de départ afin de corriger ces problèmes tout en améliorant les performances qualitatives et temporelles de la restauration. L’un des problèmes principaux des NL-Means vient de la redondance des patchs. En effet, nous avons supposé que le patch était suffisamment bien représenté pour pouvoir être débruité correctement. Malheureusement, il arrive que certains pixels de l’image soient moins bien représentés que d’autres. Une première catégorie de méthodes propose entre autres d’augmenter le nombre de patchs similaires en utilisant le caractère autosimilaire local des images naturelles [Ale05]. Plusieurs approches [ZDW08, JCSX09] utilisent une analyse des moments robuste aux bruits afin de rendre les patchs invariants par rotation.2.2. FILTRES À MOYENNES NON LOCALES 13 D’autres travaux [BCM05] suggèrent l’utilisation d’espace échelle afin de simuler l’invariance par changement d’échelles. Dans ce cas, les patchs calculés sur les différentes images sous-échantillonnées sont ajoutés à l’ensemble des patchs utilisé classiquement. La mesure de similarité est faite sur un ensemble de patchs bruités. Idéalement, cette dernière devrait être effectuée sur des patchs non bruités. Ces données étant inaccessibles, Buades et coll. [BCM05] ont proposé l’utilisation de la distance euclidienne, car elle permet d’être peu dépendant du bruit de l’image. D’autres méthodes [BC07,BKC08] proposent de calculer la similarité sur les patchs débruités de manière itérative. Ces NL-Means itératifs débruitent l’image en utilisant une mesure de similarité calculée sur des patchs extraits de l’image qui a été débruitée à l’itération précédente. En d’autres termes, ce type d’approches permet un regroupement des patchs en fonction de la ressemblance du voisinage débruité à l’itération précédente. À l’origine, les patchs utilisés sont centrés sur le pixel d’intérêt xi . Dans le cas d’un patch contenant un contour de l’image, la mesure de similarité risque d’être biaisée et donc de favoriser un côté du contour par rapport à l’autre. Ce phénomène d’adhérence introduit des poids parasites dans la combinaison finale des pixels. Il en résulte une apparition de halos autour des bords de l’image. D’autres méthodes [DFKE07, DFKE08, DFKE09, LBM13] proposent d’utiliser des patchs carrés décentrés pour corriger ces halos en reformulant l’Équation 2.6 d’une manière équivalente par : Pˆ W f,xi = X xj∈N(pi) φ(kP W f,xi − P W f,xj k 2 /h2 )P W f,xj (2.8) L’estimation finale est définie en effectuant des moyennes sur les estimateurs [SS12]. Ce type de solutions permet d’étendre l’agrégation d’estimateurs [Nem00] au cas des patchs. Parmi ces méthodes, Deledalle, Salmon et Duval [DDS12] proposent en particulier l’utilisation d’un estimateur SURE (Estimateur de risque sans biais de Stein - Stein’s Unbiased Risk Estimate) couplée à l’utilisation de patchs de différentes formes (non carrés). Cette idée (utilisée de manière similaire par Baraniuk et coll. [MNB12]) permet de tirer parti de la géométrie locale de l’image tout en étant peu victime du phénomène d’adhérence. Salmon [Sal10a] propose une étude plus détaillée concernant l’agrégation d’estimateurs dans le cas des NL-Means. En plus de ces facteurs limitant la qualité de restauration de l’image, l’un des problèmes majeurs des NL-Means reste son temps de calcul. De nombreuses approches ont été proposées afin d’accélérer l’estimation. Certaines proposent une estimation approchée des plus proches patchs [BSFG09,OA12,KA11,Tas09,HS12], une approximation de l’image filtrée par regroupement de patchs similaires [AGDL09,ABD10,HST10,GO12], etc. Une analyse plus détaillée de ce point de l’état de l’art sera proposée en Section 4.1.1. La simplicité et les performances des NL-Means ont favorisé la généralisation des filtres non locaux à de nombreux domaines connexes tels que l’imagerie satellitaire [DDT09], la vidéo [BCM08,AGDL09], l’imagerie médicale [MCCL+08], etc. Nous focaliserons la suite de notre analyse sur le traitement 3D.14 Figure 2.3: Nous présentons plusieurs exemples de surface numérisée à partir d’objet réels d’origine humaine. Tous ces objets peuvent être considérés comme autosimilaires du fait qu’ils présentent un ensemble de structures redondantes. Une telle hypothèse peut être faite pour la plupart des objets d’orgines humaine ou naturelle. 2.3 Filtres 3D non locaux Une chaîne d’acquisition 3D permet d’obtenir une surface maillée à partir d’un objet réel. Cette dernière peut être résumée par deux principales étapes : l’étape d’acquisition et l’étape de reconstruction. Tout d’abord, l’étape d’acquisition définit à partir de l’objet réel un nuage de points 3D. Pour ce faire, cette étape utilise généralement des capteurs automatiques (par ex. systèmes d’acquisitions Kinect), des appareils photo et/ou camé- ras vidéo couplés à des méthodes de stéréovision [BBH08,BBB+10,BHB+11], etc. Lors de cette étape, le nuage de points obtenu peut être dégradé par du bruit, des trous, des points aberrants et/ou des taux d’échantillonnages variables. Ensuite, l’étape de reconstruction permet de définir une surface maillée à partir du nuage de points acquis. Plusieurs mé- thodes peuvent être utilisées telles que les Marching Cubes [LC87], la reconstruction de Poisson [KBH06], etc. Si elles ne sont pas traitées correctement, les dégradations introduites lors de l’étape d’acquisition parasitent la reconstruction de la surface maillée. Durant ces dernières années, les méthodes de débruitage ont donc été particulièrement utilisées afin de corriger les erreurs apportées par la chaîne d’acquisition. Nous pouvons diviser ces méthodes en deux principales catégories. La première catégorie, que nous appellerons filtres de nuages de points est appliquée sur le nuage de points 3D obtenu en amont de l’étape de reconstruction. Ces filtres permettent d’obtenir une surface maillée résultante de meilleure qualité. La deuxième, appelée filtre surfacique, est appliquée sur la surface maillée obtenue en aval de l’étape de reconstruction. Ces filtres sont utilisés dans le cas où l’utilisateur ne peut pas avoir accès à la chaîne d’acquisition. La plupart de ces méthodes ont été inspirées des avancées en traitement des images [FDCO03, JDD03,VB11]. Des hypothèses similaires à celles utilisées pour les images peuvent en effet être faites concernant les données 3D. En particulier, ces dernières sont considérées de nature autosimilaire, car elles sont généralement issues d’objets réels d’origines naturelles ou humaines et possèdent de nombreuses primitives et structures redondantes (Figure 2.3). Les méthodes non locales ont donc logiquement été adaptées afin d’améliorer la qualité de la restauration 3D. Pour ce faire, ces dernières nécessitent la définition d’un signal à débruiter et d’une mesure de similarité adaptée aux données 3D considérées. Contrai-2.3. FILTRES 3D NON LOCAUX 15 rement aux images qui possèdent un échantillonnage régulier et une définition de signal bruité évidente, les données 3D ne possèdent pas de support pouvant être utilisé pour les deux définitions précédentes. Plusieurs solutions ont donc été introduites dans le cas des surfaces et des nuages de points pour définir des notions équivalentes. 2.3.1 Filtres surfaciques non locaux Yoshizawa et coll. [YBS06] étendent les NL-Means aux filtrages surfaciques comme un moyen de supprimer les dégradations tout en préservant les structures principales de la surface maillée. Ils proposent une approche itérative basée sur [FDCO03] qui déplace les points du maillage xi dans la direction de la normale n(xi). Ce déplacement est calculé comme une combinaison des valeurs < xi − xj , n(xi) > des points xj ∈ N (xi) compris dans un voisinage de xi pondérées par rapport à la similarité des surfaces locales autour de xi et de xj . Dans ce cas, l’utilisation de Radial Basis Functions (RBF) permet de définir une interpolation de la surface ainsi qu’un repère de comparaison normalisé. Wang et coll. [WCZ+08] proposent une démarche similaire à [YBS06] en remplaçant la mesure de similarité sur les RBF par une mesure plus proche des NL-Means classiques qui utilisent des patchs. Ainsi, ils introduisent un repère normalisé local défini par le plan tangent à la surface au point du maillage xi orienté par rapport à l’analyse en composantes principales des points compris dans le voisinage de xi . Dans ce repère, ils définissent des patchs de la variation géométrique locale de la surface. Ils utilisent une grille régulière centrée sur xi dont les valeurs sont calculées en interpolant la hauteur des points du maillage du voisinage. Pour accélérer le temps de calcul et obtenir de meilleurs résultats, ils proposent d’effectuer un regroupement des points du maillage par Meanshift [CM02]. Adams et coll. [AGDL09] introduisent leur propre filtre surfacique non local comme une application de sa structure d’accélération de filtres à hautes dimensions. Ils proposent d’utiliser une surface de référence. Cette dernière, calculée par application itérative du filtre laplacien sur le maillage, permet d’associer à chaque point du maillage une valeur bruitée (correspondant à l’écart entre la surface bruitée et la surface de référence). Dans leur approche la similarité est calculée en utilisant des histogrammes 2D représentant la répartition locale des points bruités du maillage appartenant aux différentes zones d’un descripteur cylindrique. Morigi et coll. [MRS12] proposent un filtre surfacique différent capable de préserver les structures principales du maillage par un débruitage non local de la courbure moyenne. Dans ce cas la mesure de similarité de la géométrie locale est définie par rapport à un descripteur basé sur la courbure moyenne locale. 2.3.2 Filtres non locaux de nuage de points Malgré les bonnes performances des filtres surfaciques non locaux, il reste difficile de corriger les dégradations de l’acquisition après reconstruction de la surface maillée. En effet, une partie de l’information contenue dans le nuage de point 3D est perdue à ce moment de la chaîne d’acquisition. Par conséquent, il semble plus judicieux de filtrer le nuage de points 3D avant de reconstruire une surface. Contrairement aux surfaces maillées,16 les nuages de points 3D ne possèdent aucune information de structure. Cette dernière est malheureusement indispensable pour définir un signal à débruiter et une mesure de similarité appropriée indispensables à toute restauration non locale. Pour résoudre ce problème, Deschaud et coll. [DG10] suggèrent l’utilisation de méthodes de projection par moindres carrés glissants (Moving Least Square - MLS) [Lev98,ABCO+01] qui définissent localement une surface à partir d’un nuage de points. Leur approche peut être résumée par trois principales étapes. Tout d’abord, ils définissent pour chaque point du nuage un système de coordonnées local défini à partir des vecteurs associés aux deux plus grands vecteurs propres de la covariance des points. Ensuite, les variations de la surface autour du point d’intérêt sont approchées localement par un polynôme bivarié exprimé dans ce repère. Finalement, la position débruitée est estimée comme une combinaison des points proches pondérée par la similarité de leur polynôme bivarié. Cette démarche appliquée à chaque point du nuage permet d’obtenir le nuage débruité. Malheureusement, comme le démontre [Dig12], la paramétrisation du repère local n’est pas suffisamment stable. Digne [Dig12] propose de décomposer le nuage de points en une surface grossière et un champ scalaire bruité en utilisant un filtre isotropique [DMSL11]. Elle propose ensuite de filtrer le champ scalaire par NL-Means. Pour ce faire, elle utilise un patch qui décrit les variations locales de la surface définie dans un repère local. La paramétrisation du repère local est calculée à partir d’une analyse en composantes principales des normales du nuage plus robuste aux variations de la surface [DM11]. Les valeurs du patch sont calculées par une interpolation sur une grille des hauteurs des points voisins par RBF. Plus récemment, une méthode de débruitage de nuage de point par analyse spectrale collaborative de patchs a été introduite [RDK13]. Ces patchs utilisent un opérateur de Laplace-Beltrami afin débruiter le nuage d’une manière robuste. 2.3.3 Limitations Les méthodes non locales ont été introduites pour améliorer la correction des dégradations introduites lors de l’étape d’acquisition. Ces approches ont été définies pour être utilisées sur deux types de données : la surface maillée, corrigeant ainsi les erreurs introduites par l’utilisation d’un nuage de points dégradé lors de l’étape de reconstruction ; le nuage de points, avant que la surface ne soit définie. En utilisant la méthode de débruitage surfacique, il devient difficile de récupérer l’information dégradée, car une partie a été perdue lors de la phase de reconstruction. Par conséquent, il est préférable d’utiliser les méthodes de débruitage de nuages de points. Néanmoins, dans ce cas, la reconstruction ne permet pas d’exploiter correctement l’ensemble de l’information présente dans le nuage de points. En particulier, la propriété autosimilaire du nuage n’est pas exploitée par la reconstruction de la surface. Nous introduisons au Chapitre 3 un nouvel opérateur capable de définir une surface implicite qui exploite correctement le caractère autosimilaire du nuage de points. Nous utilisons ce dernier pour définir des surfaces maillées, le débruitage de nuage de points et l’intensi- fication des structures de l’objet.2.4. FILTRES COLLABORATIFS 17 Approche des NL-Means Approches collaboratives Figure 2.4: Principe des filtres collaboratifs : Nous considérons ici un ensemble d’individus possédant chacun une caractéristique bruitée (cercle interne à chaque individu). Pour les NL-Means, un individu ( cercle rouge) utilise les caractéristiques que lui transmettent les individus voisins (cercle discontinu) pour restaurer la valeur de sa propre caractéristique. Une telle approche peut utiliser des individus qui ne font pas nécessairement partie de la même famille que l’individu considéré. Dans le cas des filtres collaboratifs, les individus sont regroupés en familles (cercles en pointillé). L’information sur les caractéristiques des individus d’une même famille est mise en commun (cercle bleu au centre de chaque famille), analysée puis retransmise à l’ensemble des individus de la famille. Dans ce cas, toutes les valeurs des individus d’une même famille sont restaurées en même temps en utilisant une information partagée par la famille uniquement. 2.4 Filtres collaboratifs Les récents travaux sur les filtres non locaux ont permis une généralisation des NL-Means à des domaines d’applications différents de ceux de la restauration d’images et une évolution de ces principes originaux pour une meilleure exploitation de la redondance de l’information. De plus en plus, ces évolutions ont rapproché la restauration non locale d’un autre genre de filtrage : le filtrage collaboratif. 2.4.1 Principe Le filtrage collaboratif est un procédé de filtrage de l’information utilisant des techniques qui impliquent une collaboration entre de multiples agents, points de vue, sources de données, etc. À l’origine, ces derniers ont été particulièrement utilisés dans le domaine de l’e-commerce comme un système de recommandation automatique à partir d’une connaissance de l’intérêt d’un grand nombre d’utilisateurs. De manière générale, ces méthodes consistent à prédire une information inconnue d’un individu (débruitage, complétion, etc.) par une analyse détaillée d’un groupe de personnes qui possède des caractéristiques communes à l’individu considéré. Ce genre d’idées diffèrent d’approches plus simples qui four-18 nissent un score moyen non spécifique exprimant l’intérêt d’un ensemble d’utilisateurs (basé par exemple sur le nombre de votes). Ce principe de filtrage a été généralisé au traitement des images par [DFKE07]. L’idée principale dans ce cas consiste à rassembler les patchs similaires par famille puis de les débruiter en utilisant l’information commune de la famille à laquelle ils appartiennent. Pour bien comprendre la différence entre NL-Means et les méthodes collaboratives, considérons un ensemble d’individus chacun associé à une caractéristique bruitée. Pour les deux types de méthodes, le but est de débruiter chaque caractéristique à l’aide d’autres individus (Figure 2.4). Dans le cas des NL-Means, elle est débruitée en combinant les caractéristiques des individus proches. L’individu en question ne retransmet aucune information qu’il a pu récupérer de ses voisins. Pour les filtres collaboratifs, les individus sont d’abord regroupés par familles d’individus proches. Ensuite, les individus d’une même famille se mettent d’accord mutuellement sur les valeurs débruitées de leurs caractéristiques respectives. En opposition aux filtres collaboratifs classiques, la collaboration en traitement d’image vient d’une analyse commune du groupe de patch qui est ensuite utilisée pour améliorer la qualité de la restauration. Ce type de filtre permet de révéler les détails partagés par l’ensemble du groupe tout en conservant les caractéristiques uniques de chaque patch. Le patch obtenu est donc plus proche de la position originale qu’en le débruitant par NL-Means. 2.4.2 Méthodes de restauration collaboratives Dabov et coll. [DFKE07,DFKE08,DFKE09] sont les premiers à introduire le filtrage collaboratif pour la restauration des images. Leur méthode, appelée BM3D (Block Matching and 3D Filtering), se base sur trois principales étapes. Tout d’abord ils empilent les patchs en les regroupant en fonction de leurs similarités de sorte à former des piles de patchs. Ensuite, cette pile 3D est débruitée en gardant les fréquences principales d’une transformée (ondelettes, transformées en cosinus discret) appliquées sur la pile. Un filtrage appliqué sur cette troisième dimension permet de garder les caractéristiques communes de la famille tandis que le filtrage des deux autres dimensions permet de garder les caractéristiques spécifiques à chaque patch. Ainsi, la collaboration vient du fait que les patchs d’une même famille sont débruités conjointement en considérant l’analyse globale de la pile. Finalement, les patchs débruités sont agrégés de sorte à définir les valeurs débruitées de l’image. Ces trois étapes sont itérées deux fois afin d’améliorer la qualité finale du débruitage. BM3D constitue l’une des méthodes applicatives les plus performantes actuellement pour le débruitage d’images. Néanmoins, l’influence de ces nombreux paramètres reste difficile à analyser. Yu et coll. [YSM12] proposent d’étendre le principe des filtrages collaboratifs à d’autres problèmes inverses tels que le débruitage, l’amélioration de la résolution ou d’inpainting en introduisant l’estimateur linéaire par morceaux (Piecewise Linear Estimator - PLE). Leur idée basée sur les travaux sur les structures parcimonieuses [MBP+09] approxime l’ensemble des patchs par un modèle de mélange de gaussiennes (Gaussian Mixture Model - GMM). Les gaussiennes sont ajustées à l’ensemble des patchs inconnus à restaurer via une Maximisation A Posteriori (MAP) qui utilise un algorithme d’espérance-maximisation (Expectation Maximisation - EM) itératif. Pour cette méthode il est difficile de trouver le bon nombre de classes des GMM ainsi qu’une bonne initialisation afin que la procédure2.4. FILTRES COLLABORATIFS 19 EM converge vers un bon minimum de la fonction objectif non convexe. En pratique, le nombre de gaussiennes est fixé à l’avance à environ une dizaine afin de garder la complexité du calcul sous contrôle. Quand l’ensemble des patchs est corrompu par un bruit gaussien de variance σ 2 , l’Équation 2.6 des NL-Means peut être reformulée comme une Espérance A Posteriori (EAP) bayésienne. Lebrun et coll. [LBM13] reformule les NL-Means pour définir les Non Local Bayes (NLB) en remplaçant la formulation EAP des NL-Means par une Maximisation A Posteriori (MAP). Désormais en plus de la moyenne non locale, chaque patch est associé à une matrice de covariance Σ décrivant la variabilité au sein du groupe de patchs. La covariance étant bruitée, le côté collaboratif de ce filtre vient du fait que tous les patchs sont débruités conjointement par l’opération de filtrage de la covariance Σ˜ = Σ−σ 2 Id. En utilisant une approche similaire aux BM3D, le patch est débruité en deux étapes : la première étape débruite à partir de variations estimées sur les patchs bruités et la deuxième à partir des patchs débruités à la première étape. Tout comme BM3D, une phase d’agré- gation permet de définir un meilleur débruitage des pixels de l’image. Nous proposons en Section 5.1.1 plus de détails concernant les NLB. Les NLB permettent actuellement d’obtenir les meilleures performances de débruitage. Néanmoins, leur approche nécessite une grande quantité de calcul dans la mesure où un modèle gaussien local a besoin d’être appris deux fois autour de chaque patch. Pour être calculable, l’estimation du voisinage est approchée par une recherche des k plus proches voisins dans l’espace des patchs. 2.4.3 Généralisation des filtres collaboratifs Durant ces dernières années, la formulation collaborative des méthodes de débruitage a permis d’améliorer significativement la qualité de la restauration d’images bruitées. Le principe introduit par BM3D [DFKE07, DFKE08, DFKE09] a ensuite été amélioré par NLB [LBM13] en remplaçant la formulation EAP des NL-Means par une formulation MAP qui permet de mieux récupérer les structures communes d’un groupe de patchs similaires tout en préservant ses caractéristiques spécifiques. Néanmoins, de telles approches nécessitent une grande quantité de calculs et sont généralement simplifiées pour pouvoir être calculables. De plus, PLE [YSM12] a proposé une généralisation des filtres collaboratifs à d’autres applications du traitement des images. Cette solution offre d’excellentes performances, mais utilise une GMM simplifiée pour pouvoir obtenir de bons résultats dans un temps raisonnable. Par conséquent, une telle approche semble difficilement applicable sur de grands ensembles de données. Nous introduisons au Chapitre 4 une nouvelle structure de données capable d’apprendre les variations d’un grand ensemble de points avec une quantité de mémoire limitée. Elle représente les variations des données apprises en n’importe quelles positions et échelles de l’espace des patchs par une gaussienne anisotropique. Une telle structure est définie comme une approche hybride entre PLE et NLB. Nous utilisesons cette structure au Chapitre 5 pour reformuler des problèmes de restauration 2D et 3D d’un point de vue d’une MAP collaborative. En outre, nous apprendrons20 les variations de grandes bases de données avec une quantité de mémoire limitée afin de mieux restaurer des données dégradées.C h a p i t r e 3 Surface de points non locale Dans ce chapitre, nous proposons de définir la première surface qui exploite l’autosimilarité présente dans un nuage de points (Non Local Point Set Surfaces — NLPSS). Nous commencerons par décrire dans la Section 3.1 une généralisation des méthodes de surface de points. En Section 3.2, nous introduisons notre opérateur de projection non local ainsi que l’ensemble des outils nécessaires à sa définition. Nous montrerons en Section 3.3 que notre approche permet de retrouver les caractéristiques importantes de l’objet tout en comblant l’information manquante par une augmentation locale du ratio signal sur bruit. Finalement en Section 3.4, nous proposons différentes améliorations possibles pour notre opérateur non local. 3.1 Contexte 3.1.1 Acquisition 3D Avec la démocratisation des appareils d’acquisition 3D, il est devenu aujourd’hui facile de numériser des objets réels avec une haute précision. Généralement sous la forme de nuages de points bruts corrompus par du bruit, des points aberrants, des trous et/ou des taux d’échantillonnages variables, ces acquisitions doivent être traitées pour définir des surfaces maillées exploitables. Les méthodes basées points ont donc été introduites comme un moyen d’améliorer la qualité des données acquises sans pour autant faire de choix concernant la nature de la surface sous-jacente. Les surfaces de nuages de points (Point Set Surfaces — PSS) ont été définies en ce sens, et permettent de faire le lien entre les nuages de points et les surfaces maillées. Elles introduisent une représentation surfacique lisse non maillée essentiellement définie par l’ensemble des points fixes d’un opérateur de projection. 3.1.2 Travaux existants Alexa [ABCO+01] introduit initialement les PSS en se basant sur les travaux de Levin [Lev98,Lev03] qui étend une classe de méthodes d’approximation fonctionnelles de don- 2122 nées parcimonieuses — les moindres carrés glissants (Moving Least Squares - MLS) [She68] — au cas d’approximation de formes. Cette première version des PSS est définie par l’intermédiaire d’un opérateur de projection itératif. À chaque étape, un point d’évaluation est projeté sur une surface localement définie par un polynôme bivarié paramétré sur un plan qui approxime les données. Ces deux derniers sont estimés localement par une minimisation non linéaire du carré de la distance des données aux points d’évaluation. Amanta et coll. [AK04] démontre qu’il est possible de définir une surface d’aussi bonne qualité en effectuant une moyenne pondérée des positions, sans utiliser de polynôme bivarié ou de minimisation non linéaire. Ils introduisent une fonction de distance signée permettant une représentation implicite de la surface. Cette représentation peut être utilisée par différents algorithmes de remaillage comme les Marching Cubes [LC87] ou une triangulation de Delaunay restreinte [BO05] pour définir une surface polygonale. Adamson et coll. [AA04a] exploitent cette idée pour introduire un modèle simple de surface de nuages de points (Simple Point Set Surfaces — SPSS). Dans le cas de nuages de points munis de normales, le plan local de projection peut être estimé par une combinaison linéaire pondérée des positions et des normales. Si le nuage de point ne comporte pas de normales, une analyse en composantes principales [HDD+94] permet d’équiper chaque point du nuage avec une normale estimée. Avec les SPSS, Adamson [AA04b] introduit trois procédures différentes pour estimer itérativement la projection d’un point sur la surface : l’orthogonale qui projette le point d’évaluation précisément au terme de calculs sophistiqués, la basique d’une faible complexité, mais peu précise, et l’orthogonale approximative qui constitue un bon compromis entre simplicité et précision. Fleishman et coll. [FCOS05] améliorent cette définition en introduisant une formule implicite des moindres carrés glissants (Implicit Moving Least Squares - IMLS) qui préserve les bords anguleux de la surface. Alexa et Adamson [AA09] proposent une surface de point hermitienne (Hermite Point Set Surfaces — HPSS) qui limite les effets de réduction des méthodes précédentes. Au lieu de projeter le point sur un seul plan, il est projeté sur l’ensemble des plans définis par chaque échantillon voisin. Ensuite la position est calculée par une combinaison pondérée de ces différentes projections permettant de définir une combinaison hermitienne. La procédure d’estimation du plan peut devenir rapidement instable quand le nuage de points n’est pas assez dense par rapport à la taille du support de l’opérateur ou quand les taux d’échantillonnage du nuage de points sont trop variables. Guennebaud et coll. [GG07] proposent de remplacer le plan par une sphère algébrique définissant une nouvelle surface de points algébrique (Algébraic Point Set Surfaces — APSS). Ce modèle est ensuite amélioré en contraignant les gradients de la sphère algébrique à correspondre aux normales des échantillons [GGG08]. Les méthodes précédentes ne sont pas adaptées pour définir une surface à partir d’un nuage de points corrompu par des points aberrants. En utilisant une méthode de régression par noyau qui ajuste itérativement les poids de chaque échantillon, Öztireli et coll. [ÖGG09] introduisent une nouvelle formule implicite et robuste des moindres carrés glissants (Robust Implicit Moving Least Square - RIMLS). En plus d’une résistance aux points aberrants, cette définition permet une meilleure préservation des caractéristiques de la surface. Nous vous renvoyons vers [CWL+08] pour un état de l’art plus complet sur les surfaces MLS.3.1. CONTEXTE 23 Figure 3.1: Gauche : Le SPSS [AA04a] définit une surface à partir d’un nuage de points X muni de normales par l’intermédiaire d’un opérateur Π qui projette pour tout x ∈ R 3 sur un plan estimé localement de normale n(x). Droite : L’opérateur de projection Π introduit une fonction implicite f(x) dont l’ensemble des valeurs nulles définissent la surface de l’opérateur (en orange). 3.1.3 Généralisation des PSS Jusqu’à la fin de ce chapitre, nous considérerons comme entrée des PSS un nuage de points X = {xi , ni} où xi ∈ R 3 correspond à la position spatiale d’un point et ni ∈ R 3 est la normale qui lui est associée. D’après la procédure de projection orthogonale approximative introduite par Adamson et Alexa [AA04b], l’ensemble des définitions PSS précédentes peuvent s’exprimer à l’aide d’un opérateur de projection Π : MLSX : R 3 → R 3 , x → Π(x) (3.1) Chaque point d’évaluation x est projeté sur une primitive Q localement estimée par moindres carrés (e. g. plan pour le SPSS, sphère algébrique pour l’APSS) : Π(x) = x − f(x)n(x) (3.2) Cette formulation permet de mettre en évidence la distance implicite f(x) entre x et sa projection sur Q et n(x) la normale PSS définie en cet emplacement. Q est paramétrée sur X par rapport à x à une échelle t liée à la taille du support choisie pour le noyau de pondération spatial sous-jacent. Par exemple dans le cas des SPSS (Figure 3.1), cette définition générale peut être exprimée par : n(x) = P xi∈X wt(x, xi)ni k P xi∈X wt(x, xi)nik c(x) = P xi∈X wt(x, xi)xi P xi∈X wt(x, xi) f(x) =< x − c(x), n(x) >24 Figure 3.2: Gauche : les opérateurs PSS conventionnels définissent la surface en considé- rant un voisinage local. Face aux conditions réelles de capture, ce point de vue purement local devient insuffisant pour définir une surface correcte. Droite : le principe de notre algorithme est d’exploiter le caractère autosimilaire des nuages de points pour augmenter localement le ratio signal sur bruit et ainsi proposer une définition de surface plus adaptée aux conditions de capture. Le noyau de pondération spatial wt(x, xi) est généralement défini à partir d’une fonction à support compact polynomiale par morceaux g : wt(x, xi) = 1 Zt(x) g( 1 t kx − xik) Zt(x) est choisie de manière à assurer la somme unitaire des poids P xi∈X wt(x, xi) = 1. Le paramètre t associé à wt correspond au paramètre de filtrage de la surface : plus t est grand, plus la surface résultante est lisse. Faire varier t permet de décomposer le PSS à différentes échelles. Au cours de ce chapitre, nous appellerons respectivement Πt (x), f t (x) et n t (x) l’opérateur de projection, la distance implicite et la normale définie par l’opérateur PSS à cette échelle t. 3.1.4 Problématique Dans tous les modèles PSS, le choix de la taille du support du noyau spatial induit la qualité de la surface résultante : une taille élevée lissera la surface en éliminant les défauts introduits lors de l’acquisition, et à l’opposé une taille fine fera ressortir les détails importants de l’objet sans débruiter la surface. Malheureusement, il est difficile de trouver une taille de support idéale pour satisfaire le compromis lissage/préservation des caractéristiques de l’objet car le problème est restreint à un point de vue strictement local. Pour résoudre ce problème de manière adéquate, nous proposons de ne plus nous limiter à un point de vue strictement local, mais d’utiliser l’information apportée par l’ensemble du nuage lors de la projection d’un point d’évaluation. Comme le montre la Figure 3.2, une telle approche permet d’augmenter le ratio information/bruit et ainsi de résoudre les ambiguïtés dues aux défauts du nuage de points. Ainsi, nous proposons de définir une surface de points non locale (Non Local Points Set Surfaces — NLPSS) qui possède les avantages suivants :3.2. SURFACES DE POINTS NON LOCALES 25 1. Définition d’une surface non locale : Notre définition n’est pas restreinte au débruitage de nuages de points dans le sens où nous proposons un nouvel opérateur PSS exploitant l’autosimilarité du nuage et qui peut être utilisé pour de la reconstruction, du débruitage et d’autres traitements plus génériques sur un ensemble non organisé du nuage de points. 2. Généralisation : Nous proposons une extension de toutes les méthodes PSS précé- dentes en leur incorporant une propriété non locale. 3. Dégénérescence : Notre définition dégénère en la définition traditionnelle du PSS sur lequel il se base dans le cas de faible autosimilarité. 3.2 Surfaces de points non locales Dans cette partie nous allons définir notre opérateur non local de surface de points. Pour pouvoir introduire cette définition, nous introduirons trois notions : 1. Signal : De par la nature non structurée des nuages de points, il n’est pas possible de définir un signal en considérant directement leur positions spatiales des points du nuage. Nous introduirons un signal adapté qui contient les défauts du nuage sur lequel nous appliquerons les méthodes non locales. 2. Descripteur local : La comparaison de deux sous-ensembles d’un nuage de points doit être peu sensible à la nature des nuages de points et aux défauts introduits lors de l’acquisition. Nous définirons un descripteur local adapté au nuage de points défini dans un repère local normalisé. 3. Fonction de pondération : Nous proposerons une fonction de pondération tenant compte de la quantité d’information non locale qui est présente. 3.2.1 Principe général En considérant une échelle t0 suffisamment large, le PSS peut être décomposé en une surface grossière St0 et un champ scalaire de déplacement résiduel m(xi)n t0 (xi) qui contient les caractéristiques du nuage de points contaminées par le bruit. L’idée principale de notre approche est d’utiliser les méthodes non locales pour supprimer le bruit du champ scalaire résiduel, et, simultanément, calculer la projection (interpolation) à une échelle fine pour tous les points d’évaluation x ∈ R 3 . Nous appliquons tout d’abord un opérateur de projection PSS local Πt0 à une échelle large t0 pour définir une surface grossière St0 . Nous ajoutons ensuite à St0 un champ scalaire de déplacement fin mNL(x)n t0 (x) défini par une approximation non locale de la distance résiduelle m(x) entre la surface grossière et la reconstruction de X . Les différentes étapes de notre approche sont présentées figure 3.3. Nous introduisons donc la première définition de surface de points non locale (Non Local Point Set Surfaces — NLPSS) par l’opérateur de projection : ΠNL(x) = Πt0 (x) − mNL(x)n t0 (x) (3.3) Nous présentons Figure 3.4 notre schéma de projection non local.26 + Estimation non locale PSS à échelle grossière Figure 3.3: Nous utilisons un opérateur PSS grossier sur notre nuage de points d’entrée X pour décomposer le signal en une surface grossière St0 (en vert) et un champ scalaire de déplacement résiduel m. Ce dernier étant éventuellement bruité et défini seulement aux points du nuage de points original, nous approximons ces valeurs en tout point de la surface grossière mNL par une méthode non locale qui améliore la qualité de l’approximation en exploitant le caractère autosimilaire du nuage. Notre surface non locale SNL est par conséquent définie en ajoutant à la surface grossière le champ scalaire de déplacement approximé. 3.2.2 Carte de déplacement Le champ scalaire de déplacement m(x) est défini par la distance résiduelle entre la surface grossière St0 et X . Pour tout x = xi ∈ X : m(xi) = D xi − Π t0 (xi), n t0 (xi) E = f t0 (xi) (3.4) Malheureusement, la nature parcimonieuse du nuage de points et les défauts introduits par l’acquisition 3D font que le champ de déplacement est défini seulement pour les points du nuage xi ∈ X et peut être bruité. Dans le but de débruiter ces valeurs et d’étendre sa définition pour tous les points x ∈ R 3 , nous considérons une moyenne pondérée non locale des m(xi) : mNL(x) = X xi∈X wNL(x, xi)m(xi) (3.5) Ainsi nous allons devoir introduire une mesure de similarité wNL entre les voisinages locaux des deux points x et xi . Pour cela, nous introduirons un descripteur 3D défini par l’intermédiaire de repères locaux pour faciliter leur comparaison. 3.2.3 Fonction de pondération Dans cette partie nous allons introduire une mesure de similarité entre deux sous-ensembles du nuage de points. Par conséquent nous allons introduire un patch qui décrit localement3.2. SURFACES DE POINTS NON LOCALES 27 Figure 3.4: Notre définition permet de projeter tout point x ∈ R 3 par l’intermédiaire de l’opérateur ΠNL. x est projeté dans un premier temps sur la surface grossière (représentée en vert) en Πt0 (x). La projection ΠNL(x) sur la surface NLPSS (représentée en rouge) est définie en ajoutant la valeur du champ scalaire de déplacement débruité mNL dans la direction de la normale grossière n t0 (x). le champ scalaire de déplacement dans un repère normalisé tangent à la surface grossière St0 . Descripteur 3D Figure 3.5: Gauche : Nous définissons la mesure de similarité entre deux sous-ensembles du nuage de points par l’intermédiaire d’un patch de taille l = 5δ (où δ correspond à l’écart moyen entre les points) avec n = 2 centré en Πt0 (x). L’ensemble des points qui composent le patch sont disposés sur le plan tangent à la surface St0 définie par la normale nt0 (x). Droite : Les valeurs du patch sont calculées en utilisant la surface St1 (en bleu). Les valeurs colorées du patch représentent les différences locales entre St0 (en vert) et St1 .28 La définition de notre patch est présentée figure 3.5. Pout tout point x ∈ R 3 , notre patch local de déplacement est défini par un ensemble de dimension (2n + 1) × (2n + 1) points D = [[−n, n]]2 ⊂ Z 2 . Ces points sont localisés dans un carré de taille l × l défini par l’intermédiaire d’un systeme de coordonnées local centré en xt0 = Πt0 (x) dont deux axes définissent le plan tangent à la surface grossière en xt0 . Pour (i, j) ∈ D, chaque point xi,j du patch a une valeur Pxt0 (i, j) correspondant à la valeur de déplacement m(xi,j ). Comme nous l’avons expliqué section 3.2.2, les valeurs de la carte de déplacement ne sont connues que pour les points du nuage x = xi ∈ X . Par conséquent, nous approximons les valeurs de m(xi,j ) en utilisant un PSS local pour définir une surface St1 à une échelle fine t1 ≪ t0. Ici, St1 représente une surface peu débruitée et interpolée de X . Les valeurs Pxt0 correspondent donc à la projection des points du patch sur la surface fine St1 : Pxt0 (i, j) = f t1 (xi,j ) ∀(i, j) ∈ D. (3.6) Pour que la distance entre les points xi,j et St0 soit négligeable par rapport à Pxt0 , nous choisissons la taille du patch l ≈ t0 3 . Orientation du repère Pour comparer les descripteurs locaux d’une manière similaire, nous introduisons un repère orthonormé local (u, v, n t0 ). Pour bien définir le patch de distance, les deux axes u, v appartiennent au plan tangent à la surface grossière St0 au point xt0 . Par conséquent notre patch est défini à une orientation près. Pour que cette dernière reste robuste au bruit et au taux d’échantillonnage, nous la choisissons en fonction des directions principales de courbures de la surface. Digne [Dig12,DM11] a montré qu’il était possible de les calculer par une simple analyse en composantes principales des normales. Le vecteur propre associé à la plus grande valeur propre est tangent à la direction principale. Nous estimons la moyenne nm et la matrice de covariance Σn des normales en considérant un sous-ensemble de points X˜ autour de xt0 : nm = 1 |X | ˜ X ni∈X˜ ni (3.7) Σn = 1 |X | ˜ X ni∈X˜ (ni − nm). t (ni − nm) (3.8) Le vecteur propre u˜ associé à la plus grande valeur propre de la matrice de covariance Σn n’appartient pas nécessairement au plan tangent à la surface St0 . Par conséquent, nous redéfinissons les directions u et v par v = n t0∧u˜ knt0∧u˜k et u = v∧n t0 kv∧nt0 k . Désormais, le repère (u, v, n t0 ) est défini à une direction près. Si nous définissons, les moments mk d’ordre k du patch par : mk = X i,j < (xi,j − xt0 ), u > k . < (xi,j − xt0 ), nt0 > mk = X i,j < (xi,j − xt0 ), u > k .Pxt0 (i, j) (3.9)3.2. SURFACES DE POINTS NON LOCALES 29 Nous utilisons le moment m1 d’ordre 1 pour lever l’ambiguïté sur la direction de u lors du calcul du patch. La direction pour le vecteur u est obtenue de telle sorte que m1 > 0. Mesure de similarité 1 0similarity Figure 3.6: Résultats de notre mesure de similarité par rapport à un point appartenant à un bord de l’objet (gauche) et à un point appartenant à un plan (droite) représenté dans chaque cas en blanc. Les couleurs représentent la similarité entre le point de référence et les autres points de l’objet, allant du rouge (très similaire) au bleu (peu similaire). Pour deux points y, z ∈ R 3 , nous définissons la distance entre leurs patchs associés par : d(y, z) = 1 2n + 1 kPyt0 − Pzt0 k2 (3.10) La mesure de similarité correspondante est définie par l’intermédiaire d’un paramètre h : wNL(y, z) = 1 ZNL(y) exp − d(y, z) 2 h 2 ! (3.11) La constante de normalisation ZNL(y) assure que P xi∈X wNL(y, xi) = 1. Le paramètre h permet d’ajuster la mesure en fonction de l’autosimilarité du nuage de points. Nous présentons figure 3.6 les résultats de notre mesure de similarité entre un point de référence et l’ensemble des points de l’objet. 3.2.4 Opérateur de projection non local Notre opérateur de projection ΠNL(x) est défini en utilisant la distance implicite fNL(x) d’un point x ∈ R 3 à la surface de points non locale : ΠNL(x) = x − fNL(x)n t0 (x) (3.12) La distance implicite non locale est définie par : fNL(x) = f t0 (x) − X xi∈X wNL(x, xi)m(xi) (3.13)30 Dégénérescence du noyau de pondération non local Pour des points x dont le facteur d’autosimilarité est faible, notre définition aura tendance à ne pas débruiter suffisamment le point résultant introduisant ainsi des artefacts dans la définition de notre surface non locale. Dans ces cas-là, l’utilisation de PSS locaux semble plus adaptée. Notre définition précédente peut être facilement modifiée pour tenir compte de cette particularité. Pour cela, nous ajoutons au noyau non local wNL un noyau spatial wt (correspondant à la définition locale des PSS). Notre nouveau noyau de pondération w˜NL permet de combiner l’information locale et non locale par l’intermédiaire d’un facteur de contrôle α : w˜NL(x, xi) = 1 Z(x) (αZt(x)wt(x, xi) + ZNL(x)wNL(x, xi)) (3.14) La constante de normalisation Z(x) est choisie pour assurer une somme unitaire. Dans cette formule, quand x fait partie d’un ensemble très représenté, le terme non local domine, permettant d’augmenter la qualité du débruitage et d’améliorer la résolution. Au contraire, si x appartient à une zone peu représentée, le terme spatial domine, assurant ainsi une meilleure completion des trous du nuage. Le paramètre α permet de choisir l’impact du noyau non local par rapport au noyau local dans la définition de la surface finale. Noyau à support compact Lors du calcul de la projection non locale, dû à l’utilisation d’un noyau gaussien, chaque point xi ∈ X possède un poids wNL non nul. Par conséquent, la somme des points de poids faibles ne peut plus être considérée comme négligeable. Ce phénomène est d’autant plus important que le paramètre h est élevé (ce qui aura pour conséquence de rendre similaires l’ensemble des patchs de l’image). En traitement des images, cette somme est généralement réduite à un sous ensemble de pixels locaux autour du point d’évaluation. Dans ce cas, l’impact des points similaires dans la somme finale est plus significatif. Malheureusement, une telle démarche peut dif- ficilement être appliquée au cas des nuages de points. En effet, il est plus intéressant de considérer le nuage de points dans sa totalité permettant, par conséquent, de débruiter les caractéristiques du nuage les plus rares. Ainsi, pour limiter l’impact des points parasites, nous remplaçons le voisinage local par l’ensemble des k patchs qui sont les plus similaires. Le poids des autres points du nuage est imposé à zéro. Cette démarche permet à la fois d’obtenir des résultats d’une meilleure qualité et une accélération du temps de calcul. 3.3 Résultats 3.3.1 Détails d’implémentation et performance Nous avons implémenté notre algorithme en C++. La recherche des k plus proches patchs telle que nous l’avons décrite section 3.2.4 est accélérée par l’utilisation d’un algorithme3.3. RÉSULTATS 31 Figure 3.7: Nuage de points original Fandisk (gauche) qui a été bruité par un bruit uniforme (droite) permettant de simuler un système d’acquisition 3D de basse qualité. de recherche approximatif des plus proches voisins : FLANN [ML12,ML09]. Pour mieux représenter les différences des résultats, nous présenterons les surfaces NLPSS maillées finement. L’entrée de notre algorithme restera malgré tout un nuage de points muni de normales et non une surface maillée. 3.3.2 Analyse des paramètres Dans cette partie nous allons présenter en détail l’influence des paramètres de notre opérateur non local. Pour permettre une meilleure analyse des résultats, nous utiliserons, jusqu’à la fin de cette section, le même objet Fandisk comme entrée des différents algorithmes. Le nuage de points original a été bruité artificiellement avec un bruit uniforme de variance égale à l’espacement moyen entre les points du nuage (Figure 3.7). Toutes les mesures d’écart des surfaces résultantes seront effectuées par rapport au maillage original. Échelle grossière L’échelle grossière t0 est utilisée pour définir la surface grossière St0 ainsi que le champ scalaire de déplacement résiduel bruité m(x). Pour que l’utilisation des méthodes non locales ait du sens, cette dernière doit définir un signal autosimilaire bruité dont les variations principales sont liées aux traits principaux de l’objet considéré. Nous présentons Figure 3.8 différents choix pour l’échelle t0 ainsi que le champ scalaire résiduel et les surfaces NLPSS associées. Le choix idéal pour l’échelle t0 (représenté en vert sur la Figure 3.8) est dépendant de la quantité de bruit appliqué à l’objet. Si nous choisisson une valeur de t0 trop faible (cas t0 = 5), la surface grossière résultante exhibera uniquement les structures de bruit locales introduisant un champ scalaire dont les variations ne sont pas liées à l’aspect de l’objet considéré. De la même manière, si t0 est trop large (cas t0 = 30) les lignes caractéristiques de l’objet seront filtrées excessivement entraînant l’apparition de variations parasites dans le champ de déplacement résiduel.32 Surface grossière Distance résiduelle bruitée Distance résiduelle débruitée NLPSS 2.5 10 -2 Déplacement: -2.5 10 0 -2 Figure 3.8: Évolution de la surface NLPSS en fonction de l’échelle grossière t0. Cette dernière permet de définir une surface dont le bruit et les caractéristiques principales ont été lissés et a fortiori une carte de déplacement résiduel contenant les variations principales de l’objet. Un choix idéal pour le paramètre t0 a été représenté en vert.3.3. RÉSULTATS 33 Surface fine Écart entre la surface grossière et fine NLPSS 1.5 10 -2 Déplacement: -1.5 10 0 -2 Figure 3.9: Évolution de la surface NLPSS en fonction de l’échelle fine t1. Cette dernière permet de définir la carte d’écart entre la surface grossière St0 et St1 utilisée par nos patchs pour définir la mesure de similarité de deux sous-ensembles du nuage de points. Un choix idéal pour le paramètre t1 a été représenté en vert. Par conséquent, la valeur t0 idéale doit être choisie de manière à définir un champ scalaire dont les variations correspondent à l’aspect de l’objet. En pratique, si la valeur de t0 est choisie entre 10 et 20 fois l’écart moyen des points du nuage. Échelle fine L’échelle fine t1 définit une surface fine St1 utilisée par notre mesure de similarité pour estimer les variations des patchs. Pour définir une surface d’une meilleure qualité, t1 doit être choisi de manière à ce que la mesure de similarité soit peu dépendante des structures34 locales de bruits. En Figure 3.9, nous présentons différents choix pour t1, la carte d’écart entre St0 et St1 ainsi que les surfaces NLPSS associées. Une fois encore, le choix idéal de l’échelle t1 (représenté en vert sur la Figure 3.9) dépend du niveau de bruit appliqué à l’objet. Elle doit être choisie suffisamment petite par rapport à t0 de manière à approcher les caractéristiques de l’objet tout en lissant les structures locales de bruit. Pour des valeurs de t1 faibles (cas t1 = 3), la mesure de similarité rassemblera des structures locales de bruits similaires exagérant ainsi les variations parasites de l’objet. Au contraire pour des valeurs de t1 élevées (cas t1 = 10), la mesure de similarité associera ensemble des traits non similaires de l’objet tendant à introduire des artefacts et à uniformiser les traits principaux de la surface NLPSS résultante. Choisir une valeur de t1 supérieure à t0, n’aurait pas de sens et résulterait d’un mauvais choix de t0. De plus, prendre t1 = t0 définirait un ensemble de patchs égaux rendant impossible toute mesure de similarité de deux sous-ensembles du nuage de points. En pratique, nous choisissons t1 ≈ 0.5t0 . Opérateur PSS local sous-jacent Notre opérateur NLPSS est défini pour étendre n’importe quel opérateur PSS local afin d’exploiter le caractère autosimilaire des nuages de points. Nous présentons en Figure 3.10 une comparaison des surfaces non locales générées en considérant différents opérateurs PSS locaux. La qualité de notre NLPSS est très dépendante du choix du PSS local sous-jacent. Ce dernier permet de définir la surface grossière et la surface fine à partir du nuage de points (Figure 3.11). Il est important de noter que les propriétés intéressantes des PSS locaux sont transmises au NLPSS. Ainsi, un opérateur qui préserve les bords d’un objet produira un NLPSS qui les préserve également (cf. NLPSS basé sur le RIMLS). Notre définition permet également de corriger les imperfections introduites par les PSS locaux. Dans le cas du SPSS et HPSS qui exagèrent les caractéristiques principales d’un objet sans filtrer les structures de bruits locales, notre NLPSS réussit à définir une surface les supprimant tout en préservant les arêtes et les coins de l’objet. Malheureusement, notre définition est très dépendante de la qualité de la surface grossière : toutes les discontinuités introduites par l’opérateur PSS local à échelle grossière seront difficilement corrigées par notre approche. De manière équivalente, un PSS local capable de définir une surface fine qui préserve les caractéristiques principales d’un objet définira une mesure de similarité plus précise. Mesure qui est utile pour définir une surface non locale de meilleure qualité. L’APSS et le RIMLS qui génèrent des surfaces grossières exemptes de défauts remarquables et des surfaces fines préservant les caractéristiques de l’objet définissent des NLPSS idéaux. En pratique, nous utilisons l’APSS comme opérateur de notre NLPSS car il donne de manière générale les meilleurs résultats.3.3. RÉSULTATS 35 Resultat Local NLPSS Erreur Local Erreur NLPSS SPSS HPSS APSS RIMLS 7.0 10 -3 0 Erreur Figure 3.10: Comparaison des surfaces NLPSS utilisant différents opérateurs PSS sousjacents et des surfaces PSS originales. Les erreurs ont été calculées par rapport au Fandisk original.36 Échelle fine Échelle grossière SPSS HPSS APSS RIMLS Figure 3.11: Surfaces fines St1 et grossières St0 utilisées par notre NLPSS pour étendre les PSS conventionnels. NLPSS Figure 3.12: Évolution de la surface NLPSS en fonction de la taille du patch l. Cette taille est utilisée pour définir la taille des détails qui doivent être pris en compte lors du débruitage par les méthodes non locales. Si cette dernière est choisie trop fine, notre approche non locale dégénère en une approche bilatérale. La définition du patch sur un plan tangent à la surface grossière St0 , implique que le paramètre l ne doit pas être choisi supérieur à l’échelle fine t1. Le choix idéal pour l a été représenté en vert. Taille du descripteur La largeur l des patchs permet de sélectionner la taille des traits de l’objet présents dans le nuage de points que notre NLPSS doit récupérer. En Figure 3.12, nous présentons différents choix pour la taille l du descripteur ainsi que les surfaces NLPSS résultantes.3.3. RÉSULTATS 37 NLPSS Temps (s) 5 10 15 Figure 3.13: Évolution de la surface NLPSS en fonction du nombre de points n par patch. Les surfaces résultantes sont peu influencées par le nombre de points compris dans chaque patch. Néanmoins, le temps de calcul pour estimer ces dernières augmente linéairement avec le nombre de points. En définitive, des patchs de taille 5 × 5 semblent être un bon compromis qualité/temps de calcul. Il est intéressant de noter que pour des valeurs faibles de l (cas l = 1), notre approche non locale dégénère en un simple opérateur de projection bilatéral [TM98, JDZ04]. La surface NLPSS résultante aura donc tendance à s’accrocher aux valeurs du champ scalaire résiduel les plus proches. Pour des valeurs de l plus élevées (cas l = 4), la mesure de similarité est peu influencée par le bruit présent dans le nuage de points résultant en une suppression des variations locales dans les zones plates. Néanmoins, à cause de l’approximation de la surface grossière par un plan tangent à la surface (cf. Section 3.2.3), l doit être choisie inférieure à t1. Pour des valeurs de l supérieures à t1 (cas l = 10) les variations décrites par les patchs ne correspondent pas aux variations réelles entre la surface grossière et la surface fine. Ainsi, la mesure de similarité est faussée ce qui entraîne l’apparition d’artefacts dans la surface NLPSS. En pratique, nous choisissons l variant entre 3 et 5 fois l’écart moyen des points du nuage. Nombre de points par patch Le nombre de points du patch n est utilisé pour décrire plus précisément les variations locales de la surface. Figure 3.13, nous présentons une analyse du temps de calcul des38 Distance résiduelle débruitée NLPSS 1.0 10 -2 Déplacement: -1.0 10 0 -2 Figure 3.14: Évolution de la surface NLPSS en fonction du degré d’autosimilarité h du nuage de points. Ce dernier permet de sélectionner le degré de débruitage des caracté- ristiques principales de l’objet. Si ce dernier est choisi trop faible, les caractéristiques de l’objet resteront bruitées. À l’opposé, pour des valeurs trop élevées ces dernières seront complètement lissées. Le choix idéal (représenté en vert) correspond au degré de filtrage de notre méthode. L’utilisateur peut interagir avec ce paramètre sans contrainte de temps de calcul. patchs en fonction de la qualité de la surface NLPSS associée à des nombres de points différents par patchs. De toute évidence, augmenter le nombre de points par patch permet de définir une mesure de similarité plus fiable en contrepartie d’un temps de calcul élevé. En pratique, l’influence du nombre de points par patchs reste négligeable. Ainsi, le choix d’un nombre points par patch faible s’impose. Dans de rares cas, le choix de patch 3 × 3 peut être insuffisant pour décrire correctement la différence entre les surfaces grossière et fine. Par conséquent, nous avons opté pour des patchs 5 × 5 ce qui constitue un bon compromis qualité/temps de calcul. Facteur d’autosimilarité du nuage Le paramètre h définit le degré de similarité présent dans le nuage de points et correspond au facteur de filtrage du nuage de points. Nous présentons Figure 3.14 différents choix pour h ainsi que le champ scalaire résiduel débruité et les surfaces NLPSS associées.3.3. RÉSULTATS 39 Pour des valeurs h ≈ 0 (cas h = 0.1), la mesure de similarité aura tendance à différencier l’ensemble des patchs ce qui s’exprimera en pratique par des poids qui tendent vers 0. Comme la somme des poids de l’équation 3.11 est assurée d’être unitaire, les points prendront la valeur m(xi) du point pi le plus similaire. Par conséquent, le champ scalaire résiduel ne sera pas débruité et la surface non locale résultante approximera le bruit contenu dans le nuage. De même, pour des valeurs trop faibles de h (cas h = 10), les lignes singulières de l’objet seront peu débruitées. À l’opposé des zones plates, ces zones sont plus rares dans l’objet entraînant un débruitage plus faible. À l’opposé, si h est choisi trop grand (cas h = 100), les poids de l’équation 3.11 seront tous égaux entraînant une uniformisation du champ scalaire de déplacement résiduel. La valeur idéale de h (représentée en vert sur la Figure 3.14) doit être choisie par l’utilisateur et correspond au facteur de filtrage de notre méthode. Une fois l’ensemble des patchs calculés et les k plus proches patchs déterminés, l’estimation d’une surface pour différentes valeurs de h n’est pas coûteuse. Ainsi, l’utilisateur peut intéragir avec le paramètre h sans contrainte sur le temps de calcul. Facteur de dégénérescence local L’utilisation du facteur α de l’équation 3.14 nous permet de choisir des valeurs h moins élevées. Ainsi, les traits peu présents dans l’objet sont mieux préservés et les artefacts introduits par les éléments les plus rares de l’objet sont lissés par l’opérateur local. En Figure 3.15, nous présentons l’évolution de la surface NLPSS pour différentes valeurs de α. Lorsque α = ∞, l’équation 3.15 dégénère simplement en une définition locale des PSS. Au contraire quand α = 0, le résultat obtenu correspond à la surface NLPSS. Les valeurs intermédiaires de α permettent d’obtenir une combinaison de ces deux surfaces. Pour des valeurs croissantes de α, les traits les moins présents dans le nuage sont les premiers à être remplacés par les valeurs des PSS locaux permettant d’améliorer la qualité de la surface NLPSS résultante. Ainsi, comme le montre la figure 3.15 pour des valeurs croissantes de α, les coins, les arêtes puis finalement les zones plates vont être remplacés par les PSS locaux. La valeur idéale dépendra de la présence de points peu autosimilaires dans le nuage. Il est intéressant de noter que changer la valeur du facteur α ne nécessite que peu de calcul supplémentaire. En effet l’équation 3.2.4 peut s’exprimer comme une combinaison linéaire des points des nuages résultants de l’opérateur PSS local et non local. Choix pratique Parmi les sept différents paramètres que possède notre NLPSS, seulement deux d’entre eux ont besoin d’être réellement choisis par l’utilisateur : le facteur d’autosimilarité h et le facteur de dégénérescence α. En pratique, pour des nuages de points issus de scanners 3D dont l’écart moyen entre les points est défini par ¯δ, les meilleurs résultats sont obtenus pour des NLPSS basés sur l’APSS dont l’échelle grossière t0 = 12¯δ, l’échelle fine t1 = 7¯δ et les patchs de taille l = 4¯δ40 NLPSS PSS local NLPSS dégénéré Figure 3.15: Évolution de la surface NLPSS en fonction du facteur α. Ce paramètre est complémentaire au paramètre h et permet de remplacer les structures peu débruitées (peu autosimilaires) par leurs versions débruitées en utilisant l’opérateur PSS sous-jacent. Pour des valeurs croissantes de α notre définition remplace en premier les structures peu autosimilaires pour finir par les caractéristiques les plus présentes dans le nuage de points. Nous pouvons par conséquent faire un compromis entre localité (pour les structures peu autosimilaires) et similarité (pour les structures très autosimilaires). Calculer les surfaces résultantes pour différentes valeurs de α est possible sans avoir besoin d’estimer de nouveau l’ensemble des patchs et les k plus proches voisins. α peut donc être choisi interactivement par l’utilisateur.3.3. RÉSULTATS 41 i) Calcul de la surface grossière ii) Calcul des patches iii) Calcul des plus proches patches iv) Calcul des valeurs débruitées Temps de calcul avec accélération 5 10 15 10000 50000 100000 Temps (s) Temps de calcul sans accélération Temps (s) 150 300 10000 50000 100000 Figure 3.16: Gauche : Temps de calcul des différentes étapes de notre approche estimés en utilisant un seul cœur. Notre approche est plus longue que les opérateurs PSS précédents, car elle nécessite un plus grand nombre de projections (dû aux projections successives sur la surface grossière et sur la surface fine). Droite : Temps de calcul des différentes étapes de notre approche en utilisant différents outils d’accélération (parallélisation, GPU). En pratique, nous avons grandement accéléré le temps de calcul (20x) permettant de définir une utilisation plus interactive de notre NLPSS. sont définis avec une précision de 5 × 5 points. De plus, dans la mesure où ces paramètres sont fixés, le calcul des patchs du nuage peut être effectué une fois pour toutes. Ainsi, les surfaces résultantes peuvent être générées rapidement pour différentes valeurs de h et α. 3.3.3 Performances Notre approche non locale reste plus lente que des méthodes PSS conventionnelles. Ces performances inférieures peuvent s’expliquer par : (i) un nombre de projections sur les surfaces plus conséquent que les approches locales, (ii) la nécessité de comparer l’ensemble des patchs entre eux. Nous présentons en Figure 3.16, l’évolution des temps de calcul pris par chacune des étapes de notre algorithme en fonction du nombre de points à projeter. Certains paramètres du NLPSS influencent directement le temps de calcul, comme les échelles t0 et t1 du PSS sous-jacent. Ces dernières sont directement liées à la taille du voisinage nécessaire pour estimer les projections sur les surfaces grossières et fines. Ainsi, plus ce voisinage est grand, plus le temps de calcul est élevé. De la même manière, le nombre de points influence le nombre de projections nécessaires (Figure 3.13). Néanmoins comme nous l’avons expliqué en Section 3.3.2, le nombre de points par patch est fixé car il influence peu la qualité de la surface résultante. Pour estimer rapidement le voisinage d’un point donné, chaque PSS est basé sur un ball-tree tels qu’il est introduit par Guennebaud et coll. [GGG08]. De même, pour accélérer la comparaison des patchs, la moyenne non locale définie par l’Équation 3.13 est limitée à une recherche approximée des 500 plus proches voisins du patch considéré par FLANN [ML12,ML09]. Pour une meilleure interactivité avec l’utilisateur, ces temps de calcul sont grandement diminués (Figure 3.16) grâce à des outils de parallélisation CPU et GPU. De plus, notre approche peut être divisée en quatre étapes successives : (i) calcul de la surface grossière, (ii) estimation des patchs, (iii) calcul approché des plus proches voisins et (iv) calcul des valeurs débruitées (réglage de h et α). Comme les paramètres utilisés par notre approche42 Original SPSS HPSS APSS RIMLS NLPSS Figure 3.17: Comparaison entre les reconstructions PSS locales et notre NLPSS obtenues à partir d’un nuage de point 2D. peuvent être généralisés, seule l’étape ( iv) nécessite une interaction réelle avec l’utilisateur. De plus, une fois les étapes précédentes estimées, cette dernière peut être calculée rapidement (comme le montre le graphique de droite de la Figure 3.16) sans avoir besoin de réappliquer la chaîne complète. Les valeurs idéales de h et α peuvent donc être choisies interactivement par l’utilisateur. 3.3.4 Analyse de la qualité de la surface Les opérateurs PSS conventionnels essayent d’extraire une surface à partir d’un voisinage purement local. Comme le montre la Figure 3.17 qui présente différentes reconstructions de surfaces PSS à partir d’un nuage de points 2D synthétique, ce point de vue ne permet pas de conserver les caractéristiques présentent dans le nuage de points d’entrée supprimant par la même occasion les symétries originales du nuage d’entrée. En utilisant un point de vue plus global, notre NLPSS permet de générer une surface capable de conserver les symétries présentes dans l’objet original. Dans le cas d’un nuage de points réel issu d’un scanner 3D (Figure 3.18), les opérateurs PSS conventionnels doivent, en plus, faire un compromis entre la préservation des caracté- ristiques principales de l’objet et la suppression du bruit. Ce problème est particulièrement visible pour les SPSS qui tendent à trop filtrer les arêtes et pour le HPSS qui exagère les structures locales de bruits. D’autres opérateurs, comme l’APSS, possèdent un fort pouvoir débruitant, mais doivent être utilisés à des échelles de filtrage fines pour éviter une sup-3.3. RÉSULTATS 43 Original SPSS HPSS APSS RIMLS NLPSS Figure 3.18: Comparaison entre différentes surfaces obtenues par des PSS locaux et notre NLPSS obtenues à partir du modèle 3D scanné Ramesses pression complète des arêtes de l’objet. Malheureusement, à de telles échelles, ce dernier est incapable de supprimer complètement le bruit. Contrairement aux autres opérateurs, le RIMLS a été défini pour extraire les arêtes tout en supprimant le bruit de l’objet. Cette définition fournit de bons résultats dans le cas d’objets purement géométriques possédant des arêtes vives (par ex. objets manufacturés). Malheureusement, dans le cas d’objets réels, le RIMLS tend à exagérer les caractéristiques de l’objet. En comparaison, notre NLPSS réussit à éliminer le bruit introduit par la numérisation sans altérer les structures présentes dans l’objet. Cet avantage est dû à l’utilisation de l’information non locale qui peut augmenter localement le rapport signal sur bruit. Contrairement au RIMLS qui exagère les structures, notre opérateur NLPSS réussit à générer une surface qui est proche du nuage d’entrée. Il est important de comprendre que notre définition de surface non locale est plus gé- nérale qu’une simple combinaison d’un algorithme de filtrage de nuage de points (par exemple [DM11,Dig12]) et d’un modèle de reconstruction de surface existant. Pour mieux appréhender les différences fondamentales entre ces deux types d’approches, nous présentons en Figure 3.19 deux reconstructions de surfaces différentes. Dans le premier cas, la surface est définie en utilisant L’APSS à partir d’un nuage de points préalablement dé- bruité par un algorithme de débruitage non local. Dans le deuxième cas, la surface est directement définie en utilisant notre NLPSS. La première approche réussit à débruiter les points en exploitant l’autosimilarité du nuage, mais reste incapable de reconstruire une surface en exploitant l’autosimilarité du nuage. Ainsi, la surface résultante ne permet de compléter les trous en respectant le caractère périodique du nuage original. Au contraire, notre modèle NLPSS est capable de reconstruire la surface pour chaque point en exploitant l’autosimilarité et la redondance des structures du nuage de points. De manière similaire, une troisième approche, qui consisterait à reconstruire une surface directement à partir des points du nuage puis à utiliser une méthode non locale de débruitage de maillage surfacique [FDCO03,YBS06,WCZ+08,MRS12], n’exploiterait pas totalement l’autosimilarité du nuage tout en introduisant des problèmes de définition. Comme le montre la Figure 3.20, dans le cas de nuages très épars et bruités, les modèles PSS existants peuvent difficilement générer une surface correcte à des tailles de filtrage44 Largeur du patch : NL APSS NLPSS Figure 3.19: Comparaison des surfaces obtenues en utilisant l’APSS [GGG08] à partir d’un nuage de points débruité par un algorithme de filtrage non local et la surface obtenue directement avec notre définition de surface NLPSS. Nuage de points original APSS RIMLS NLPSS Figure 3.20: Comparaison entre différentes surfaces obtenues en utilisant des opérateurs PSS locaux et notre NLPSS sur un modèle d’étoile 3D synthétique. petites. Pour résoudre ce problème, les modèles de PSS conventionnels doivent augmenter leur niveau de filtrage, supprimant par conséquent toute l’information de basse échelle présente dans le nuage. Contrairement à ces définitions, notre NLPSS est capable de générer une surface plus stable. Cette propriété est due à (i) l’utilisation d’une surface grossière comme base à notre surface qui définit une structure topologique à notre PSS et (ii) la moyenne non locale qui est capable de débruiter des structures fines et de les rajouter sur la surface grossière sans introduire de fausses structures comme le font les modèles de PSS conventionnels. En Figure 3.21 et 3.22, nous présentons les surfaces obtenues par notre NLPSS à partir de nuages de points bruités issus de scanners 3D. Il est intéressant de noter que notre NLPSS est capable d’utiliser l’ensemble de l’information pour compléter les trous du nuage de3.3. RÉSULTATS 45 Original NLPSS Figure 3.21: Illustration du pouvoir débruitant de notre NLPSS sur le nuage de points 3D Dragon (413k points) acquis par numérisation 3D. Original NLPSS Figure 3.22: Application du NLPSS sur le nuage de points Ramesses (350K points) issu d’une numérisation 3D. Notre approche est capable de combler les trous de l’objet en utilisant l’autosimilarité présente dans le nuage de points. points. Cette propriété est illustrée en Figure 3.22) où l’information inconnue du visage d’un relief est complétée par l’information connue d’un relief similaire présent sur la statue. Néanmoins, cette propriété reste très dépendante de la qualité de la surface grossière sousjacente.46 Figure 3.23: Application de notre opérateur NLPSS au cas du débruitage de nuages de points. Nous avons utilisé le jeu de données Pyramid (120k points) issue de [DAL+11] Figure 3.24: Application de notre NLPSS pour définir une surface maillée en utilisant un algorithme de type Marching Cubes [LC87]. 3.3.5 Applications Filtrage de nuages de points Une des applications les plus évidentes des PSS est le filtrage de nuages de points. En considérant un nuage de points bruités, l’opération de débruitage du nuage consiste à remplacer chaque point xi ∈ X du nuage par leur projection x˜i = ΠNL(xi) sur la surface définie par l’opérateur de projection ΠNL définie par l’Équation 3.12. Ainsi, le nuage débruité est défini par P˜ = {x˜i}. Nous présentons en Figure 3.23, le résultat du débruitage obtenu par NLPSS. Reconstruction de surface L’une des utilisations majeures des opérateurs PSS est de définir une surface maillée à partir de la définition implicite de la surface. Nous définissons la surface comme la 0-3.4. LIMITATION ET POSSIBLES AMÉLIORATIONS 47 Figure 3.25: Application de notre NLPSS à l’édition de surfaces. Le paramètre β permet de moduler à quel point le champ scalaire de déplacement doit être ajouté à la surface grossière. Gauche : pour des valeurs β > 1, ces détails sont exagérés. Droite : pour des valeurs β < 0, ces derniers sont inversés. surface de la distance implicite fNL définie par l’Équation 3.13. La surface maillée est obtenue en utilisant un algorithme de Marching Cubes. Nous présentons en Figure 3.24 la surface NLPSS maillée obtenue à partir d’un nuage de points bruités. Améliorations des détails Pour illustrer le potentiel de notre NLPSS, nous proposons une utilisation de notre dé- finition pour l’édition de surfaces. Comme nous l’avons expliqué en Section 3.2.1, notre opérateur NLPSS est défini par une surface grossière sur laquelle nous ajoutons un champ scalaire de déplacement. Nous pouvons modifier la fonction implicite fNL définie en Équation 3.13 en multipliant le champ scalaire de déplacement par un champ scalaire continu β(x) : fNL(x) = f t0 (x) − β(x) X xi∈X wNL(x, xi)f t0 (xi) (3.15) Par conséquent, β(x) permet de décrire pour chaque x à quel point les détails fins fNL(x) sont ajoutés à la surface grossière St0 . Les détails sont ajoutés à la surface grossière pour des valeurs de β(x) > 0, et exagérés si β(x) > 1. Des valeurs de β(x) négatives permettent de supprimer les détails de la surface grossière, inversant de la même manière les caractéristiques de l’objet. Ainsi, l’utilisateur peint directement sur la surface grossière St0 les valeurs de β(x) choisissant, de la même manière, les éléments de l’objet qu’il souhaite exagérer. Nous présentons en Figure 3.25 une illustration de cette démarche. 3.4 Limitation et possibles améliorations Dans cette partie nous avons défini un opérateur PSS capable d’exploiter le caractère autosimilaire des nuages de points pour définir une surface. Notre définition est capable48 Figure 3.26: Gauche : Notre approche non locale peut résulter en l’apparition de halos sur la surface. Centre : Une solution simple pour résoudre ce problème consiste à définir différentes surfaces NLPSS en utilisant des patchs décentrés. Droite : Une simple moyenne de ces différentes valeurs débruitées permet de limiter les effets des halos introduits. d’améliorer la qualité des surfaces définies par des opérateurs PSS locaux en augmentant le rapport signal/bruit. Néanmoins, les résultats de notre opérateur sont très dépendants de l’aspect autosimilaire du nuage à traiter. Plus le nuage de points présentera de parties similaires, plus la qualité de la surface générée par notre approche sera élevée. Dans le cas, peu probable, d’absence d’autosimilarité dans le nuage de points, notre NLPSS obtiendra des résultats identiques à l’opérateur PSS local sous-jacent (Section 3.2.4). Il est courant que l’utilisation de patchs par les méthodes non locales introduise des oscillations ou halos autour des arêtes des images. Le même phénomène peut être observé sur les surfaces définies par notre approche autour des arêtes vives de l’objet (Figure 3.26). Ce problème peut s’expliquer par le phénomène d’adhérence des patchs. [LBM13] proposent une solution simple pour résoudre ce problème. Elle consiste à faire une moyenne des différentes cartes débruitées en considérant des patchs décentrés. Nous présentons en Figure 3.26 une extension de cette solution à notre NLPSS. Cette solution permet d’éliminer les halos et d’améliorer la qualité de la surface résultante au prix de temps de calcul plus coûteux. Pour définir notre mesure de similarité (Section 3.2.3), nous avons utilisé une distance euclidienne entre les patchs. Cette distance nous permet de définir des surfaces NLPSS correctes, mais reste néanmoins trop sensible au bruit et aux points aberrants. Remplacer la norme L2 par une norme L1 permettrait de définir une surface moins sensible aux points aberrants. Il serait intéressant de redéfinir les patchs en ajoutant pour chaque point projeté la normale associée à cette projection. Ainsi, la distance entre les patchs correspondrait à une distance L2,1 qui tient compte à la fois des variations des positions et des normales. Une telle approche revient à étendre les patchs de manières "géodésique" plus qu’euclidienne permettant ainsi de différencier les caractéristiques intrinsèques de l’objet tout en étant moins sensibles au bruit. En comparaison avec les définitions de PSS conventionnelles, le NLPSS requiert un temps de calcul supérieur. Ce phénomène s’explique par la nécessité de projeter plus de points que les méthodes PSS précédentes et de rechercher les patchs les plus similaires. Durant3.4. LIMITATION ET POSSIBLES AMÉLIORATIONS 49 ces dernières années, beaucoup de travaux se sont fixés comme objectif d’accélérer le calcul des filtres à moyennes non locales (Section 4.1.1). Un point important de notre travail futur consistera à essayer d’adapter ces méthodes au cas des nuages de points et à utiliser les technologies de parallélisation offerte par les cartes graphiques modernes pour que notre approche soit utilisable en temps réel. Pour conclure, notre NLPSS permet le remplissage de trous d’une taille similaire à celle utilisée pour définir les patchs de surface. Pour des trous d’une échelle supérieure, une telle approche n’est pas suffisante. Il est donc nécessaire d’utiliser une méthode itérative d’inpainting de surfaces. Malheureusement, de telles méthodes restent difficile à calculer et nécessitent la connaissance d’un a priori sur les surfaces 3D.C h a p i t r e 4 Arbre de covariances Dans ce chapitre, nous présentons une structure de données capable d’apprendre les variations de grands ensembles d’échantillons en utilisant une quantité de mémoire limitée. En Section 4.1, nous présentons un historique des méthodes d’accélérations des filtres à hautes dimensions. Dans la Section 4.2, nous introduisons une version simplifiée de notre arbre définie dans un domaine spatial. Cette version est ensuite étendue en Section 4.3 en distinguant deux domaines : spatial et des attributs. Les performances de notre structure sont ensuite analysées en Section 4.4. Finalement, nous proposons en Section 4.5 diverses améliorations de notre structure de données. 4.1 Contexte 4.1.1 Filtrage à hautes dimensions Avec l’apparition des nouvelles technologies et de nouvelles capacités de calculs, le filtrage à hautes dimensions est devenu durant ces dernières années une brique fondamentale pour une variété d’applications telles que le débruitage [BCM05], la récoloration [CPD07], le suréchantillonage [KCLU07], la manipulation de détails [BPD06,FAR07], le filtrage spatiotemporel [BM05]. Implémentés naïvement, de tels filtres restent difficiles et lents à calculer et nécessitent d’être accélérés. Ainsi, le rapport entre le temps de calcul et la qualité des résultats obtenue est devenu un enjeu important pour les communautés de la vision par ordinateur, du traitement des images et de la photographie calculatoire. De nombreuses approches ont été introduites afin d’accélérer leur estimation. Parmi elles, une première catégorie de méthodes propose une accélération par estimation d’un champ approché des k-plus proches voisins comme par exemple PatchMatch [BSFG09] (récemment étendu à d’autres domaines [NFP+13, CFGS12, BRR11] et accéléré par kdtree [HS12], l’utilisation d’images intégrales [OA12], l’utilisation d’une transformée de Fourier [WGY+06, DDS12], la réduction de la dimensionnalité des patches par les filtres de Haar [KA11] ou une analyse en composantes principales [APG07,Tas08,Tas09], la limitation de la recherche à un voisinage 2D local (utilisé en pratique par [BCM05,LBM13]). Ces méthodes restent néanmoins trop spécifiques aux problèmes de traitement des images et peuvent difficilement être étendues au cas 3D. De plus, les approches de débruitage par 5152 filtres collaboratifs, définissant une meilleure restauration de l’image que les approches par moyenne non locale, ne peuvent être accélérées par une estimation approchée des k-plus proches voisins. Par conséquent, nous focaliserons notre étude sur l’utilisation de structures d’accélération qui permettent une réduction de la complexité computationnelle des filtres au prix d’approximations visuelles résultantes. 4.1.2 Travaux existants Parmi tous les filtres non linéaires, le filtre bilatéral [TM98] a été l’un des premiers à avoir été accéléré car il constitue une approximation intéressante des filtres anisotropes [Bar02]. Durand et Dorsey [DD02] sont parmi les premiers à proposer une accélération de ce filtre appliquée à l’affichage d’images à grande dynamique (High Dynamic Range - HDR). Leur idée principale est de réduire la complexité du filtre en utilisant une approximation linéaire par morceaux du filtre bilatéral, ce qui revient à appliquer un filtre gaussien, plus rapide à calculer, sur un sous-échantillonnage du domaine spatial. Ces valeurs sous-échantillonnées sont ensuite interpolées pour obtenir le signal filtré. En remarquant que le filtre bilatéral peut être exprimé par un filtre gaussien appliqué dans un espace de dimensions supérieures, Paris et Durand [PD06] introduisent la grille bilaté- rale. Cette dernière sous-échantillonne le signal à filtrer par des voxels de taille uniforme en exprimant le signal à filtrer comme une variété linéaire par morceaux définie dans un espace qui associe le domaine spatial et colorimétrique (appelé par la suite espace augmenté). Pour rendre l’accélération plus performante, l’espace colorimétrique est réduit à une unique dimension. Néanmoins, les distances en chrominance ne sont pas respectées ce qui introduit des effets de flou parasites. Ce problème est résolu dans une version ultérieure de leurs travaux [PD09] par l’utilisation de toutes les dimensions colorimétriques. La grille bilatérale, définissant désormais un volume 5D, nécessite une quantité de mémoire et en temps supérieur. En particulier pour des échelles de filtrage faibles, cette méthode devient impraticable. Adams et coll. [AGDL09] proposent de remplacer le pavage régulier par un pavage adaptatif de l’espace augmenté. Ils introduisent une structure d’accélération indépendante de l’échelle de filtrage, le kd-tree gaussien (Gaussian KD-Tree - GKD-Tree), en se basant sur les travaux de Aray et coll. [AMN+98]. Ils proposent de paver l’espace augmenté avec des voxels de tailles non uniformes en utilisant un kd-tree [Ben75] qui regroupe les échantillons proches. Les valeurs des voxels sont estimées par diffusion des valeurs des échantillons qui lui sont proches (splatting), filtrées entre elles (blurring) et finalement interpolées pour définir les valeurs filtrées de chaque échantillon (slicing). Cette approche peut être gé- néralisée à l’accélération de l’ensemble des filtres non linéaires à poids gaussiens (filtre gaussien, bilatéral, à moyenne non locale, etc.). Ultérieurement, Adams et coll. [ABD10] étendent leurs travaux en pavant l’espace avec des simplexes et en stockant les valeurs de ces derniers dans une table de hachage. Ainsi, la structure d’accélération permet d’appliquer des filtres non linéaires de hautes dimensions avec une complexité linéaire par rapport au nombre de points et polynomiale par rapport à la dimensionnalité du filtre. Dans le cas des filtres à très hautes dimensions, la complexité polynomiale par rapport aux nombres de dimensions des précédentes approches ne permet pas qu’elles soient appliquées en temps réel. He et coll. [HST10] proposent de réduire la dimensionnalité du problème4.1. CONTEXTE 53 en comparant indirectement chaque pixel de l’image par rapport à leur relation à un guide. Même si cette approche permet une accélération significative, elle introduit des artefacts dus à l’utilisation d’une distance non euclidienne. De la même manière, Gastal et Oliveira [GO11] proposent, dans le cas des filtres bilatéraux, l’utilisation d’une transformée de l’image qui déforme la géométrie du domaine spatial 2D du signal à filtrer de sorte que la distance spatiale entre deux points de l’espace déformé corresponde à la distance géodésique dans l’espace augmenté 5D. Ainsi, le filtre bilatéral est approximé par un filtre gaussien appliqué dans le domaine spatial. Ces travaux sont ensuite généralisés au cas de filtres de plus hautes dimensions [GO12]. Gastal et Oliveira démontrent que le signal à filtrer peut rarement être défini par une variété linéaire. Par conséquent, l’utilisation de voxels n’est pas adaptée pour obtenir un sous-échantillonnage correct de l’espace. À la place, ils proposent l’utilisation de variétés non linéaires adaptatives qui sont définies en appliquant récursivement un filtre passebas sur les échantillons du signal. Le signal filtré est estimé en utilisant une approche similaire au GKD-Tree [AGDL09] : les valeurs des variétés sont estimées par diffusion des valeurs des échantillons (splatting), puis filtrées entre elles indépendamment des valeurs des autres variétés (blurring) et finalement interpolées pour définir les valeurs filtrées de chaque échantillon (slicing). Cette approche permet d’obtenir une complexité qui est à la fois linéaire par rapport à la dimensionnalité du filtre et du nombre d’échantillons. 4.1.3 Problématique Si l’on devait résumer les progrès de ces dernières années, le calcul de filtres non linéaires a été accéléré de deux manières : (i) en redéfinissant les filtres non linéaires par des filtres linéaires exprimés dans des espaces augmentés qui associent les domaines spatial et colorimétrique (ii) en interpolant une version sous-échantillonnée du signal filtré adapté à l’échelle de filtrage. Même si les structures d’accélérations associées sont aujourd’hui capables d’appliquer en temps réels des filtres non linéaires à hautes dimensions, elles ne peuvent pas être utilisées pour accélérer le calcul de filtres probabilistes collaboratifs tels que les Non-Local Bayes. De plus, elles doivent être entièrement reconstruites pour chaque modification des paramètres de filtrage. D’un autre point de vue, avec l’augmentation de la quantité d’information, peu de mé- thodes à l’heure actuelle exploitent réellement l’information contenue dans les grandes bases de données ou au prix d’une quantité de mémoire et de calculs beaucoup trop importante. Les structures d’accélération de filtrage non linéaire actuelles ne sont pas conçues pour être directement exploitées sur ces bases. Nous proposons d’associer les avancés récentes sur les structures d’accélération des filtres non linéaire avec les dernières avancées du domaine non local. Nous proposons une nouvelle structure de données, plus générale qu’une simple structure d’accélération, capable d’apprendre les distributions locales d’un grand ensemble d’échantillons en les représentant par des gaussiennes anisotropes. Contrairement aux méthodes qui représentent les distributions d’échantillons par un modèle de mixture de gaussiennes de nombre fini [YSM12], ces gaussiennes sont estimées en fonction de la région de l’espace considéré.54 Ainsi, nous introduisons l’arbre de covariance (Covariance Tree - CovTree) qui possède les caractéristiques suivantes : 1. Apprentissage de grande base de données : En utilisant une approche similaire aux structures d’accélérations des filtres non linéaires, l’ensemble des échantillons est réparti en sous-ensembles adaptés représentés par des gaussiennes indépendantes du nombre d’échantillons. 2. Optimisation de la mise à jour des données : L’ajout d’un échantillon dans notre structure n’entraîne pas la reconstruction complète de la structure. Seules les gaussiennes qui décrivent les distributions de chaque sous-ensemble sont modifiées. L’ajout d’un point dans notre structure permet d’améliorer l’estimation des statistiques des distributions sans changer la quantité de mémoire utilisée. 3. Estimation des distributions locales à différentes échelles : Contrairement aux structures d’accélération des filtres non linéaires, notre CovTree a été conçu pour être indépendant des paramètres d’échelles. Ainsi, l’estimation des distributions locales peut être effectuée en un temps raisonnable sans avoir besoin de reconstruire entièrement la structure. 4. Généralisation de la structure d’apprentissage : Notre approche est générique et peut être appliquée dans un espace de dimensions arbitraires. Pour être utilisable par un plus grand nombre d’applications, elle est définie en utilisant deux domaines distincts : un domaine spatial (utilisé pour calculer une distance entre les échantillons) et un domaine des valeurs (utilisé pour exprimer les statistiques sur les distributions). Notre structure d’apprentissage est beaucoup plus générique qu’une simple structure d’accélération de filtres collaboratifs. Comme nous le montrerons dans le chapitre 5, cette dernière peut être utilisée pour des applications 2D et 3D variées. 4.2 Arbre de Covariance Simplifié Pour mieux appréhender les idées fondamentales de notre approche, nous introduisons dans cette section une version simplifiée de notre CovTree qui sera utilisé pour apprendre les distributions d’échantillons dans un espace fini. Elle nous permettra d’introduire les principes sous-jacents à notre structure de données. Néanmoins, cette définition reste trop spécifique pour être utilisée en pratique. Par consé- quent, nous introduisons en Section 4.3 une définition plus générique de notre CovTree utilisable pour résoudre des problèmes de restauration variés. 4.2.1 Principe Idée générale Considérons un ensemble d’échantillons P = {pi} où pi ∈ S ⊂ R dS . Notre CovTree est défini comme une structure de données qui apprend localement la distribution des points de P à partir d’un sous-échantillonnage adaptatif (cellules) de S. Pour n’importe quelle4.2. ARBRE DE COVARIANCE SIMPLIFIÉ 55 Figure 4.1: Gauche : Nous illustrons le principe de notre CovTree sur un nuage de points pi extrait d’une courbe 2D pour un voisinage centré en q et de rayon σq. Droite : Le but de notre CovTree est d’apprendre la distribution des points P et de modéliser la répartition des points qui sont compris dans ce voisinage par une gaussienne anisotrope représentée par une moyenne µˆ et une matrice de covariance Σˆ . requête de position q ∈ S et échelle σq ∈ R, la structure retourne la gaussienne anisotrope correspondante à la distribution locale des échantillons de P appris. En Figure 4.1, nous illustrons les entrées et sorties de notre Cov-Tree dans le cas où P correspond à un nuage de points 2D issu d’une courbe. Dans ce cas, les pi définis dans un espace S = R 2 représentent les positions des points du nuage. Notre CovTree permet donc d’apprendre la répartition des points du nuage et fournit pour n’importe quel voisinage euclidien, la gaussienne anisotrope correspondante à la distribution des points du nuage compris dans ce voisinage. Dans le cas où P correspond à l’ensemble des patchs d’une image bruitée, cette structure de donnée simplifiée peut être utiliser pour estimer le résultat de filtres collaboratifs tels que les Non Local Bayes [LBM13]. Représentation des distributions locales Pour apprendre les distributions des échantillons de P, nous effectuons une analyse statistique de sous-ensembles C ⊂ P d’échantillons locaux. L’idée fondamentale de notre CovTree est de remplacer ces sous-ensembles par leurs statistiques respectives. Dans cette partie, nous fournissons une analyse de pouvoir synthétique de ces dernières et de leur impact sur les performances de notre CovTree. En considérant que l’ensemble des points de C sont compris dans une boule de rayon négligeable, la distribution peut être représentée correctement par une simple moyenne des points de C. Cette solution est utilisée pour accélérer le calcul des filtres à hautes dimensions [AGDL09] car pour des échelles inférieures à l’échelle de filtrage, il est inutile de conserver de plus fines variations des échantillons. Comme nous le présentons en Figure 4.2, cette solution est équivalente à conserver l’ensemble des échantillons de P en mémoire pour des échelles de filtrage fines. De plus, comme la moyenne ne fournit aucune information56 (a) Nuage de points 2D (c) Représentation par des gaussiennes isotropes (b) Représentation par des moyennes (d) Représentation par des gaussiennes anisotropes Figure 4.2: Différentes représentations statistiques du nuage de points 2D. (a) Nuage de points 2D original. (b) Utiliser une moyenne par cellules pour représenter un nuage de points revient à garder l’ensemble des points du nuage pour des tailles de cellules faibles et ne permet de représenter efficacement les variations du nuage à de grandes échelles. (c) En utilisant des gaussiennes isotropes, la modélisation devient plus fiable à des échelles fines, mais reste malgré tout trop grossière pour représenter la distribution à des échelles élevées. (d) Nous proposons l’utilisation de gaussiennes anisotropes qui permettent de représenter correctement les distributions à de grandes échelles avec un nombre de gaussiennes limitées. sur les variations des échantillons qu’elle représente, elle ne peut être utilisée correctement à de larges échelles pour représenter la distribution de grands ensembles de données. Pour de grandes échelles comme la moyenne ne fournit aucune information variationnelle, il devient difficile de représenter correctement la distribution des échantillons d’un grand ensemble de données. Pour des ensembles d’échantillons de C distribués de manière isotrope dans une boule, l’approche précédente peut être améliorée en associant à la moyenne des points de C une variance. La distribution peut par conséquent être modélisée par une gaussienne isotrope. Désormais, la représentation dépend directement de la répartition des données et non de l’échelle de filtre à appliquer. Comme nous l’illustrons en Figure 4.2, cette contrainte d’isotropie reste difficile à satisfaire pour des échelles élevées. De plus, elle revient à garder en mémoire l’ensemble des échantillons pour des échelles fines. Les deux approches précédentes ne sont pas suffisantes pour apprendre les distributions d’échantillons. Par conséquent, nous préférons les représenter par l’intermédiaire de gaussiennes anisotropes. Nous associons donc chaque sous-ensemble C à sa moyenne µ et sa matrice de covariance Σ. Comme nous le démontrons en Figure 4.2, ce choix permet de4.2. ARBRE DE COVARIANCE SIMPLIFIÉ 57 Figure 4.3: Notre CovTree est basé sur trois étapes principales. Construction : à partir d’un ensemble d’échantillons, nous construisons un arbre binaire qui partitionne l’espace en fonction des positions des échantillons {pi} pour créer des cellules de taille σb. Apprentissage : chaque nœud apprend les distributions statistiques locales modélisées par des noyaux anisotropes en propageant l’ensemble des échantillons à travers l’arbre en fonction de leur position pi et ajoutant une contribution pondérée des pi au noyau de chaque nœud de l’arbre traversé. Requête : pour toute requête constituée d’une position q ∈ S et échelle σq ∈ R, notre CovTree modélise la distribution locale des données apprises en q et à l’échelle σq par une gaussienne multivariée définie par sa moyenne µˆ et sa matrice de covariance Σˆ . représenter correctement les distributions des échantillons à des échelles fines et élevées. De plus, l’utilisation d’une gaussienne anisotrope nous permet de diminuer la quantité de mémoire nécessaire, d’augmenter le pouvoir descriptif de notre CovTree et d’être plus indé- pendant des contraintes d’échantillonnages (complétion des trous/données manquantes). Chaîne de traitement Notre approche, résumée en Figure 4.3, peut être divisée essentiellement en trois étapes. Ces dernières peuvent être comparées avec les trois étapes de splatting, blurring, slicing utilisé par les travaux sur l’accélération de filtres à hautes dimensions [PD09, ABD10, GO12]. 1. Construction : Nous effectuons un sous-échantillonnage hiérarchique pyramidal de S basé sur les échantillons de P jusqu’à l’obtention de cellules de taille σb. Il en résulte un arbre binaire dont chaque nœud (correspondant à un sous-espace de S) est associé à un noyau anisotrope modélisant la distribution statistique des points de P appartenant à la cellule spatiale correspondante (Section 4.2.2). 2. Apprentissage : Nous apprenons les distributions de points par propagation (entraînement) des données à travers l’arbre binaire. Chaque point est classifié en considérant sa position et ajoute une contribution pondérée au noyau anisotrope de chaque nœud de l’arbre qu’il traverse (Section 4.2.3). 3. Requête : Pour toute requête définie par une boule de centre q ∈ S et échelle σq ∈ R, notre CovTree fournit la distribution des données apprises correspondant à ce voisinage. Elle est modélisée par une gaussienne multivariée représentée par58 (a) Partionnement par grille (b) Partionnement par kd-tree (c) Partionnement par bsp-tree Figure 4.4: Nous proposons ici différents partitionnements de l’espace. (a) : Une grille régulière permet de définir des cellules régulières. Ces dernières sont définies indépendamment des données qu’elles contiennent résultant des cellules vides ou mal définies. (b) : Le kd-tree définit un partitionnement hiérarchique de l’espace dont les partitions sont faites dans des directions indépendantes des données à apprendre. Il ne crée pas de cellules vides, mais ne tient pas compte de l’anisotropie des données. (c) : Notre bsp-tree définit un partitionnement hiérarchique de l’espace qui permet de tenir compte de l’anisotropie des données à apprendre. une une moyenne µˆ et d’une matrice de covariance Σˆ interpolée en q à l’échelle σq (Section 4.2.4). Il est important de comprendre que σb et σq sont liés à la quantité d’informations que nous voulons récupérer. L’application successive des trois étapes de construction, d’apprentissage et de requête est approximativement équivalente à estimer une matrice de covariance avec un noyau gaussien de taille √ 2σq. Pour prévenir tout problème de calcul σq doit être choisi plus grand que σb, suffisamment large pour outrepasser le bruit, mais suffisamment petit pour capturer les structures locales. Généralement, σb ≈ σn et σq ≥ σn. 4.2.2 Construction Pavage adapté de l’espace Durant l’étape de construction, nous définissons un partitionnement de l’espace S en cellules spatiales. Ces cellules doivent être adaptées à la distribution des échantillons de P afin de respecter les variations topologiques de P (et d’obtenir un meilleur apprentissage des données). Nous fournissons dans cette partie une analyse de plusieurs solutions pour partitionner l’espace et de leur impact sur les performances du CovTree. Une des solutions les plus faciles est de diviser l’espace en un ensemble de cellules régulières par l’intermédiaire d’une grille [PD06, PD09]. Malgré sa simplicité de mise en œuvre, utiliser ce schéma de subdivision pour notre CovTree présente trois problèmes (Figure 4.4). Tout d’abord, la quantité de mémoire utilisée est d’autant plus grande que l’espace S est de dimension élevée et que la taille des cellules est faible. Ensuite, les cellules sont définies indépendamment du signal à considérer, ainsi, les gaussiennes anisotropes ne sont pas nécessairement représentatives des variations des échantillons. Le problème majeur vient4.2. ARBRE DE COVARIANCE SIMPLIFIÉ 59 du fait que ces cellules ne contiennent pas obligatoirement des échantillons et accaparent inutilement de l’espace mémoire. Pour résoudre ce problème, il est plus judicieux d’utiliser des structures de subdivision hiérarchique telle que le kd-tree [AGDL09]. Ce dernier est défini comme un arbre binaire dans lequel chaque nœud est associé à un sous-espace de S. Chaque nœud interne de l’arbre divise l’espace en deux demi-espaces distincts selon un hyperplan normal à la direction de plus grande variation des points. Cette direction est choisie parmi les directions d’un repère orthonormé fixe de l’espace S définie indépendamment de P. Une fois encore, les cellules spatiales échouent à capturer l’anisotropie des données correctement (Figure 4.4). Les échantillons, regroupés de manière inadéquate, définissent des distributions locales de P parasites. De plus, le partitionnement ainsi défini est différent pour tout changement d’orientation. Par conséquent, nous définissons notre CovTree par l’intermédiaire d’une structure de partitionnement binaire de l’espace, le bsp-tree [FKN80], qui divise l’espace en deux sousespaces distincts par l’intermédiaire d’un hyperplan orienté selon la direction de plus grande variation des données d’entrées. Les cellules ainsi obtenues ne sont pas nécessairement parallélépipédiques et permettent de tenir compte de l’anisotropie des données à apprendre (Figure 4.4). Les gaussiennes anisotropes résultantes permettent de mieux représenter le signal. Algorithme Nous divisons l’espace par l’intermédiaire d’un bsp-tree dont chaque nœud est associé à un sous-espace C ⊂ S, un sous-ensemble d’échantillons pj ∈ P ∩ C et à un rayon de cellule ηr (utilisé pour apprendre les distributions à différentes échelles). Chaque nœud interne de l’arbre divise l’espace en deux demi-espaces distincts par l’intermédiaire d’un plan de coupe {ηc, ηd} dont la normale ηd est définie comme le vecteur propre normalisé associé à la plus grande valeur propre de la covariance des {pj} et ηc par la moyenne des {pj}. En pratique, ηd est estimé avec une complexité linéaire par rapport à la dimension de S et au nombre d’échantillons en utilisant la méthode de la puissance itérée. Le rayon de cellule est défini par : ηr = max pj kpj − ηck (4.1) L’ensemble des points {pj} est partagé en deux sous-ensembles par rapport à leur distance signée au plan (pj − ηc) tηd. Les deux sous-branches du nœud η sont ensuite construites en se basant sur ces deux sous-ensembles. En initialisant le nœud racine avec l’ensemble des données d’entrée {pi}, nous appliquons récursivement ce schéma de subdivision tant que le rayon de cellule ηr > σb. Par consé- quent, l’utilisateur peut choisir la précision d’apprentissage de notre CovTree (ainsi que la quantité de mémoire qu’il va utiliser) en modifiant la valeur du paramètre σb. L’Algorithme 1 présente le pseudo-code de cette étape de construction.60 Algorithm 1: Construction de l’arbre Fonction ConstruireNœud(C ⊂ P, σb ∈ R) Entrées: C un sous-ensemble de P, σb l’échelle d’arrêt Sorties: η le nœud créé Allouer un nouveau nœud η // Estimation des paramètres de la cellule ηd ← le vecteur associé à la plus grande valeur propre de cov(C) ηc ← mean pi∈Ck (pi) ηr ← max pi∈Ck kpi − ηck si ηr ≤ σb alors Marquer η comme feuille de l’arbre sinon // Répartition des points dans les deux sous-espaces Cgauche ← {pi ∈ Ck,(pi − ηc) tηd ≤ 0} Cdroit ← {pi ∈ Ck,(pi − ηc) tηd ≥ 0} // Création des deux sous-arbres ηgauche ← ConstruireNœud(Cgauche, σb) ηdroit ← ConstruireNœud(Cdroit , σb) fin retourner η fin 4.2.3 Apprentissage Algorithme Une fois la structure de l’arbre initialisée, nous pouvons calculer les statistiques de chaque cellule en propageant l’ensemble des données d’apprentissage {pi} à travers l’arbre. En partant de la racine, les points traversent l’arbre jusqu’à atteindre une feuille. Le parcours est effectué en considérant les positions des points pi . Les gaussiennes anisotropes associées à chacun des nœuds η traversés sont enrichies des valeurs pi pondérées par un poids wi = φ  kpi−ηck ηr  . Ce poids est défini grâce à une approximation compacte, linéaire par morceaux du noyau gaussien φ centré en ηc et de variance ηr : φ(x) =    4 − 0.75x 2 (2 − x) si 0 < |x| ≤ 1 0.25(2 − x) 3 si 1 < |x| ≤ 2 0 sinon (4.2) Pour simplifier les deux étapes d’apprentissage et de requête, la moyenne et la covariance des échantillons ne sont pas directement conservées en chaque nœud. A la place, nous4.2. ARBRE DE COVARIANCE SIMPLIFIÉ 61 Algorithm 2: Apprentissage des variations locales Fonction ApprendreVariations(p, η) Entrées: p un point à ajouter dans la structure, η un nœud de l’arbre // Calcul des poids w par approximation d’une gaussienne de variance ηr w ← φ  kpi−ηck ηr  // Mise à jour des statistiques de chaque nœud wη := wη + w w2η := w2η + w.w µη := µη + w.p Ση := Ση + w.p tp // Apprentissage des statistiques à une échelle inférieure si η n’est pas une feuille de l’arbre alors si (p − ηc) tηd ≤ 0 alors ApprendreVariations(p, ηgauche) sinon ApprendreVariations(p, ηdroit) fin fin fin stockons une somme partielle µη , une somme croisée partielle des positions Ση et deux constantes de normalisation wη et w2η : wη := wη + wi w2η := w2η + wi .wi µη := µη + wi .pi Ση := Ση + wip t ipi (4.3) La moyenne et la covariance représentatives des variations du nœud peuvent être retrouvées à partir de ces quatres variable. L’Algorithme 2 présente le pseudo-code de l’étape d’apprentissage. Complétion des données d’apprentissage De manière générale, le même ensemble de points P est utilisé lors de l’étape de construction et d’apprentissage. Néanmoins, il est possible d’utiliser un sous-ensemble représentatif P ′ ⊂ P différent pour définir un partitionnement de l’espace S lors de l’étape de construction. Cette approche possède deux avantages : (i) le partitionnement de l’espace peut être défini plus rapidement (en particulier dans le cas d’une large base de données), (ii) il n’est pas nécessaire de connaître l’ensemble des données pour commencer l’apprentissage des données (par ex. traitement vidéo). De plus, comme nous utilisons une analyse statistique partielle (nous stockons en mémoire uniquement des sommes partielles et non directement les statistiques), il devient possible62 d’ajouter au fur et à mesure des échantillons par l’intermédiaire de l’Équation 4.3. Chaque point ajouté durant l’étape d’apprentissage augmente la précision des distributions apprises par chaque cellule. L’avantage d’une telle approche est que l’espace mémoire utilisé reste constant quel que soit le nombre d’échantillons rajoutés. En effet, nous ne gardons pas en mémoire l’ensemble des échantillons, mais uniquement les quatre variables wη, w2η, µη et Ση. Cette propriété peut être utilisée pour apprendre la distribution d’échantillons issus d’une grande base de données. Notre structure représente localement la répartition des échantillons par l’intermédiaire de gaussiennes multivariées utilisant peu d’espace mémoire. Cette propriété sera utilisée en Section 5.2 pour approcher l’a priori sous-jacent aux patchs des images naturelles. 4.2.4 Requête Accélération de la requête Pour tout voisinage de centre q ∈ S et de rayon σq ∈ R, la gaussienne anisotrope est estimée par une combinaison des données apprises sur chaque nœud de l’arbre avec des poids décroissants par rapport à l’éloignement au centre de la requête q. Pour accélérer le calcul de cette estimation, il suffit de sélectionner uniquement les nœuds qui possèdent les poids les plus élevés. Certaines méthodes [AGDL09] proposent par exemple un schéma de requête à importance des échantillons. L’idée principale est de distribuer un nombre d’échantillons à travers l’arbre jusqu’à atteindre les feuilles en favorisant les nœuds de poids les plus élevés. Cette démarche peut être perçue comme une méthode de Monte-Carlo qui propage les points dans l’arbre de manière probabiliste de sorte à atteindre les nœuds les plus proches. Même si une telle démarche fonctionne relativement bien pour des espaces de basses dimensions (car peu d’échantillons sont nécessaires pour estimer correctement les distributions), pour des espaces de dimensions élevées il devient nécessaire de faire un choix entre précision de l’estimation et temps de calculs. En effet le nombre d’échantillons nécessaires pour avoir une précision de l’estimation suffisante est plus élevé. Par conséquent, ce genre d’approche ne peut être utilisé dans notre CovTree. Pour ré- soudre ce problème, nous proposons d’utiliser l’apprentissage des distributions à différents niveaux de l’arbre et le rayon ηr associé à chaque nœud. Cette démarche nous permet de limiter le parcours en profondeur de l’arbre, le nombre de nœuds à explorer et d’être plus indépendant de l’échelle de la requête σq. Algorithme Une fois notre CovTree complètement construit et appris, nous utilisons un schéma de requête pour estimer la gaussienne anisotrope décrivant la distribution des données apprises pour n’importe quel voisinage centré en q ∈ S d’échelle σq ∈ R. Tout d’abord, nous collectons l’ensemble des nœuds η qui intersecte la boule [q, σq]. Pour ce faire, chaque requête traverse l’arbre jusqu’à atteindre une feuille ou un nœud vérifiant4.2. ARBRE DE COVARIANCE SIMPLIFIÉ 63 Algorithm 3: Interroger l’arbre Fonction InterrogerArbre(q, σq) Entrées: q ∈ S un point requête et σq une échelle de requête Sorties: la gaussienne anisotrope N (µˆ, Σˆ ) // Requête de l’arbre en commençant par la racine η0 {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} ←CalculerVariations(q, σq, η0) // Estimation des paramètres de la gaussienne multivariée µˆ ← 1 wˆµ Σˆ ← wˆ 2−wˆ2 wˆ (Σ − wˆµˆ tµˆ) retourner N (µˆ, Σˆ ) fin Fonction CalculerVariations(q, σq, η) Entrées: q ∈ S un point requête, σq une échelle de requête et η un nœud de l’arbre Sorties: µ, Σ, ˆw et ˆw2 si ηr ≤ σq où η est une feuille de l’arbre alors // Calcul des poids w par approximation d’une gaussienne de variance σq w ← φ  kq−ηck σq  // Ajout des variations du nœud η wˆ := ˆw + w wˆ2 := ˆw2 + w 2 µ := µ + wµη Σ := Σ + wΣη sinon // Ajout des variations du nœud η en résultat si (q − ηc) tηd ≤ σq alors {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} := {w, ˆ wˆ2, µ, Σ}+CalculerVariations(q, σq, ηgauche) sinon {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} := {w, ˆ wˆ2, µ, Σ}+CalculerVariations(q, σq, ηdroit) fin fin retourner {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} fin ηr > σq. Lors de la propagation de la requête, nous considérons que chaque cellule est élargie de σq. Ainsi pour des distances au plan de coupe |(q − ηc) tηd| < σq, les deux sous-arbres gauche et droit sont explorés.64 Au final, la distribution en q est estimée par une combinaison des distributions des nœuds collectés {µi , Σi} pondérées par des poids wi définis à partir de l’approximation du noyau gaussien φσq centré en q et de variance σq : wˆ = X i wiwηi wˆ2 = ˆw 2− X i wiw2ηi µˆ = 1 wˆ X i wiµηi Σˆ = wˆ wˆ2 X i wiΣηi − wˆµˆ tµˆ (4.4) Si σq est choisi suffisamment large, la gaussienne anisotrope obtenue décrit la distribution de l’ensemble des données apprises. L’Algorithme 3 présente le pseudo-code de l’étape de requête. 4.3 Généralisation Dans la partie précédente, nous avons présenté une version simplifiée de notre CovTree qui permet d’apprendre la distribution d’un ensemble de points d’un espace de dimension arbitraire. Pour une majorité d’applications de notre CovTree, cette définition reste trop limitée. Nous proposons dans cette section de la généraliser en utilisant deux domaines distincts : le domaine spatial S qui définit les distances entre les différents échantillons de l’espace et le domaine des attributs R qui associe chaque échantillon à une valeur. 4.3.1 Notations Soit un domaine spatial S ∈ R dS et un nuage de points P = {pi}i∈[[1,N]] de N échantillons. Nous allons considérer une correspondance f : S → R associant à chaque échantillon de position spatiale pi ∈ S, une valeur fi du domaine des attributs R ∈ R dR. Pour une meilleure compréhension, il peut être utile de considérer f comme une fonction. Néanmoins, notre structure ne requiert pas que la correspondance f soit connue explicitement, bien définie ou unique pour n’importe quel p ∈ S. L’association entre les p et les f est apprise à l’aide de notre approche à partir d’une base de données de paires d’échantillons (pi ,fi). Une telle représentation peut par exemple être utilisée pour représenter des images RGB associant à chaque pixel de l’image pi = (xi , yi) T une valeur couleur fi = (ri , gi , bi) T , des nuages de points 3D définis par leurs positions spatiales et normales pi = fi = (xi , yi , zi , nx i , n y i , nz i ) T , etc.4.3. GÉNÉRALISATION 65 (a) Population (pi , fi ) (b) Principe de notre CovTree généralisé f0 f5 f2 f1 f7 f6 f4 f3 f0 f5 f2 f1 f7 f6 f4 f3 {f1 f3 f6 f4 f7 { Figure 4.5: Gauche : Considérons une foule dont chaque individu possède une position spatiale pi définie dans le domaine spatial S et un attribut fi défini dans le domaine des attributs R. À l’aide de notre CovTree généralisé, nous apprenons la répartition des {fi} par rapport à leur position spatiale {pi} et à différentes échelles spatiales. Droite : Ainsi en considérant un sous-ensemble spatial de centre q ∈ S de taille σq ∈ R (représenté en Vert), notre structure de données permet d’estimer la distribution des attributs des individus qui sont compris dans ce voisinage en la modélisant par une gaussienne multivariée définie dans l’espace des attributs R. Cette dernière est définie par une moyenne µˆ ∈ R et une matrice de covariance Σˆ ∈ R × R. 4.3.2 CovTree généralisé Principe général Tout comme sa version simplifiée, la version généralisée de notre CovTree permet d’apprendre des distributions pour différentes échelles et de fournir pour tout voisinage requête une gaussienne anisotrope modélisant la distribution des données locales apprises comprise dans ce voisinage. Cette structure est définie par l’intermédiaire d’un domaine spatial S (utilisé pour définir le voisinage des échantillons) et d’un domaine des attributs R (utilisé pour définir les distributions). Ainsi, tout regroupement des échantillons et requête de voisinage sont effectués dans S alors que les distributions apprises et résultantes sont définies dans R. Cette différence étant difficile à appréhender, nous proposons une illustration du principe du CovTree généralisé ainsi que la distinction entre les deux domaines S et R en Figure 4.5 considérons une population d’individus possédant une position spatiale pi ∈ S (correspondant à leur position dans l’espace) et un attribut fi ∈ R associé (correspondant aux valeurs inscrites dans chaque individu). Ici, nous ne posons aucune condition sur le lien qui existe entre pi et fi . Par l’intermédiaire de notre CovTree généralisé, nous souhaitons analyser les variations des attributs associés à un sous-ensemble d’individus de cette foule. Cette distribution d’attributs sera modélisée par l’intermédiaire d’une gaussienne anisotrope.66 Applications S R Méthode de reconstruction Gaussien 1D Position des pixels Niveau de gris Moyenne (xi, yi) (gi) Gaussian 3D Position des pixels Valeur couleur Moyenne (xi, yi) (ri, gi, bi) Bilateral Position des pixels + Valeur couleur Valeur couleur Moyenne (xi, yi, ri, gi, bi) (ri, gi, bi) NLM patches autour du pixel Valeur couleur EAP Pxi,yi (ri, gi, bi) NLB Patches Patches MAP Pxi,yi Pxi,yi Completion de trous pyramidal Patches basse résolutions Patches hautes résolutions MAP PSS Point 3D Point 3D Moyenne  xi, yi, zi n x i , n y i , n z i   xi, yi, zi n x i , n y i , n z i  NLPSS Patches 3D Champs scalaire EAP Pxi,yi,zi vi NLB-PSS Patches 3D Patches 3D + champs scalaire MAP Pxi,yi,zi (Pxi,yi,zi , vi) Table 4.1: Notre CovTree est très flexible : Cette table montre comment définir les domaines spatiaux S et des attributs R ainsi que la méthode de reconstruction à utiliser.4.3. GÉNÉRALISATION 67 Les regroupements des individus (sous-ensembles) sont définis dans le domaine spatial S, c’est-à-dire en considérant uniquement les positions spatiales pi de chacun de ces individus. Ensuite, les distributions de ces différents regroupements sont estimées en considérant uniquement les attributs fi associés à chaque individu de ce sous-ensemble. Par conséquent, la gaussienne anisotrope résultante correspond uniquement aux variations dans l’espace des attributs R de ce sous-ensemble d’individus (et non de leur position spatiale pi). Notre CovTree généralisé permet donc d’apprendre de grandes bases de données de couples d’échantillons exemples (pi ,fi) et fournit pour tout voisinage spatial q ∈ S de rayon σq ∈ R la distribution des attributs associée à ces échantillons représentés par une gaussienne anisotrope définie dans R. Il est possible de retrouver la version simplifiée de notre CovTree en confondant les deux domaines spatiaux et des attributs : S = R. Problèmes de restauration simple Avant de présenter les modifications apportées par la version généralisée de notre CovTree, nous illustrons ici quelques problèmes de restauration simple qui peuvent être traités par notre structure : 1. Convolution gaussienne : Considérons une image à niveaux de gris bruitée u˜(x, y) = u(x, y)+n(x, y). Dans ce cas dS = 2 (correspondant aux deux coordonnées spatiales) et dR = 1 (correspondant au niveau de gris). En supposant l’image homogène, un a priori de la valeur ˜u(x, y) peut être estimé à partir des valeurs ˜u(x ′ , y′ ) d’un ensemble de voisins p = (x ′ , y′ ) proche du point requête q = (x, y). Dans ce cas, la convolution gaussienne peut être définie comme Estimation A Posteriori (EAP) de cet a priori. 2. Filtre Bilateral : Considérons désormais une image bruitée couleur ˜u(x, y) = u(x, y) + n(x, y). En définissant dS = 5 (correspondant aux deux coordonnées spatiales (x, y) plus trois canaux couleurs (r, g, b)) et dR = 3 (les trois canaux couleurs (r, g, b)). Cette fois l’estimation de la valeur débruitée obtenue est plus fine, en effet, les points (x, y) proches d’un contour pourront être rejetés grâce à l’information de couleur qui a été ajoutée au domaine spatial S. 3. Filtre Non-Local : Pour des images hautement texturées, la supposition d’image lisse des deux précédentes illustrations n’est plus valable. Dans ce cas, les filtres non locaux supposent que l’ensemble des patchs d’une image texturée appartiennent à une variété lisse de basse dimension. En prenant pi = fi comme l’ensemble de tout les patchs de l’image, un patch requête q peut être débruité par les NLB [LBM13] en calculant une gaussienne multivariée à partir d’un ensemble de patchs voisins {pj , pj ∈ N(q)} proches de la requête q. Cette distribution gaussienne est utilisée pour estimer le patch débruité via une Maximisation A Posteriori (MAP) Bayesienne. En complément des exemples précédents, nous présentons en Table 4.1 d’autres problèmes de restauration qui peuvent être modélisés par cette structure. 4.3.3 Algorithme généralisé Les principes sous-jacents et les différents explications proposées pour définir la version simplifiée de notre CovTree 4.2 restent toujours valables dans sa version généralisée. Ainsi,68 Algorithm 4: Construction de l’arbre généralisé Fonction ConstruireNœud(C ⊂ pi , σb ∈ R) Entrées: C un sous-ensemble de pi , σb l’échelle d’arrêt Sorties: η le nœud créé allouer un nouveau nœud η // Estimation des paramètres de la cellule ηd ← le vecteur associé à la plus grande valeur propre de cov(C) ηc ← mean pi∈Ck (pi) ηr ← max pi∈Ck kpi − ηck si ηr ≤ σb alors Marquer η comme feuille de l’arbre sinon // Répartition des points dans les deux sous-espaces Cgauche ← {pi ∈ Ck,(pi − ηc) tηd ≤ 0} Cdroit ← {pi ∈ Ck,(pi − ηc) tηd ≥ 0} // Création des deux sous-arbres ηgauche ← ConstruireNœud(Cgauche, σb) ηdroit ← ConstruireNœud(Cdroit , σb) fin retourner η fin nous présenterons uniquement dans cette section les différences entre les opérateurs simplifiés et les opérateurs généralisés. Pour que le lecteur appréhende bien ces différences, nous fournissons le pseudo-code généralisé de chaque étape dans leur intégralité. Construction Durant l’étape de construction, nous définissons un partitionnement de l’espace spatial S. Seules les positions spatiales pi des couples d’échantillons interviennent ici pour définir des cellules représentatives. En effet, comme nous l’avons illustré en Figure 4.5, notre structure de données fournit une analyse statistique des variations des attributs en fonction de regroupements spatiaux (et non en fonction des attributs). Par conséquent, le critère d’arrêt σb ∈ R correspond désormais à une échelle spatiale. L’Algorithme 4 fournit le pseudo-code de l’étape de construction généralisée. Apprentissage Désormais, l’apprentissage des distributions des échantillons est effectué sur le domaine des attributs. Comme l’arbre est défini en considérant le domaine spatial S, chaque couple d’échantillons (pi ,fi) explore l’arbre en fonction de sa position spatiale pi . Chaque échan-4.4. ANALYSE ET TEMPS DE CALCUL 69 Algorithm 5: Apprentissage des variations locales généralisé Fonction ApprendreVariations(p,f, η) Entrées: p un point à ajouter dans la structure, η un nœud de l’arbre // Calcul des poids w par approximation d’une gaussienne de variance ηr w ← φ  kpi−ηck ηr  // Mise à jour des statistiques de chaque nœud wη := wη + w w2η := w2η + w.w µη := µη + w.f Ση := Ση + w.f t f // Apprentissage des statistiques à une échelle inférieure si η n’est pas une feuille de l’arbre alors si (p − ηc) tηd ≤ 0 alors ApprendreVariations(p,f, ηgauche) sinon ApprendreVariations(p,f, ηdroit) fin fin fin tillon ajoute une contribution partielle pondérée de ces attributs fi . Le poids est défini par l’approximation de la gaussienne φ et dépend de la distance spatiale entre pi et le centre spatial de la cellule ηc. Lors de cette étape, chaque nœud de l’arbre est associé à une gaussienne anisotrope définie dans le domaine des attributs R, exprimant la distribution des attributs fi des échantillons qu’il contient. L’Algorithme 5 présente le pseudo-code de l’opérateur d’apprentissage. Requête Pour toute requête définie par une position spatiale q ∈ S et échelle spatiale σq ∈ R, notre CovTree fournit la distribution des attributs de l’ensemble des échantillons appris appartenant à ce voisinage spatial par l’intermédiaire d’une gaussienne multivariée définie dans R. Par conséquent la moyenne µˆ et la matrice de covariance Σˆ estimée par notre CovTree seront respectivement de dimensions dR et dR × dR. L’Algorithme 6 présente le pseudo-code de l’étape de requête généralisée. 4.4 Analyse et temps de calcul Dans cette section, nous analysons la complexité et les temps de calcul de chaque étape de notre CovTree. Cette analyse est effectuée indépendamment des applications possibles70 Algorithm 6: Interroger l’arbre Fonction InterrogerArbre(q, σq) Entrées: q ∈ R un point requête et σq une échelle de requête Sorties: la gaussienne anisotrope N (µˆ, Σˆ ) // Requête de l’arbre en commençant par la racine η0 {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} ←CalculerVariations(q, σq, η0) // Estimation des paramètres de la gaussienne multivariée µˆ ← 1 wˆµ Σˆ ← wˆ 2−wˆ2 wˆ (Σ − wˆµˆ tµˆ) retourner N (µˆ, Σˆ ) fin Fonction CalculerVariations(q, σq, η) Entrées: q ∈ S un point requête, σq une échelle de requête et η un nœud de l’arbre Sorties: µ, Σ, ˆw et ˆw2 si ηr ≤ σq où η est une feuille de l’arbre alors // Calcul des poids w par approximation d’une gaussienne de variance σq w ← φ  kq−ηck σq  // Ajout des variations du nœud η wˆ := ˆw + w wˆ2 := ˆw2 + w 2 µ := µ + wµη Σ := Σ + wΣη sinon // Ajout des variations du nœud η en résultat si (q − ηc) tηd ≤ σq alors {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} := {w, ˆ wˆ2, µ, Σ}+CalculerVariations(q, σq, ηgauche) sinon {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} := {w, ˆ wˆ2, µ, Σ}+CalculerVariations(q, σq, ηdroit) fin fin retourner {w, ˆ wˆ2, µ, Σ} fin de notre structure de données. Par conséquent, seules les performances temps et mémoire pour estimer des gaussiennes anisotropes seront prises en compte ici. Pour une analyse plus détaillée concernant les performances qualitatives de notre CovTree, nous renvoyons le lecteur en Section 5.1.1 où une implémentation des filtrages collaboratifs réalisés par l’intermédiaire de notre structure est comparée aux méthodes de l’état de l’art.4.4. ANALYSE ET TEMPS DE CALCUL 71 4.4.1 Complexité Notre CovTree est basé sur les trois principaux opérateurs de construction, apprentissage et requête. Nous rappelons que S est un domaine spatial de dimension dS et R un domaine des valeurs de dimension dR. Nous proposons d’analyser la complexité temporelle de ces trois principales étapes : 1. Construction : Supposons que nous utilisons Nb points pour définir le partitionnement de l’espace. Durant cette étape de construction, chacun des Nb points apparaît une seule fois dans chaque nœud de l’arbre. À chaque division est effectuée une analyse en composantes principales pour déterminer la direction de plus grande variation. Cette dernière est accélérée par la méthode des puissances qui estime le vecteur propre principal avec une complexité O(2mdSNb) ou la constante m = 3. Ainsi, en considérant que notre arbre possède Kb nœuds l’étape de construction complète prend O(dSNblog(Kb)). 2. Apprentissage : Supposons que nous utilisons Nl échantillons pour apprendre les distributions des données (e. g. Nl >> Nb). Comme les Nl points parcourent l’arbre en partant de la racine jusqu’à atteindre une feuille en n’explorant qu’une seule des deux sous-branches de chaque nœud, la classification des points prend donc O(NldSlog(Kb)). Pour chaque nœud rencontré, les matrices de covariance et moyenne sont mises à jour ce qui requiert un temps de O(Nld 2 Rlog(Kb)). L’étape d’apprentissage totale requiert donc O(Nl(dS + d 2 R)log(Kb)). 3. Requête : Supposons que nous utilisons Nq points en requête de notre arbre. Tout d’abord nous effectuons la recherche des Kq plus proches nœuds demandant une complexité de O(NqdSKq). Ensuite, l’estimation des gaussiennes anisotropes né- cessite O(Nqd 2 RKq). Au total, notre étape de requête possède une complexité de O(Nq(dS + d 2 R)Kq). Le coût mémoire de notre structure dépend uniquement du nombre de nœuds créés lors de l’étape de construction. En effet chaque point appris lors de l’étape d’apprentissage ne fait que mettre à jour les données apprises par chaque nœud de l’arbre sans prendre plus de mémoire. Par conséquent, le coût total en mémoire de notre structure de données est O(Kbd 2 R). 4.4.2 Discussion Il est intéressant de noter que l’arbre peut être construit sur un ensemble d’échantillons différents de ceux de la base d’apprentissage. De toute évidence pour que cette propriété soit intéressante, il est nécessaire que l’ensemble utilisé pour la construction soit significatif par rapport à l’ensemble des échantillons de l’étape d’apprentissage. Outre l’accélération évidente qu’apporte la diminution du nombre d’échantillons, notre structure permet un apprentissage progressif des données. Il devient possible de raffiner la précision des distributions pour un budget mémoire constant en apprenant des données supplémentaires. Cette propriété est l’un des aspects principaux de notre CovTree. Nous pouvons donc apprendre la distribution d’échantillons issue de grandes bases de données tout en contrôlant la quantité mémoire nécessaire à son apprentissage. Cette propriété permet également de72 1 5.5 10 128 256 512 1024 Temps (s) Facteur de filtrage Figure 4.6: Temps de calcul (en seconde) pour estimer 5.105 requêtes (excluant les étapes de construction et d’apprentissage qui sont exécutées une seule fois) par notre CovTree pour différentes échelles σq. Le temps est mesuré en se contraignant à l’utilisation d’un seul cœur de calcul sur un PC avec un processeur 2.4 GHz Intel Xeon avec 12 GB de mémoire. pouvoir réapprendre et/ou mettre jour les distributions sans pour autant avoir besoin de reconstruire complètement l’arbre. Une fois les données apprises, l’arbre peut être réutilisé pour différentes applications sans avoir besoin de recommencer son apprentissage complet. Cette propriété, particulièrement utile dans les technologies mobiles qui possèdent des capacités limitées, est possible grâce à notre algorithme de requête. L’estimation d’une gaussienne anisotrope pour tout voisinage de centre q ∈ S et toute échelle σq ∈ R ne requiert pas de recalculer l’arbre. Nous présentons en Figure 4.6 la courbe des temps de calcul pour interroger notre CovTree pour différentes échelles σq. Il est intéressant de noter que le temps requis pour résoudre une requête reste peu affecté par la taille σq de la requête. Cet avantage est dû à l’apprentissage des distributions à différentes échelles qui permet de limiter le nombre de nœuds (et du coup la complexité de calcul) nécessaires pour évaluer une requête. Comme nous le montrons en Figure 4.7, pour des échelles σq faibles, le parcours de l’arbre est uniquement effectué en profondeur. Pour des échelles σq élevées, au lieu de parcourir un grand nombre de nœuds (et ainsi de renvoyer les variations d’un grand nombre de feuilles), notre démarche permet d’effectuer un parcours en largeur de l’arbre tout en limitant son exploration en profondeur. Le pire des cas correspond aux échelles σq de taille moyenne. En effet, la requête doit effectuer un parcours en largeur et en profondeur. Il en résulte un grand nombre de nœuds à explorer pour pouvoir estimer cette requête. 4.5 Limitations et possibles améliorations Dans ce chapitre, nous avons introduit une nouvelle structure de données capable de traiter une famille continue de gaussiennes multivariés locales. Notre structure est efficace pour apprendre de grandes quantités d’échantillons avec peu d’espace mémoire et permet une estimation rapide des requêtes. Le modèle extrait varie continûment sur un domaine de valeurs R quand le point requête varie sur un domaine spatial S (potentiellement différent). En plus de la position, différentes échelles peuvent être spécifiées à la requête permet-4.5. LIMITATIONS ET POSSIBLES AMÉLIORATIONS 73 Figure 4.7: Notre requête accélérée permet de limiter le nombre de nœuds du CovTree à explorer (en vert) pour estimer une distribution anisotrope locale. (a) Quand la requête possède une échelle σq large, seuls les nœuds supérieurs de l’arbre sont explorés. (b) Pour des valeurs plus petites de σq, l’arbre est parcouru plus en profondeur tout en limitant son parcours en largeur. tant de définir différents degrés de localité spatiale pour le modèle statistique extrait. Cette structure de données sera utilisée dans le chapitre suivant pour résoudre différents problèmes de restauration. Néanmoins, notre structure de données peut être améliorée. En effet, lors de la construction de l’arbre, nous définissons un partitionnement de l’espace par l’intermédiaire d’un bsp-tree. Par rapport à d’autres structures de partitionnement, cet type d’arbre permet de mieux gérer l’anisotropie des données. Néanmoins, il n’offre aucune garantie sur la conservation de la topologie des échantillons que nous souhaitons apprendre. Par conséquent, les sousespaces définis de cette manière ne sont pas obligatoirement les plus significatifs pour représenter la variété sous-jacente aux données. Il en résulte une augmentation significative du nombre de nœuds pour représenter les échantillons ainsi qu’une mauvaise estimation des matrices de covariances correspondantes. Ce genre de problème peut être résolu par l’utilisation de structures de partitionnement qui respectent la topologie des données. Dans tout ce chapitre, nous avons fait la supposition que l’ensemble des échantillons étaient connus à l’avance ou qu’une partie suffisamment significative était connue. Pour de nombreuses applications où les échantillons arrivent au fur et à mesure (par ex. traitement vidéo, internet), il est impossible de définir un sous-ensemble significatif sans connaître l’intégralité des données. Ce type de problèmes peut être géré par notre structure de données en modifiant l’étape de construction. Une solution possible serait de partitionner l’arbre progressivement en fonction des données qui sont fournies en entrée de l’arbre. Il faut donc distinguer trois cas : (a) quand le nombre d’échantillons d’un nœud est trop faible, il est nécessaire de garder en mémoire l’ensemble des échantillons (b) quand le nombre d’échantillons d’un nœud est trop élevé le sous-espace correspondant doit être divisé en deux (c) sinon il faut garder en mémoire la distribution des échantillons. Malheureusement, une telle solution ne permet pas de résoudre les problèmes concernant la propagation des données apprises d’un nœud à ses enfants.74 Une autre amélioration possible de notre structure de données serait de faire évoluer les données apprises avec le temps. Considérons le cas où un ensemble d’échantillons a besoin d’être appris à des temps {t0, t1, . . . , tn} (par ex. flux vidéo). Nous supposons que pour deux temps consécutifs tk, tk+1, les variations entre échantillons à apprendre sont faibles. Au temps tk+1, il est intéressant de conserver partiellement les données apprises au temps tk. Nous proposons d’introduire un facteur d’oubli 0 ≤ α ≤ 1. Ce dernier serait multiplié aux données apprises à chaque changement de temps pour permettre de simuler une persistance mémorielle. Pour α = 0, l’ensemble d’échantillons appris est oublié d’un temps à l’autre. Pour α = 1, l’ensemble des échantillons est gardé en mémoire indéfiniment. Pour toutes valeurs de α, les données sont oubliées au fur et à mesure et remplacées par les nouveaux échantillons. Une telle solution suppose que le partitionnement de l’espace spatial S n’a pas besoin d’être mis à jour, ce qui est rarement vérifiable en pratique.C h a p i t r e 5 Filtrage collaboratif généralisé Dans cette partie, nous présentons plusieurs applications de restauration d’images et de surfaces 3D basées sur notre structure de données, le CovTree, introduite au Chapitre 4. En Section 5.1, nous proposons d’appliquer notre CovTree au débruitage d’images pour calculer l’algorithme des Non Local Bayes. Cette section nous permet de valider les performances qualitatives de notre structure de données, en comparant les performances des Non Local Bayes obtenues par notre CovTree et leur implémentation originale [LBM13]. En Section 5.2, nous utilisons notre CovTree pour apprendre un grand ensemble de patchs non bruités de sorte à définir un a priori des images naturelles. Nous l’utilisons pour amé- liorer le débruitages des images et pour définir la reconstruction d’images échantillonnées aléatoirement. En Section 5.3, nous introduisons les problèmes et les idées principaux pour pouvoir étendre les filtres collaboratifs au cas des nuages de points 3D. Dans cette section, nous utilisons les outils développés au Chapitre 3, pour étendre les NLPSS au cas des Non Local Bayes. Nous présentons également comment définir une base de données 3D appliquée à l’augmentation de la résolution du nuage de points. 5.1 Débruitage d’images par filtre collaboratif Durant ces dernières années, les différentes évolutions des filtres non locaux ont permis de développer un nouveau type de filtre : les filtres collaboratifs. Contrairement aux approches par NL-Means qui débruitent les patchs de l’image sans se soucier d’une information globale, ce type de filtre effectue une analyse commune de l’information basée sur des regroupements de patchs similaires. Ces méthodes permettent d’extraire les détails communs d’un groupe tout en préservant les caractéristiques spécifiques du patch considéré. Nous allons particulièrement nous intéresser aux NLB (Non Local Bayes) [LBM13] car ils exploitent l’information commune par l’intermédiaire d’une analyse de la moyenne et de la covariance du groupe de patchs. Malheureusement, comme il est coûteux et difficile d’effectuer des regroupements directement dans l’espace des patchs, ces statistiques sont généralement approchées de sorte que le filtre reste calculable. La formulation des NLB étant particulièrement adaptée, nous proposons, dans cette section, de les accélérer par l’intermédiaire de notre CovTree généralisé (Section 4.3.3). Cette application nous permet d’étendre au cas des NLB certaines accélérations classiques des 7576 NL-Means (telle que la réduction de la dimensionnalité globale des patchs par une analyse en composantes principales [APG07, Tas08, Tas09]) et de fournir une analyse qualitative des performances de notre CovTree. 5.1.1 Non Local Bayes Principe Considérons un ensemble P = {fi} de patchs de dimension dP obtenu à partir d’un ensemble de patchs non bruités P˜ = {ri} corrompu par un bruit additif ni gaussien d’écart type σn : fi = ri + ni La probabilité du bruit qui est rajoutée à chaque patch correspond donc à une gaussienne isotrope d’écart type σn. Introduit par Lebrun et coll. [LBM13], les NLB débruitent un patch d’intérêt q ∈ R dP en utilisant une Maximisation A Posteriori (MAP) bayésienne. Cette maximisation, équivalente à projeter le patch q localement sur la variété de patchs non bruités, suppose que les variations probabilistes des patchs s’expriment par une gaussienne anisotrope N (µq , Σq) de moyenne µq et de matrice de covariance Σq. Ne pouvant être directement calculée sur un ensemble de patchs non bruités, cette gaussienne est estimée à partir des patchs bruités {fi}. Les NLB sont basés sur trois principaux opérateurs inspirés des travaux concernant les BM3D (Block Matching 3D) [DFKE07,DFKE08,DFKE09] : 1. Regroupement : un groupe de patchs N(q) similaires à q est formé en considérant une distance quadratique normalisée. Le voisinage est défini à la fois dans l’espace des patchs et dans l’espace spatial (distance pixelique entre les centres des patchs). Cette restriction permet de rendre la recherche des patchs similaires calculables pour de grandes images, car elle devient indépendante de la taille de l’image. De plus, pour ne pas être trop sensible aux patchs parasites, le groupe est généralement limité aux k plus proches patchs. 2. Débruitage collaboratif : les variations des patchs associés au groupe sont modélisées de manière probabiliste par une gaussienne anisotrope N (µq , Σq) qui est ensuite utilisée pour définir un estimateur par MAP du patch débruité. Lors de cette étape, chaque patch est débruité indépendamment les uns des autres. 3. Agrégation : chaque pixel de l’image, commun à plusieurs patchs, est associé à plusieurs valeurs débruitées. Une valeur débruitée finale est donc obtenue par une moyenne sur l’ensemble des valeurs débruitées. Débruitage itératif Afin d’améliorer les performances du débruitage et d’estimer une gaussienne anisotropique N (µq , Σq) non biaisée, ces trois étapes sont itérées deux fois. Lors de la première itération, le patch d’intérêt q est débruité en considérant l’ensemble des patchs bruités {fi}. La gaussienne anisotrope correspond donc aux variances de l’ensemble5.1. DÉBRUITAGE D’IMAGES PAR FILTRE COLLABORATIF 77 des patchs bruités. Afin de débruiter conjointement les patchs du groupe tout en obtenant une modélisation des patchs non bruités, la matrice de covariance Σq est filtrée par un facteur σ 2 d correspondant à la variance du bruit estimée que contient l’image (σd ≈ σn) : Σ′ q = Σq − σ 2 d Id. L’estimateur de débruitage NLB(1) est défini pour tout patch bruité q associé à une moyenne µq et une matrice de covariance Σq calculée sur l’ensemble {fi} par : NLB(1)(q, µq , Σq) = µq + [Σq − σ 2 d Id]Σ−1 q (q − µq ) (5.1) Les patchs bruités {fi} sont donc débruités une première fois par : ˆr (1) i = NLB(1)(fi , µfi , Σfi ) (5.2) Durant la deuxième itération, le patch d’intérêt q est débruité en considérant l’ensemble des patchs {ˆr (1) i }. La gaussienne anisotrope décrit donc, désormais, les variations de l’ensemble des patchs débruités autour du patch d’intérêt débruité une première fois q (1) = NLB(1)(q, µq , Σq). L’estimateur de débruitage NLB(2) est défini pour tout patch bruité q associé à une moyenne µq(1) et une matrice de covariance Σq(1) calculée sur l’ensemble {ˆr (1) i } par : NLB(2)(q, µq(1) , Σq(1) ) = µq(1) + Σq(1) [Σq(1) + σ 2 d Id] −1 (q − µq(1) ) (5.3) Les patchs bruités {fi} sont donc débruités une deuxième fois par : ˆr (2) i = NLB(2)(fi , µˆr (1) i , Σˆr (1) i ) (5.4) Critère d’homogénéité Lors du calcul de l’Équation 5.1, certaines instabilités peuvent apparaître lorsque σd ≤ σn. Ces instabilités sont dues à l’estimation de la matrice de covariance débruitée Σ′ q . Il faut donc s’assurer par une Analyse en Composantes Principales (ACP) que l’ensemble des valeurs propres de Σ′ q restent positives ou nulles. Malheureusement, effectuer une ACP est d’autant plus coûteux que la dimension de l’espace des patchs dP est élevée. Les NLB proposent une résolution partielle de ce problème en introduisant un critère d’homogénéité. Dans le cas où l’ensemble des valeurs propres de Σ′ q sont négatives, les variations du groupe dans n’importe quelle direction correspondent uniquement à celles du bruit (cas d’un groupe de patchs homogène). Par conséquent, le meilleur estimateur pour le patch débruité est un patch moyen ¯r dont les valeurs sont toutes définies par : ∀k ∈ [[1, dP]], ¯r(k) = X fi∈N(q) X dP l=1 fi(l) (5.5) Le critère d’homogénéité permet de vérifier que le patch d’intérêt q n’est pas un patch homogène avant d’appliquer l’une des deux Équations 5.1 ou 5.3 accélérant ainsi le temps de calcul. En considérant un ensemble de m valeurs (correspondant à l’ensemble des valeurs contenues dans chaque patch du groupe), le critère d’homogénéité définit l’écart type des valeurs du groupe σh : σ 2 h = 1 m − 1   X fi∈N(q) X dP k=1 fi(k) 2 −   X fi∈N(q) X dP k=1 fi(k)   2   (5.6)78 Lorsque σh ≤ σn, le patch débruité est défini par l’Équation 5.5 sinon il reste débruité par les Équations 5.1 ou 5.3. Il est important de noter que ce critère permet de résoudre les problèmes d’instabilités quand l’ensemble des valeurs propres de Σ′ q sont négatives, mais ne permet pas résoudre les instabilités de calculs lorsqu’une partie des valeurs propres sont négatives. En pratique, ce problème reste peu visible, car il est atténué par l’étape d’Agrégation et l’utilisation de la double itération de l’algorithme. 5.1.2 Débruitage d’images par CovTree Adaptation des NLB Nous rappelons que le CovTree, tel qu’il a été introduit en Section 4.3.3, est une structure de données capable d’apprendre les variations d’un ensemble d’échantillons (pi ,fi) où pi est une position dans le domaine spatial S et fi est un attribut du domaine des attributs R. Le domaine spatial S est utilisé pour effectuer des regroupements entre les échantillons et le domaine des attributs R est utilisé pour analyser les variations des échantillons. Pour toute requête (q ∈ S, σq ∈ R), la structure retourne la gaussienne anisotrope N (µq,σq , Σq,σq ) de moyenne µq,σq ∈ R et de covariance Σq,σq ∈ R × R modélisant les variations des échantillons compris dans un voisinage spatial N(q, σq). La formulation des NLB étant particulièrement adaptée pour être calculée par notre CovTree, nous pouvons faire un parallèle entre les opérateurs du CovTree et les étapes des NLB. Par exemple, les opérateurs d’Apprentissage et de Requête peuvent être utilisés pour estimer une gaussienne anisotropique équivalente à celle estimée lors de l’étape de Débruitage collaboratif. Dans ce cas-là, le domaine des attributs R est défini par l’espace des patchs. Les attributs appris correspondent donc aux patchs de l’image. Pour pouvoir appliquer les deux itérations des NLB de manière équivalente, nous devons utiliser deux CovTree différents. La première est construite et apprise en utilisant l’ensemble des patchs de l’image bruités {fi} puis utilisée afin de débruiter l’ensemble des patchs par l’Équation 5.1 pour obtenir un premier débruitage des patchs {ˆr (1) i }. La deuxième est définie par rapport à l’ensemble des patchs débruités {ˆr (1) i } de sorte à pouvoir être utilisée par l’Équation 5.3 pour définir le patch débruité final. La gaussienne anisotropique N (µq,σq , Σq,σq ) estimée par notre CovTree dépend explicitement de la taille du voisinage σq considéré. Contrairement aux NLB originaux qui fixent définitivement cette taille pour accélérer le calcul du filtre, nous pouvons estimer diffé- rentes images débruitées en changeant la taille σq avec une influence négligeable sur le temps de calcul total. Critère de regroupement La distinction entre le domaine spatial S et celui des attributs R nous permet de définir différents critères de regroupement. En effet l’étape de Construction de notre CovTree permet d’effectuer des divisions dans S qui servent à rassembler les échantillons proches.5.1. DÉBRUITAGE D’IMAGES PAR FILTRE COLLABORATIF 79 La Construction du CovTree est donc équivalente à l’étape de Regroupement. La définition des données spatiales utilisées par notre CovTree permet d’introduire différents types de regroupement N(q). Nous introduisons donc trois différents types de voisinage pour les NLB : 1. Voisinage global : nous définissons un domaine spatial S qui est confondu avec le domaine des attributs R par p = fi . Dans ce cas, le voisinage N(q) dépend uniquement de la similarité entre les patchs bruités fi et le patch requête q. Le domaine spatial S est donc de dimension dS = dP. 2. Voisinage local : afin de définir un voisinage équivalent à celui utilisé dans la version originale des NLB, nous proposons d’augmenter S avec les coordonnées pixéliques du centre du patch x = (xi , yi). Par conséquent, les pi doivent désormais être proches spatialement de q. Ce voisinage est défini dans un domaine spatial S de dimension dS = dP + 2. 3. Voisinage local compressé : l’idée ici est d’adapter la réduction de dimensionnalité des patchs proposée dans le cas des NL-Means [APG07,Tas08,Tas09] au NLB. Nous proposons donc de réduire les dP dimensions de l’espace des patchs aux l < dP dimensions principales par une ACP globale de l’ensemble des patchs bruités de l’image. Dans ce cas, S est de dimension dS = l + 2. Il est important de noter que seul le domaine spatial S est changé (et a fortiori les regroupements des différents patchs). En particulier, le domaine des attributs R ne change pas, ce qui permet de calculer les NLB avec différent types de voisinages sans avoir à modifier les équations originales. Critère d’homogénéité Tout comme dans la version originale des NLB, nous pouvons définir un critère homogène calculable à partir de la moyenne µq , la matrice de covariance Σq et des deux constantes de normalisation wq et w2q estimées par notre CovTree. Dans notre cas, l’écart type des valeurs du groupe σh est défini par : σ 2 q = 1 w2 qdP − w2q  (w 2 q − w2q)  Tr(Σq) + wq µq 2 2  − w 2 q dP X l=1 µq (l) !2   (5.7) De plus, l’ensemble des valeurs de patch moyen ¯r sont définies par ∀k ∈ [[1, dP]], ¯r(k) = 1 dP X dP l=1 µq (l) (5.8) Le critère d’homogénéité tel qu’il a été introduit dans les cas de NLB originaux reste inchangé dans le cas de l’utilisation de notre CovTree. 5.1.3 Analyse des paramètres Dans cette partie, nous proposons une analyse des différents paramètres de l’application du CovTree au débruitage d’images. Nous n’analysons pas ici l’influence de l’échelle d’arrêt de notre CovTree car il est lié uniquement à la taille mémoire finale utilisée par notre80 structure. Nous n’analysons pas non plus l’influence de la taille des patchs sur la reconstruction, nous renvoyons donc le lecteur vers une analyse plus approfondie de ce paramètre effectué par Lebrun et coll. [LBM13]. Facteur de filtrage Le facteur de filtrage σd correspond à la quantité de bruit que contiennent les patchs bruités. Nous présentons en Figure 5.1 les restaurations d’une image corrompue par un bruit gaussien d’écart type σn = 0.08 obtenu pour différentes valeurs de σd. Pour mieux analyser l’influence de ce paramètre sur la qualité de la restauration finale, une seule itération des NLB sans utiliser le critère d’homogénéité a été appliquée (Équation 5.1). Une analyse de la qualité de la restauration de l’image en fonction de l’évolution de ce paramètre n’est généralement pas effectuée car il est évident que la meilleure restauration sera obtenue pour des valeurs , σd ≈ σn. Dans notre cas, l’évolution de ce facteur nous permet d’analyser les performances qualitatives de notre CovTree. Pour des valeurs de σd trop faibles (cas σd = 0.04), la matrice de covariance Σ′ q = Σq − σ 2 d Id n’est pas assez débruitée. Ainsi, le patch débruité obtenu est proche du patch bruité passé en requête. Pour des valeurs de σd trop élevées (cas σd = 1.00), l’ensemble des valeurs propres associées à la matrice de covariance Σ′ q sont nulles. Le patch débruité obtenu est donc confondu avec la moyenne µq estimée par notre CovTree. Pour des valeurs de σd moyennes (cas σd = 0.08), la matrice de covariance Σ′ q est exploitée efficacement de sorte à extraire l’information commune à l’ensemble des patchs bruités du groupe. L’image résultante réussit à supprimer le bruit tout en préservant les détails fins. Il est important de noter que l’image moyenne (cas σd = 1.00) conserve les caractéristiques principales de l’image d’entrée. Ainsi, les différentes divisions effectuées par notre structure de données dans le domaine spatial S respectent la topologie des patchs. L’image moyenne réussit en effet à flouter les zones homogènes tout en préservant les contours principaux de l’image. Une grande majorité des détails de l’image ont néanmoins été supprimés, car le nombre de nœuds de notre structure reste limité. Contrairement à d’autres structures d’accélération telle que les Gaussian KD-Tree [AGDL09], notre structure utilise des matrices de covariance pour représenter les variations du groupe. Le pouvoir de représentation des covariances étant plus important que celui de simples moyennes, le nombre de noeuds né- cessaire pour apprendre l’information contenue dans l’image est inférieur. Cette propriété est illustrée dans le cas σd = 0.08 où des détails fins de l’image sont restaurés, confirmant que les gaussiennes anisotropes estimées lors des étapes d’Apprentissage et de Requête sont représentatives des variations de chaque groupe de patchs. Taille du voisinage spatial Par l’intermédiaire de notre CovTree, on peut estimer une gaussienne anisotrope pour différentes tailles de voisinage σq. Contrairement au NLB classique, il est possible d’estimer les gaussiennes anisotropes pour différentes échelles pour un coût équivalent (Section 4.4.2). Nous présentons en Figure 5.2, les restaurations de trois différentes images bruitées avec un bruit additif gaussien d’écart type σn = 0.5 obtenues pour différentes tailles σq.5.1. DÉBRUITAGE D’IMAGES PAR FILTRE COLLABORATIF 81 Image originale Bruit d'écart type 0.08 Figure 5.1: Restauration d’une image corrompue par un bruit gaussien d’écart type 0.08 obtenu pour différents σd. Le choix idéal de σd est représenté en gras.82 Figure 5.2: Restaurations d’une image corrompue par un bruit additif gaussien d’écart type 0.2 obtenues pour différentes échelles d’estimation de la gaussienne anisotrope σq. Plus la taille σq est élevée plus la gaussienne anisotrope résultante est grossière. La taille idéale pour estimer la matrice de covariance est représentée en gras. Contrairement au NLB, la taille du voisinage peut être changée sans nécessiter de calculs supplémentaires. Pour des valeurs de σq trop larges (cas σq = 1.5), la gaussienne anisotrope estimée est trop grossière pour correctement modéliser la variété sous-jacente des patchs débruités.5.1. DÉBRUITAGE D’IMAGES PAR FILTRE COLLABORATIF 83 Bruit écart type 0.08 Crit. global (147-D) Crit. local (147+2-D) Crit. compressé (6+2-D) PSNR 22.7 dB PSNR 27.6 dB PSNR 28.0 dB PSNR 28.4 dB Figure 5.3: Comparaison des restaurations obtenues pour différents critères de voisinage. La première ligne correspond aux débruitages obtenus et la deuxième à l’écart entre le débruitage et l’image originale. Par conséquent, l’image restaurée perd toute l’information haute fréquence qu’elle contient entraînant la création de zones floues. Pour des tailles σq faibles (cas σq = 0.5), il n’est pas possible d’extraire les caractéristiques communes à chaque groupe. Ainsi, la gaussienne anisotrope résultante permet de représenter uniquement les structures de bruit locales ce qui se traduit par l’apparition d’un bruit de haute fréquence sur les images restaurées. La taille de voisinage idéale (cas σq = 0.6) doit être choisie par rapport à la quantité de bruit contenue dans les patchs bruités. Une telle taille permet de limiter l’apparition des hautes fréquences tout en préservant les caractéristiques de l’image. Choix du voisinage Nous présentons en Figure 5.3 différentes restaurations d’une image corrompue par un bruit additif gaussien d’écart type 0.08 pour différents types de voisinages. En utilisant un critère global, les regroupements de patchs se font uniquement en considérant une distance calculée dans l’espace des patchs. L’ensemble des patchs appris étant bruité, cette distance est très dépendante de la quantité de bruit dans les patchs. Ainsi, les groupes de patchs contiennent plus facilement des patchs parasites influençant négativement la qualité de la restauration finale. Un critère global peut donc être difficilement utilisé dans le cas de patchs bruités. Pour résoudre ce problème, il suffit d’augmenter de deux dimensions le domaine spatial correspondant à la position pixelique du centre du patch. Ce critère local permet de limiter84 30.7 31 31.3 1 2 4 8 16 32 64 PSNR(dB) Dimensionnalité spatiale ( ) Figure 5.4: Évolution du PSNR du débruitage de 20 images par notre CovTree-NLB en fonction de la réduction par ACP de la dimensionnalité du domaine spatial. La courbe moyenne est représentée en rouge et l’écart type des données centrées en gris. Les courbes de PSNR de chaque images présentent des formes similaires et montrent un pic autour des valeurs dS = 4. le nombre de points parasites présents dans un groupe. L’image restaurée est donc d’une meilleure qualité. Dans la version originale des NLB, ce critère est également utilisé afin d’accélérer le calcul du filtre en rendant indépendante de la taille de l’image l’étape de Regroupement. Comme nous le présentons en Figure 5.4, le critère compressé qui effectue une réduction de dimensionnalité par ACP appliqué sur le domaine S permet non seulement d’accélérer la recherche, mais de produire également de meilleurs résultats. Ce phénomène peut être expliqué par le fait que les valeurs propres les plus petites contiennent principalement du bruit. En gardant uniquement les valeurs propres les plus élevées, la distance entre les patchs devient donc moins sensible au bruit permettant de définir des regroupements de patchs plus pertinents. Schéma itératif Nous présentons en Figure 5.5, trois images restaurées obtenues après la première itération (Équation 5.1 puis la deuxième itération (Équation 5.3) des NLB. Les images sont corrompues avec un bruit additif gaussien d’écart type σn = 0.2. La première itération des NLB permet de récupérer les caractéristiques principales de l’image. Étant calculée uniquement sur l’ensemble des patchs bruités, l’estimation des gaussiennes anisotropes reste néanmoins biaisée entraînant l’apparition d’artefacts de hautes fréquences et de changements de teinte de certaines zones de l’image. Appliquer une deuxième itération calculée sur l’ensemble des patchs débruités permet de corriger ces problèmes. Désormais les variations et les regroupements sont calculés en considérant une distance entre les patchs qui n’est plus biaisée par le bruit. Les regroupements formés sont donc plus pertinents et permettent de mieux faire ressortir les détails communs à chaque groupe de patchs. Les images résultantes obtenues préservent mieux les caractéristiques.5.1. DÉBRUITAGE D’IMAGES PAR FILTRE COLLABORATIF 85 Première itération des NLB Deuxième itération des NLB PSNR 24.1 dB PSNR 24.6 dB PSNR 29.2 dB PSNR 29.6 dB PSNR 29.0 dB PSNR 29.6 dB Figure 5.5: Images débruitées obtenues après la première et la deuxième itération de notre CovTree-NLB à partir de trois images corrompues par un bruit additif gaussien d’écart type 0.2. Afin de mieux comparer les performances, nous fournissons des agrandissements des trois images sur les deux lignes centrales. Néanmoins, lorsque l’information d’un groupe est trop filtrée lors de la première itération, il devient difficile de récupérer cette information lors de la deuxième itération. Inversement, si le bruit présent dans le groupe n’est pas totalement éliminé alors il pourra être considéré comme une caractéristique principale du groupe diminuant ainsi la qualité de la restauration.86Original NL-Means NLB Original NLB par CovTree Bruit PSNR 14.7 dB PSNR 14.6 dB PSNR 14.8 dB PSNR 27.9 dB PSNR 23.8 dB PSNR 28.8 dB PSNR 29.0 dB PSNR 24.7 dB PSNR 29.5 dB PSNR 29.2 dB PSNR 24.6 dB PSNR 29.6 dB Figure 5.6: Résultats de restaurations obtenus pour différents algorithmes de débruitages non locaux : les NL-Means [GO12], les NLB originaux [LBM13] et notre CovTree-NLB. Un agrandissement de ces images est proposé en Figure 5.7 5.1.4 Résultats Nous présentons en Figure 5.6 les résultats obtenus pour trois méthodes : les NL-Means calculées par l’approche de Gastal et coll. [GO12], les NLB originaux [LBM13] et notre CovTree-NLB. Ces méthodes sont appliquées à trois différentes images corrompues par un bruit additif gaussien d’écart type 0.2. Pour mieux percevoir les différences entre les différentes méthodes, nous présentons en Figure 5.7 des vues détaillées de ces différents résultats. Les résultats du CovTree sont obtenus sans utiliser le critère d’homogénéité et en réduisant la dimensionnalité des patchs aux 6 principales dimensions.5.1. DÉBRUITAGE D’IMAGES PAR FILTRE COLLABORATIF 87 Original NL-Means NLB Original NLB par CovTree PSNR 14.7 dB PSNR 14.6 dB PSNR 14.8 dB PSNR 27.9 dB PSNR 23.8 dB PSNR 28.8 dB PSNR 29.0 dB PSNR 24.7 dB PSNR 29.5 dB PSNR 29.2 dB PSNR 24.6 dB PSNR 29.6 dB Bruit Figure 5.7: Comparaison de différents algorithmes non locaux : les NL-Means [GO12], les NLB originaux [LBM13] et notre CovTree-NLB.88 Dans le cas des NL-Means, les pixels de l’image sont débruités à partir d’une combinaison de valeurs bruitées. Le poids de chaque élément est calculé en fonction d’une mesure de similarité évaluée à partir d’un voisinage autour du pixel. Malheureusement, ce voisinage est défini à partir de l’image bruitée. Par conséquent, la mesure de similarité aura tendance à rechercher des pixels dans l’image qui possèdent des voisinages qui sont bruités de la même manière que le patch d’intérêt. Ce phénomène reste peu visible pour des écarts types σn faibles, mais se traduit par l’apparition d’un bruit résiduel haute fréquence pour des valeurs de σn élevées. Ce problème est particulièrement visible en Figure 5.7, où il entraine l’apparition d’imprécisions et la modification des contours de l’image. Ce problème est corrigé dans les NLB originaux en analysant l’information commune à un groupe de patchs similaires. À la différence des NL-Means, le filtrage est effectué collaborativement. Les caractéristiques principales communes à l’ensemble des patchs du groupe sont donc extraites indépendamment du bruit puis utilisées pour filtrer le patch. Les NLB permettent donc de mieux préserver les détails principaux contenus dans l’image sans introduire de bruit haute fréquence. Notre CovTree-NLB permet d’obtenir des résultats légèrement supérieurs aux NLB originaux. Nous pouvons expliquer cette différence par l’utilisation du critère de voisinage local compressé. Il permet de former des groupes de patchs similaires moins dépendants du bruit. De plus, dans la formulation originale des NLB, la moyenne et la covariance sont estimées avec un poids constant à partir d’une combinaison des k plus proches voisins. Dans notre cas, la combinaison est pondérée en utilisant un noyau gaussien qui limite l’influence des patchs parasites. En effectuant une comparaison plus détaillée, nous pouvons remarquer que les NLB originaux ont tendance à créer des zones régulières. Ce problème est dû à l’utilisation du critère homogénéité qui a tendance à uniformiser l’ensemble des valeurs du patch. Comme notre CovTree-NLB n’utilise pas le critère d’homogénéité, le patch est remplacé dans notre cas par la moyenne estimée durant la phase de requête de notre CovTree. Comme nous l’avons vu précédemment, la moyenne estimée par notre structure permet de bien préserver les caractéristiques principales. Elle remplace donc les zones régulières qui provoquent un phénomène de quantification par des variations lisses entre les différentes zones. Pour conclure, les deux implémentations des NLB produisent des résultats globalement équivalents. Ce constat nous permet donc d’affirmer que notre CovTree est correctement défini pour estimer la moyenne et la covariance d’un ensemble d’échantillons pour diffé- rentes requêtes qui peuvent être utilisées dans des approches telles que les NLB. 5.2 Restauration par dictionnaires Une propriété intéressante de notre CovTree est qu’il peut être utilisé pour apprendre les variations à différentes échelles de grandes bases d’échantillons en utilisant une quantité de mémoire limitée. Nous proposons d’exploiter ce caractère compressif afin de résoudre deux applications : le débruitage par dictionnaire et la reconstruction d’images échantillonnées aléatoirement.5.2. RESTAURATION PAR DICTIONNAIRES 89 Figure 5.8: Échantillons de la base de données de façades parisiennes comprenant plus de 120 images (soit plus de 108 patchs). 5.2.1 Principe général Avec la démocratisation des capteurs numériques et la facilité d’accès aux réseaux de communication, il est devenu facile aujourd’hui de récupérer et/ou partager de l’information. Malgré la multiplication de ces données, il existe encore peu de moyens réussissant à exploiter cette grande quantité d’informations et d’en extraire des caractéristiques utiles. Pourtant, l’utilisation d’une telle connaissance pourrait être particulièrement utile dans des domaines tels que la restauration. Durant ces dernières années, les méthodes de restauration des images ont proposé des approches de plus en plus performantes pour réussir à récupérer l’information contenue dans des images corrompues. Néanmoins, les performances de ces méthodes resteront toujours limitées du fait que les données sont trop détériorées ou trop rares pour être récupérées. L’utilisation d’une analyse de l’information commune à de grands ensembles d’images pourrait donc permettre de résoudre ce problème tout en améliorant la qualité de la restauration. Cette idée est confirmée dans [LN11] où l’utilisation de grandes bases d’images est proposée comme un moyen d’apprendre l’a priori sous-jacent aux patchs d’images naturelles. Ce genre d’approche (appelée shotgun NLM [LCBM12]) a été utilisé pour estimer les limites fondamentales des méthodes de débruitage non locales. Néanmoins, aucune proposition n’a été faite afin de rendre ce genre de méthodes calculables dans le cas d’applications réelles. Une idée similaire a ensuite été proposée par [ZW11]. Elle définit un apprentissage sur une large base de données par l’intermédiaire d’une approche similaire à celle des PLE [YSM12]. Malheureusement, une telle approche nécessite plusieurs jours pour apprendre l’a priori sous-jacent. Nous proposons donc d’utiliser notre CovTree généralisé afin d’apprendre l’a priori sousjacent aux patchs des images naturelles rapidement et en utilisant une quantité de mémoire limitée. Une fois encore, cet avantage est possible, car la quantité de mémoire utilisée par90 notre structure de données dépend uniquement de la précision de l’information que l’on souhaite apprendre et non du nombre d’échantillons à apprendre. Dans toute cette section, nous considérons un ensemble de 108 patchs non bruités de dimension 7×7 extraits d’une base de plus de 120 images de façades parisiennes. Ces patchs seront utilisés lors de l’étape d’Apprentissage de sorte à pouvoir définir une approximation de l’a priori sous-jacent de l’ensemble des patchs appartenant aux images naturelles. Nous présentons en Figure 5.8 un sous-ensemble d’images appartenant à cette base de données. En terme de performance, un tel apprentissage nécessite environ 5 heures de calcul sur un PC possédant un processeur 2.4 GHz Intel Xeon et utilise 8GB de RAM pour retenir l’ensemble de la structure de données. En comparaison, ce temps de calcul est bien plus rapide que les temps de calcul reportés dans [LN11, ZW11] alors que la quantité d’échantillons apprise par notre structure est largement supérieure. 5.2.2 Débruitage d’images Principe Les démarches par NLB restaurent l’image en utilisant uniquement un ensemble de patchs bruités. Par conséquent, la gaussienne anisotrope utilisée pour modéliser l’a priori sousjacent représente les variations des patchs bruités. Les NLB résolvent ce problème en débruitant la matrice de covariance d’un facteur σd et en itérant deux fois leurs différentes étapes. Néanmoins, l’estimation de la gaussienne reste limitée. Dans cette section nous proposons de définir une approche similaire à [LCBM12]. Nous définissons un algorithme de débruitage, le Shotgun NLB, qui utilise un a priori appris sur une grande base de données à partir notre CovTree. Cette idée a deux principaux avantages : nous pouvons augmenter le nombre de patchs appris (par rapport aux NLB classiques) et les données utilisées ne sont pas dégradées par du bruit, permettant ainsi d’augmenter la précision de la gaussienne anisotropique estimée. En pratique, nous construisons notre arbre en considérant un critère de voisinage global (sans coordonnées pixeliques) afin de définir les cellules dans le domaine spatial S. Ensuite, nous apprenons le modèle gaussien de chaque cellule à partir de l’ensemble des patchs non bruités provenant de la base de données. Finalement, la matrice de covariance Σq et le vecteur moyen µq sont estimés à partir d’un patch bruité q avec un rayon σq proche de l’écart type du bruit du patch. Contrairement aux NLB classiques, les gaussiens anisotropes N (µq , Σq) estimées par la structure sont non bruitées. Par conséquent, nous appliquons directement l’Équation 5.3 sans avoir besoin de débruiter la matrice de covariance. Résultats En Figure 5.9, nous présentons une comparaison d’images filtrées par les NLB originaux, les CovTree-NLB et notre Shotgun NLB. Les résultats sont obtenus à partir d’images corrompues par un bruit gaussien additif d’écart type 0.08. Dans cette partie, les CovTree-NLB sont calculés à partir du critère de voisinage local compressé aux 6 principales dimen-5.2. RESTAURATION PAR DICTIONNAIRES 91 Bruit écart type 0.08 NLB Original (147+2-D) NLB CovTree (147+2-D) Shotgun NLB (147-D) PSNR 22.4 dB PSNR 30.2 dB PSNR 30.0 dB PSNR 31.1 dB Figure 5.9: Comparaison des images débruitées obtenues pour différentes versions des NLB : le NLB original, notre CovTree NLB et notre Shotgun NLB. La deuxième ligne présente des agrandissements des résultats obtenus sur la première ligne. sions sans utiliser de critère d’homogénéité. Notre Shotgun-NLB est évalué avec une seule itération. Pour mieux illustrer nos propos, nous allons baser nos explications sur les agrandissements proposés en Figure 5.9 représentant un mur de briques. Ce cas de restauration est particulièrement difficile, car les détails fins et le bruit de l’image sont confondus. La gaussienne anisotrope résultante de ce groupe de patchs sera donc principalement composée du bruit du groupe. En effet, la distance utilisée pour former les groupes de patch aura tendance à rassembler les patchs par rapport à la similarité de leur bruit respectif plutôt que de l’information réelle qu’ils contiennent. Les groupes ainsi formés contiendront donc un grand nombre de patchs parasites qui perturberont l’extraction des caractéristiques communes. La légère perte de performance de notre CovTree-NLB par rapport aux NLB originaux est due à ce problème. Les NLB originaux utilisent le critère d’homogénéité pour éviter d’exacerber les structures de bruits locales. Il permet d’harmoniser l’ensemble des valeurs quand il est difficile de faire la distinction entre l’information contenue dans le groupe et le bruit. Le Shotgun-NLB est particulièrement efficace pour résoudre ce genre de cas. En effet, il permet d’estimer, en toutes circonstances, des gaussiennes anisotropes représentatives des variations des patchs non bruités. Pour ce faire, il utilise l’information commune de la base de patchs non bruités pour définir un a priori qui approche celui des patchs des images naturelles. Cet a priori peut donc contenir une information sur les caractéristiques fines des patchs qui se retrouvaient précédemment confondues dans le bruit de l’image. Le ShotgunNLB permet de restaurer des détails fins de l’image que les filtres classiques ne sont pas capables de retrouver. De plus amples expérimentations restent néanmoins nécessaires92 pour déterminer si la restauration obtenue est proche de la limite fondamentale présentée par [LN11]. 5.2.3 Reconstruction d’image échantillonnée aléatoirement Principe Dans cette section, nous proposons de reconstruire une image à partir d’un sous-ensemble aléatoire de ces pixels. Comme le proposent entre autres les PLE [YSM12], nous proposons d’utiliser l’a priori sous-jacent aux patchs des images naturelles qui a été appris par l’intermédiaire de notre CovTree sur une large base de données pour compléter l’information manquante. Considérons un patch q˜ échantillonné aléatoirement à partir d’un patch original q par un opérateur q˜ = Sq. Ici, l’opérateur S dépend de la position spatiale de q. De manière équivalente aux filtres NLB, nous allons considérer ici que les patchs de l’image peuvent être modélisés localement par une gaussienne anisotrope dont la moyenne µq et la covariance Σq ont été estimées à partir d’un dictionnaire local. Par conséquent, nous pouvons définir le patch reconstruit qˆ comme une MAP bayésienne : qˆ = (ΣqS HS + σ 2 2 Id) −1 (ΣqS Hq˜ + σ 2 2 µq ) (5.9) Dans la minimisation précédente, la gaussienne anisotrope N (µq , Σq) est estimée autour du patch complet original q. Ce patch étant bien évidemment inconnu, nous utilisons une approche itérative basée sur trois étapes pour approcher cette gaussienne : 1. Estimation : le patch qˆt−1 reconstruit à l’itération précédente t − 1 est utilisé en requête de notre CovTree afin de définir une approximation de l’a priori statistique local autour de q représentée par une gaussienne anisotrope N (µqˆt−1 , Σqˆt−1 ). 2. Reconstruction : le patch qˆt est reconstruit à l’itération t à partir d’une MAP bayésienne et de la gaussienne anisotrope N (µqˆt−1 , Σqˆt−1 ) par : qˆt = (Σqˆt−1S HS + σ 2 2 Id) −1 (Σqˆt−1S Hq˜ + σ 2 2 µqˆt−1 ) (5.10) 3. Agrégation : tout comme pour les NLB, un pixel de l’image appartient à plusieurs patchs de l’image. Par conséquent, le patch qˆt et l’image sont estimés à l’itération t par une moyenne des valeurs des pixels reconstruits. En pratique, nous initialisons la reconstruction à partir d’une estimation initiale qˆ0 du patch complet effectué en utilisant une interpolation cubique basée sur une triangulation de Delaunay des pixels connus. De plus, pour obtenir une meilleure reconstruction de l’image, lors de l’étape d’Estimation nous utilisons des échelles de filtrage σqˆ,t = α tσqˆ,0 de plus en plus fines à partir d’une échelle grossière σqˆ,0 et d’un facteur d’échelle α ∈ [0, 1]. Résultats Nous présentons en Figure 5.9 la restauration obtenue à partir d’une image où seulement 20% des pixels échantillonnés aléatoirement ont été conservés. Notre approche est initia-5.2. RESTAURATION PAR DICTIONNAIRES 93 Original 20% pixels originaux Reconstruction cubique Notre reconstruction PSNR 24.9 dB PSNR 27.2 dB Figure 5.10: Résultat de la reconstruction d’une image dont 20% des pixels échantillonnés aléatoirement ont été retenus. Notre approche est initialisée à partir d’une reconstruction cubique définie sur la triangulation de Delaunay des pixels connus. lisée par une première interpolation cubique définie sur la triangulation de Delaunay des pixels connus pour des valeurs α = 0.8 et σqˆ,0 = 0.65. Comme nous l’avons expliqué précédemment, nous avons théoriquement besoin de connaître le patch restauré pour pouvoir définir un modèle local des patchs. Pour ré- soudre ce problème, nous avons introduit une approche itérative qui évalue à chaque étape une reconstruction de plus en plus fine. Ce schéma itératif est initialisé à partir d’une restauration grossière de l’image. Il est important de comprendre que tout le cœur de notre problème de restauration réside dans l’estimation d’une gaussienne anisotrope correcte. C’est grâce à elle que l’information manquante est comblée. Par conséquent, plus la requête sera proche du patch original meilleure sera la restauration. Pour éviter de bloquer les itérations dans des minimums locaux, nous utilisons des échelles de requêtes σqˆ,t décroissantes. Cette idée nous permet de récupérer des détails de l’image qui n’était pas nécessairement présents dans l’approximation originale. Ce phénomène est parfaitement illustré en Figure 5.10 par la restauration des briques ou des carreaux de la porte de la maison. Malheureusement, une telle solution ne permet pas de résoudre toutes les ambiguïtés. Les patchs restaurés peuvent parfois être assez éloignés de leur version originale. Néanmoins, ce problème n’est pas forcément choquant visuellement. 5.2.4 Limitations et possibles améliorations Dans cette section, nous avons utilisé notre CovTree pour apprendre rapidement la distribution d’une grande base de données de patchs issues d’images naturelles et avec une94 quantité de mémoire limitée. Nous avons démontré que ce modèle peut être utilisé effi- cacement pour résoudre des problèmes de restauration par MAP bayésienne tels que le débruitage ou la reconstruction d’images. Nous avons fait la supposition que l’a priori sous-jacent est appris sur une base de patchs non bruités représentatifs des patchs à restaurer. Cette hypothèse n’est pas toujours vérifiée en pratique. En effet, l’apprentissage est effectué ici sur un ensemble de patchs extraits d’images différentes. Ces images ne sont pas nécessairement acquises avec des appareils ou dans des conditions équivalentes. Par conséquent, des changements de teintes ou de contraste peuvent limiter la qualité de l’apprentissage. Ce problème peut bien évidemment être résolu en augmentant la quantité d’images apprises. Mis à part l’augmentation de la quantité de temps nécessaire à l’apprentissage, les statistiques apprises pourraient être corrompues par l’introduction de patchs aberrants. Pour résoudre ce problème, une première solution consisterait à apprendre les statistiques indépendamment des changements de contraste et/ou de teintes. Cette solution reviendrait en quelque sorte à normaliser les patchs avant de les apprendre. Notre CovTree devrait donc être modifié pour gérer indépendamment la moyenne et les covariances. Plus simplement, nous pourrions utiliser l’information contenue dans les patchs corrompus quand celles de l’a priori ne sont pas suffisante. Cette idée est équivalente à celle de la dégéné- rescence du noyau non local introduit en Section 3.2.4 pour les NLPSS. 5.3 Restauration de surface 3D Notre CovTree peut être utilisé pour résoudre des problèmes de restauration d’images tels que le débruitage ou la reconstruction. Nous proposons d’étendre ces différentes applications au cas des nuages de points 3D. Pour cela, nous utilisons les principes et outils introduits pour les NLPSS ainsi que le CovTree dans sa version étendue. Nous présentons uniquement les idées et les problèmes sous-jacents à la mise en œuvre de ces applications. 5.3.1 Positionnement du problème Nous rappelons ici les notations introduites au Chapitre 3. Soit X = (xi , ni) un nuage de point 3D extrait à partir d’une surface S inconnue, où xi ∈ R 3 est la position d’un point et ni ∈ R 3 est la normale qui lui est associée. Pour tout point x ∈ R 3 , l’opérateur PSS Πt projette x sur la surface S t définie à l’échelle t. Nous appelons respectivement Πt (x), f(x) et n(x), la projection de x sur S t , la distance implicite et la normale associée. En appliquant Πt0 à une échelle t0 large, nous obtenons une surface grossière S t0 et un champ scalaire résiduel bruité m(xi) défini uniquement pour les points du nuage xi ∈ X (Section 3.2.2). De manière générale, adapter les méthodes restaurations MAP non locales pose principalement deux contraintes : 1. Tout d’abord, elles nécessitent la définition d’un signal corrompu et d’un descripteur pour définir la mesure de similarité entre deux échantillons. En traitement des images (et en particulier dans le cas des filtres collaboratifs), c’est le patch qui5.3. RESTAURATION DE SURFACE 3D 95 Figure 5.11: Reconstruction de surface obtenue à partir de notre opérateur NLB-PSS. possède le double rôle de descripteur et de signal à débruiter. Dans le cas des NLPSS, le signal est défini par le champ scalaire résiduel bruité m(xi) (uniquement pour tout xi ∈ X ) et le descripteur par un patch de surface 3D (Section 3.2.3). 1 2. Ensuite, les formulations MAP (par ex. l’Équation 5.1) nécessitent de connaître le signal corrompu en tout point du domaine. En effet, elles peuvent être vues généralement comme une projection d’un échantillon corrompu sur une variété locale (Section 5.1.1). Leur formulation fait donc explicitement intervenir le signal corrompu. Un tel problème ne se pose pas nécessairement dans le cas de formulations EAP (par ex. l’Équation des NLPSS). En conclusion, tout l’enjeu de l’adaptation des restaurations MAP au cas de surface 3D sera dans la définition d’une valeur du signal corrompue pour tout point de l’espace x ∈ R 3 . 5.3.2 Surface de points par NLB Nous proposons maintenant de définir un opérateur NLB-PSS qui étend les NLPSS au cas des NLB. Dans le cas des nuages de points 3D, il est difficile de définir un signal bruité pour tout x ∈ R 3 . Dans les NLPSS, ce problème a été résolu en utilisant le champ scalaire résiduel bruité m(pi) qui est uniquement défini pour les points du nuage xi ∈ X . Pour pouvoir définir un patch de surface 3D, ce signal a été approché par un opérateur PSS Πt1 à une échelle t1. Πt1 permet de définir une surface S t1 qui approxime finement X . Le patch de surface 3D peut donc être considéré comme une approximation peu filtrée du signal bruité. Il peut donc être débruité par l’Équation 5.1. Nous définissons l’opérateur NLB-PSS ΠNLB pour tout x ∈ R 3 par : ΠNLB(x) = x − fNLB(x)n t0 (x) (5.11) 1. Ces deux notions sont intimement liées aux deux domaines des attributs R et spatial S introduit dans la version généralisée de notre CovTree. R correspond au signal à débruiter et S aux descripteurs.96 où fNLB(x) correspond à la valeur centrale du patch de surface débruitée définie à partir du patch de surface bruité Px par l’Équation 5.3. Pour les NLB-PSS, nous n’effectuons aucune étape d’agrégation En effet, contrairement aux patchs définis en traitement des images, les patchs de surface ne possèdent aucunes valeurs en commun. En pratique, le NLB-PSS est accéléré par notre CovTree. Nous le construisons et l’apprenons en considérant l’ensemble des patchs 2 Pxi associé à chaque point xi ∈ X . Une requête de notre arbre est donc définie par un patch de surface Px et un rayon de requête σx ∈ R. Nous présentons en Figure 5.11 les premiers résultats des NLB-PSS. 5.3.3 Restauration de surface par dictionnaire Comme nous l’avons proposé dans le cas des images, nous pouvons apprendre les variations d’un ensemble de patchs de surface non bruités afin de définir un a priori des surfaces 3D. Il peut être utilisé pour des applications telles que le débruitage et la reconstruction de surface. Problèmes Dans les NLPSS, les patchs de surface (Section 3.2.3) sont définis par rapport à une surface grossière S t0 (utilisée pour définir les valeurs du patch) et à une largeur de patchs (employée pour estimer l’orientation du patch). Malheureusement ces deux paramètres sont dépendants de la résolution du nuage de points considérée. Par conséquent, un nuage acquis à différentes résolutions ne produira pas des ensembles de patchs qui contiennent des informations équivalentes. Dans le cas de grands ensembles de nuages de points, ce problème est d’autant plus présent que les nuages ne sont pas acquis par le même capteur. Pour résoudre ce problème, nous proposons d’extraire les patchs du nuage à différentes échelles. La base de données ainsi constituée sera donc moins dépendante des problèmes d’acquisition. Plus d’expérimentations sont néanmoins nécessaires pour valider cette hypothèse. Densification de nuages de points 3D L’apprentissage de grand ensemble de patchs est particulièrement utile pour augmenter la résolution d’un nuage de points. Pour pouvoir être défini de manière équivalente aux problèmes de reconstruction d’image échantillonnée aléatoirement, nous proposons d’introduire un patch de surface incomplet P˜ x, pour tout x ∈ R 3 , en projetant les points xj ∈ N(x) ⊂ X sur le plan du patch (Figure 5.12). Une discrétisation du plan permet de définir les valeurs du patch ainsi qu’un opérateur d’échantillonnage S. Les valeurs sont obtenues par une combinaison pondérée des m(xj ) et l’opérateur d’échantillonnage comme la somme des poids reçus dans les cases correspondantes. 2. Pour tout point xi ∈ X , la valeur centrale du patch correspond à la valeur du signal bruité m(xi). Par conséquent, chaque xi ∈ X est associé à un patch amélioré P ′ xi . En pratique, notre arbre est donc construit par rapport à l’ensemble des patchs approchés {Pxi } et appris sur l’ensemble des patchs améliorés {P ′ xi }.5.3. RESTAURATION DE SURFACE 3D 97 0.8 0.6 0.8 0.2 0.7 0.2 0.8 0.4 0.8 S = xj Figure 5.12: Définition d’un patch de surface incomplet. Les points xj sont projetés sur le plan du patch. À partir d’une discrétisation du plan, nous obtenons les valeurs du patch et l’opérateur d’échantillonnage S. Par conséquent, les patchs incomplets peuvent être reconstruits en considérant une approche similaire à celle proposée en Section 5.2.3. Une fois l’ensemble des {P˜ xi } reconstruits par l’Équation 5.10 un nuage est densifié en ajoutant des points en fonction des valeurs du patch reconstruit (Figure 5.12).C h a p i t r e 6 Conclusion À partir du débruitage non local de nuages de points, nous avons mis en évidence le besoin de structures dédiées aux traitements non-locaux des données de dimension deux et supérieure, ainsi que la possibilité de généraliser les méthodes existantes de restauration non-locale 2D et 3D. Pour pouvoir y répondre nous avons introduit les contributions suivantes : Surface de point non locale Les opérateurs de surface de points (PSS) conventionnels permettent de définir une surface à partir d’un voisinage local. Malheureusement face aux conditions réelles de capture, ce point de vue devient rapidement insuffisant pour définir une surface correcte. Pour résoudre ce problème, nous avons proposé une nouvelle définition qui étend toutes les définitions PSS locales précédentes en exploitant le caractère autosimilaire du nuage de points. Pour ce faire, nous utilisons un opérateur PSS défini à une échelle grossière pour définir une surface grossière (servant de support à notre méthode) et un champ scalaire résiduel contenant les caractéristiques bruitées de la surface. Notre surface non locale est définie en ajoutant à cette surface grossière le champ scalaire de déplacement résiduel débruité par la méthode des moyennes non locales. La mesure de similarité entre deux parties du nuage de points est définie par l’intermédiaire de patchs de surfaces dont les valeurs représentent les variations entre la surface grossière et une surface calculée par un PSS à échelle fine. Nous avons démontré que notre définition est capable d’améliorer la qualité des surfaces PSS locales en augmentant le rapport signal/bruit. Néanmoins ces résultats sont très dépendants du caractère autosimilaire du nuage à traiter. Dans le cas peu probable, d’absence d’autosimilarité, notre opérateur non local obtiendra des résultats identiques à ceux de l’opérateur PSS sous-jacent. En pratique, l’estimation de notre opérateur non local est accélérée par GPU permettant une utilisation plus interactive. Arbre de covariances Avec l’augmentation de la quantité d’information, peu de mé- thodes à l’heure actuelle exploitent réellement l’information contenue dans les grandes bases de données ou au prix d’une quantité de mémoire et de calculs beaucoup trop importante. Comme solution, nous introduisons le CovTree, une nouvelle structure de données capable d’apprendre les distributions locales d’un grand ensemble d’échantillons en les représentant par des gaussiennes anisotropes. Cette structure est définie par l’in- 99100 termédiaire de trois principales étapes. Tout d’abord, nous construisons un arbre binaire à partir d’un ensemble d’échantillons qui partitionne l’espace en fonction de la position des différents échantillons. Ensuite, nous apprenons les distributions statistiques locales de chaque nœud en propageant l’ensemble des échantillons à travers l’arbre en fonction de leur position et ajoutant une contribution pondérée des points au noyau de chaque nœud de l’arbre traversé. Finalement, pour toute requête, notre arbre modélise la distribution locales des données apprises. Pour permettre une utilisation générique, nous définissons une version généralisée de notre structure par l’intermédiaire de deux domaines : spatial correspondant au descripteur du point et des attributs correspondant à signal associé. Par l’intermédiaire d’un schéma de requête adaptatif, il devient possible d’interroger à n’importe quelle échelle pour des temps sensiblement équivalents. Restauration collaboratives Les filtres collaboratifs utilisent l’information commune à des ensembles de patchs similaires afin d’améliorer la qualité de la restauration. Malheureusement, il est coûteux et difficile d’analyser l’information contenue dans une grande base de données. Ces approches sont donc généralement simplifiées et limitées à un ensemble de points réduit. Pour résoudre ce problème, différents ensemble de données sont appris par l’intermédiaire du CovTree. Nous introduisons différentes applications de débruitages et de reconstructions de données 2D et 3D. Par rapport aux approches précédentes, il devient possible d’apprendre un a priori à partir d’une grande base d’échantillons de données non détériorées. Nous utilisons cet a priori pour améliorer les performances des méthodes de restauration. Dans cette partie, nous effectuons une analyse qualitative des performances de notre CovTree qui permet de valider son utilisation. En conclusion, nos différentes contributions permettent de s’attaquer aux problématiques soulevées par les évolutions récentes des méthodes de restaurations non locales et de l’augmentation de la quantité de données. Cette thèse s’inscrit donc au cœur de cette évolution en proposant quelques éléments de réponse à l’un des enjeux technologiques des années 2010, à savoir : la capture, transmission et traitements de masses de séquences temporelles de données 2D et 3D.C h a p i t r e 7 Perspectives Dans cette thèse, nous avons travaillé sur différents thèmes découlant de la restauration par méthodes non locales d’un ensemble de données 2D et 3D. Au-delà des contributions techniques proposées, un certain nombre de nouvelles pistes plus générales que celle abordées en Section 3.4 et 4.5 peut découler de ce travail de recherche. La définition des NLPSS suppose que le nuage de points 3D est corrompu par un bruit additif gaussien 3D. Cette supposition est indispensable pour pouvoir utiliser les moyennes non locales. Néanmoins, à l’heure actuelle, il n’existe (à notre connaissance) aucune analyse du modèle statistique du bruit introduit par les scanners 3D car il est trop dépendant du type de capteurs utilisé. Il serait donc intéressant de définir les NLPSS pour des bruits différents comme c’est proposé en traitement des images dans [DDT09]. Une telle idée nécessiterait de définir des mesures de similarité spécifiques. Les travaux de Deledalle et coll. [DDT12] et Desolneux et coll. [DD13] donnent quelques pistes le deuxième étant particulièrement pertinent car il pourrait permettre de rendre le NLPSS plus robuste aux points aberrants. Néanmoins, le changement du type de bruit entrainerait nécessairement un problème dans l’estimation du repère de normalisation des patchs. L’amélioration des systèmes de captures par agrégation des données 3D du type Kinect Fusion [IKH+11] pourrait être une autre piste de recherche intéressante. Une telle application nécessiterait de coupler notre CovTree afin de cumuler les données dans le temps, avec un système d’acquisition de données 3D en temps réel (tels que Microsoft Kinect par exemple). Une telle idée nécessite néanmoins de faire évoluer notre CovTree temporellement (Section 4.5). 101Bibliographie [AA04a] A. Adamson and M. Alexa. Approximating bounded, nonorientable surfaces from points. In Proceedings of Shape Modeling Applications, pages 243–252. IEEE, 2004. [AA04b] M. Alexa and A. Adamson. On normals and projection operators for surfaces defined by point sets. In Symposium on Point-Based Graphics, pages 149– 155. Citeseer, 2004. [AA09] M. Alexa and A. Adamson. Interpolatory point set surfaces - convexity and hermite data. ACM Transactions on Graphics (TOG), 28(2) :20, 2009. [ABCO+01] M. Alexa, J. Behr, D. 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Néanmoins, le signal acquis reste corrompu par des défauts qui ne peuvent être corrigés matériellement et nécessitent l’utilisation de méthodes de restauration adaptées. Jusqu’au milieu des années 2000, ces approches s’appuyaient uniquement sur un traitement ocal du signal détérioré. Avec l’amélioration des performances de calcul, le support du filtre a pu être étendu à l’ensemble des données acquises en exploitant leur caractère autosimilaire. Ces approches non locales ont principalement été utilisées pour restaurer des données régulières et structurées telles que des images. Mais dans le cas extrême de données irrégulières et non structurées comme les nuages de points 3D, leur adaptation est peu étudiée à l’heure actuelle. Avec l’augmentation de la quantité de données échangées sur les réseaux de communication, de nouvelles méthodes non locales ont récemment été proposées. Elles utilisent un modèle a priori extrait à partir de grands ensembles d’échantillons pour améliorer la qualité de la restauration. Néanmoins, ce type de méthode reste actuellement trop coûteux en temps et en mémoire. Dans cette thèse, nous proposons, tout d’abord, d’étendre les méthodes non locales aux nuages de points 3D, en définissant une surface de points capable d’exploiter leur caractère autosimilaire. Nous introduisons ensuite une nouvelle structure de données, le CovTree, flexible et générique, capable d’apprendre les distributions d’un grand ensemble d’échantillons avec une capacité de mémoire limitée. Finalement, nous généralisons les méthodes de restauration collaboratives appliquées aux données 2D et 3D, en utilisant notre CovTree pour apprendre un modèle statistique a priori à partir d’un grand ensemble de données. Mots-clefs : non local, restauration, structure de données, débruitages, surface, nuage de points, filtre collaboratif Abstract : In recent years, digital technologies allowing to acquire real world objects or scenes have been significantly improved in order to obtain high quality datasets. However, the acquired signal is corrupted by defects which can not be rectified materially and require the use of adapted restoration methods. Until the middle 2000s, these approaches were only based on a local process applyed on the damaged signal. With the improvement of computing performance, the neighborhood used by the filter has been extended to the entire acquired dataset by exploiting their self-similar nature. These non-local approaches have mainly been used to restore regular and structured data such as images. But in the extreme case of irregular and unstructured data as 3D point sets, their adaptation is few investigated at this time. With the increase amount of exchanged data over the communication networks, new non-local methods have recently been proposed. These can improve the quality of the restoration by using an a priori model extracted from large data sets. However, this kind of method is time and memory consuming. In this thesis, we first propose to extend the non-local methods for 3D point sets by defining a surface of points which exploits their self-similar of the point cloud. We then introduce a new flexible and generic data structure, called the CovTree, allowing to learn the distribution of a large set of samples with a limited memory capacity. Finally, we generalize collaborative restoration methods applied to 2D and 3D data by using our CovTree to learn a statistical a priori model from a large dataset. Keywords : non local, restauration, data structure, denoising, surface, points set, collaborative filter Couplage de mod`eles, algorithmes multi-´echelles et calcul hybride Jean-Matthieu Etancelin To cite this version: Jean-Matthieu Etancelin. Couplage de mod`eles, algorithmes multi-´echelles et calcul hybride. Analysis of PDEs. Universit´e de Grenoble, 2014. French. HAL Id: tel-01094645 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01094645v2 Submitted on 15 Dec 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE Spécialité : Mathématiques Appliquées Arrêté ministériel : 7 août 2006 Présentée par Jean-Matthieu Etancelin Thèse dirigée par Georges-Henri Cottet et codirigée par Christophe Picard préparée au sein du Laboratoire Jean Kuntzmann et de l’école doctorale MSTII: Mathématiques, Sciences et Technologies de l’Information, Informatique Couplage de modèles, algorithmes multi-échelles et calcul hybride Thèse soutenue publiquement le 4 décembre 2014, devant le jury composé de : M. Stéphane Labbé Professeur, Université Joseph Fourier, Président M. Florian De Vuyst Professeur, École Normale Supérieure de Cachan, Rapporteur M. Philippe Helluy Professeur, Université de Strasbourg, Rapporteur M. Guillaume Balarac Maître de conférences, Grenoble INP, Examinateur M. Georges-Henri Cottet Professeur, Université Joseph Fourier, Directeur de thèse M. Alexis Herault Maître de conférences, Conservatoire National des Arts et Métiers, Examinateur M. Christophe Picard Maître de conférences, Grenoble INP, Co-Directeur de thèse M. Christophe Prud’homme Professeur, Université de Strasbourg, Examinateur M. Jean-Baptiste Lagaert Maître de conférences, Université Paris-Sud, InvitéCouplage de modèles, algorithmes multi-échelles et calcul hybride Thèse présentée et soutenue publiquement par : Jean-Matthieu Etancelin le 4 décembre 2014 Composition du jury : Président : Stéphane Labbé, Professeur, Université Joseph Fourier Rapporteurs : Florian De Vuyst, Professeur, École Normale Supérieure de Cachan Philippe Helluy, Professeur, Université de Strasbourg Examinateurs : Guillaume Balarac, Maître de conférences, Grenoble INP Georges-Henri Cottet, Professeur, Université Joseph Fourier (Directeur de thèse) Alexis Herault, Maître de conférences, Conservatoire National des Arts et Métiers Christophe Picard, Maître de conférences, Grenoble INP (Co-Directeur de thèse) Christophe Prud’homme, Professeur, Université de Strasbourg Invité : Jean-Baptiste Lagaert, Maître de conférences, Université Paris-Sud Thèse préparée au sein du Laboratoire Jean Kuntzmann et de l’école doctorale MSTII : Mathémaiques, Sciences et Technologies de l’Information, Informatique. Cette thèse a été effectuée dans le cadre du projet ANR HAMM (ANR-10-COSI-0009).iiRemerciements Je voudrais exprimer ma gratitude auprès de toutes les personnes, du Laboratoire Jean Kuntzmann ou d’ailleurs, qui ont contribué à la réussite de cette thèse aussi bien sur le plan scientifique qu’humain. Je remercie très chaleureusement mon directeur de thèse, Georges-Henri Cottet, et mon co-encadrant, Christophe Picard, pour leur disponibilité et leur soutient tout au long de ces trois années. Votre encadrement a été réel et complémentaire sur le fond et la forme de ces travaux. Je remercie l’ensemble des membres de mon jury d’avoir pris le temps d’examiner mon travail, en particulier Florian De Vuyst et Philippe Helluy, rapporteurs de cette thèse. Je remercie également Franck, Chloé, Jean-Baptiste et Éric pour les nombreux questionnements et discussions lors des réunions du groupe de travail. Ces échanges ont été en grande partie à l’origine des avancées majeures des travaux et ont permis de conserver une motivation à chaque instant. Je voudrais adresser ma reconnaissance aux membres de l’équipe des Moyens Informatiques et Calcul Scientifique du LJK et du mésocentre CIMENT qui ont contribué à la résolution des nombreux problèmes techniques qui se sont posés tout au long de la thèse. Je remercie en particulier Franck (encore) pour sa grande disponibilité, surtout le vendredi après-midi, pour répondre à mes très nombreuses questions techniques. Pour les aspects informatiques, je remercie aussi Frédéric pour ses nombreuses remises en route de la machine de calcul du laboratoire. Je voudrais remercier l’ensemble des gestionnaires administratives du laboratoire qui assurent une présence rassurante pour mener à bien toutes les démarches. Je remercie l’ensemble des doctorants et post-doctorants sur lesquels on peut compter pour un repas au RU, un café, des mots fléchés, de bons conseils, une soirée jeux, une sortie cinéma, une bière, une randonnée, des crêpes, une sortie ski, un footing, un trail,. . . Pour tout cela, merci à Chloé, Roland, Vincent, Bertrand, Thomas, Madison, Lukáš, PierreOlivier, Matthias, Nelson, Romain, Morgane, Pierre-Jean, Meriem, Kevin, Gilles, Euriell, Amin, Kolé, Louis, Federico Z., Mahamar, Abdoulaye, Federico P., Margaux, Olivier, . . . Merci à Martial pour les très nombreuses « buissonnades » en tout genre dans lesquelles on se laisse facilement embarquer. Je remercie également les copains de l’INSA pour leur promptitude à traverser la France et à proposer des hébergements pour passer du bon temps. Merci à ma famille pour son soutient tout au long de mes études. Enfin, et non des moindres, merci à Myriam pour tout ces instants que l’on partage au quotidien. iiiRésumé Dans cette thèse nous explorons les possibilités offertes par l’implémentation de mé- thodes hybrides sur des machines de calcul hétérogènes dans le but de réaliser des simulations numériques de problèmes multiéchelles. La méthode hybride consiste à coupler des méthodes de diverses natures pour résoudre les différents aspects physiques et numériques des problèmes considérés. Elle repose sur une méthode particulaire avec remaillage qui combine les avantages des méthodes Lagrangiennes et Eulériennes. Les particules sont dé- placées selon le champ de vitesse puis remaillées à chaque itération sur une grille en utilisant des formules de remaillage d’ordre élevés. Cette méthode semi-Lagrangienne bénéficie des avantages du maillage régulier mais n’est pas contrainte par une condition de CFL. Nous construisons une classe de méthodes d’ordre élevé pour lesquelles les preuves de convergence sont obtenues sous la seule contrainte de stabilité telle que les trajectoires des particules ne se croisent pas. Dans un contexte de calcul à haute performance, le développement du code de calcul a été axé sur la portabilité afin de supporter l’évolution rapide des architectures et leur nature hétérogène. Une étude des performances numériques de l’implémentation GPU de la méthode pour la résolution d’équations de transport est réalisée puis étendue au cas multiGPU. La méthode hybride est appliquée à la simulation du transport d’un scalaire passif dans un écoulement turbulent 3D. Les deux sous-problèmes que sont l’écoulement turbulent et le transport du scalaire sont résolus simultanément sur des architectures multi-CPU et multi-GPU. Mots clés: Méthodes pariculaires ; couplage de modèles ; calcul hybride ; écoulements turbulents. ivAbstract In this work, we investigate the implementation of hybrid methods on heterogeneous computers in order to achieve numerical simulations of multi-scale problems. The hybrid numerical method consists of coupling methods of different natures to solve the physical and numerical characteristics of the problem. It is based on a remeshed particle method that combines the advantages of Lagrangian and Eulerian methods. Particles are pushed by local velocities and remeshed at every time-step on a grid using high order interpolation formulas. This forward semi-lagrangian method takes advantage of the regular mesh on which particles are reinitialized but is not limited by CFL conditions. We derive a class of high order methods for which we are able to prove convergence results under the sole stability constraint that particle trajectories do not intersect. In the context of high performance computing, a strong portability constraint is applied to the code development in order to handle the rapid evolution of architectures and their heterogeneous nature. An analysis of the numerical efficiency of the GPU implementation of the method is performed and extended to multi-GPU platforms. The hybrid method is applied to the simulation of the transport of a passive scalar in a 3D turbulent flow. The two sub-problems of the flow and the scalar calculations are solved simultaneously on multi-CPU and multi-GPU architectures. Keywords: Particle methods; model coupling; hybrid computing; turbulent flows. vTable des matières Remerciements iii Résumé iv Introduction générale 1 1. Calcul intensif pour la mécanique des fluides 5 1.1. Mécanique des fluides numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.1. Modèle mathématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Équations de Navier-Stokes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Fluides incompressibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.2. Principales méthodes de résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Méthodes Eulériennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Méthodes de Lattice Boltzmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Méthodes Lagrangiennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Qualité des résultats numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.1.3. Exemples d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2. Calcul intensif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.1. Augmentation des besoin et des ressources de calcul . . . . . . . . . 18 Ressources de calcul pour les simulations numériques . . . . . . . . 18 Augmentation de la puissance de calcul des machines . . . . . . . 18 Difficulté d’adaptation des codes de calcul . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2.2. Mesure de performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Scalabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Modèle roofline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Efficacité énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.3. Défi de l’exascale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Pourquoi l’exascale ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Principales difficultés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Quelques stratégies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.3. Transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent . . . . . . . . . . 26 1.3.1. Domaines d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.3.2. Physique du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.3.3. Formulation mathématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 viiTable des matières 2. Méthode particulaire pour l’équation de transport 31 2.1. Méthode particulaire avec remaillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.1.1. Deux classes de méthodes semi-Lagrangiennes . . . . . . . . . . . . . 32 2.1.2. Principe général de la méthode particulaire avec remaillage . . . . . 33 2.1.3. Cas monodimensionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.1.4. Lien avec la méthode des différences finies . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.1.5. Construction des formules de remaillage . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Construction à partir des moments discrets . . . . . . . . . . . . . 39 Construction à partir de B-splines . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Extrapolation à partir de noyaux réguliers . . . . . . . . . . . . . . 40 2.1.6. Exemple d’implémentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.2.1. Construction de formules de remaillage d’ordre élevé . . . . . . . . . 42 Utilisation des poids de remaillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Précision numérique du schéma d’Horner . . . . . . . . . . . . . . 46 2.2.2. Consistance de la méthode semi-Lagrangienne . . . . . . . . . . . . . 47 Advection par un schéma d’Euler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Advection par un schéma de Runge-Kutta du second ordre . . . . 50 Cas d’une seule particule par cellule . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.2.3. Stabilité de la méthode semi-Lagrangienne . . . . . . . . . . . . . . . 51 Advection à vitesse constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Advection à vitesse non constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3. Méthode hybride pour le transport turbulent 59 3.1. Idée générale d’une méthode hybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.1.1. Méthode hybride en méthode numérique . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.1.2. Méthode hybride en résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.1.3. Méthode hybride en matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2. Application au transport turbulent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2.1. Méthodes spectrale et différences finies . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2.2. Méthodes spectrale et semi-Lagrangienne . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.2.3. Méthodes semi-Lagrangiennes et architecture hybride . . . . . . . . . 62 4. Développement d’un code multiarchitectures 65 4.1. Développement d’une librairie de calcul scientifique . . . . . . . . . . . . . . 66 4.1.1. Conception préliminaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Découpage sémantique des concepts mathématiques . . . . . . . . 66 Différents niveaux d’abstraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Couplage faible et cohésion forte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Schéma d’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.1.2. Conception détaillée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.1.3. Fonctionnement de la librairie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Langages de programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Dépendances externes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Fonctionnement global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 viiiTable des matières 4.2. Calcul générique sur carte graphique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.2.1. Description du matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Fonctionnement des cartes graphiques . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Architecture des cartes graphiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.2.2. Différentes méthodes de programmation . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Programmation par directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Programmation directe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2.3. Les modèles de programmation OpenCL . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2.4. Analyse de performances par le modèle roofline . . . . . . . . . . . . 80 4.3. Utilisation de cartes graphiques dans la librairie . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5. Mise en œuvre sur cartes graphiques 85 5.1. Implémentations GPU de méthodes semi-Lagrangiennes . . . . . . . . . . . 86 5.1.1. Méthodes semi-Lagrangiennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.2. Deux types d’interpolations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.2. Implémentation et performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.1. Adéquation de la méthode au matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.2. Préambule à l’étude des performances . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2.3. Initialisation des particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Copie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Transposition XY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Transposition XZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.2.4. Advection et remaillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Advection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Remaillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Noyau complet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.3. Application simple GPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.3.1. Transport de scalaire 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.3.2. Transport de scalaire 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6. Implémentation sur architectures hétérogènes 115 6.1. Lien entre la méthode et l’architecture hybride . . . . . . . . . . . . . . . . 116 6.1.1. Description d’une machine hybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 6.1.2. Différents niveaux de parallélisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6.1.3. Stratégie d’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 6.2. Application multi-GPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 6.2.1. Mécanisme de communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 6.2.2. Performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 6.3. Transport turbulent d’un scalaire passif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.3.1. Application hybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.3.2. Exploitation d’une machine hétérogène . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.3.3. Résultats et performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Conclusion générale 135 Bibliographie 139 ixTable des matières A. Formules de remaillage de type Λp,r 145 A.1. Formules de type Λ2,r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 A.2. Formules de type Λ4,r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 A.3. Formules de type Λ6,r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 A.4. Formules de type Λ8,r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 B. Publications 157 B.1.. High order semi-Lagrangian particle methods for transport equations : numerical analysis and implementation issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 B.2.. Multi-scale problems, high performance computing and hybrid numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 xIntroduction générale La réalisation de simulations numériques est une activité majeure dans les secteurs de la recherche et de l’industrie. Une simulation numérique permet d’obtenir une solution à un problème mathématique qu’il n’est généralement pas possible de résoudre analytiquement. Ces problèmes sont constitués d’équations modélisant un phénomène à étudier. Les premières simulations numériques datent du milieu du XXe siècle lorsque l’informatique commence à être utilisée dans ce but. En 1955, Fermi et al. réalisent une des premières simulations numériques d’un système dynamique monodimensionnel constitué de 64 masses reliées par des ressorts. Depuis, l’usage des calculateurs n’a cessé de se développer avec l’essor de l’informatique et des machines de calcul. D’une part, les objectifs des simulations numériques sont de permettre une validation des modèles physiques et mathématiques utilisés pour l’étude d’un phénomène, par rapport à la théorie et à d’éventuelles données expérimentales. D’autre part, elles servent d’outils de conception et d’optimisation à des fins industrielles et permettent d’éviter le recours à de nombreux et coûteux modèles réduits et prototypes. L’explosion de la puissance de calcul développée par les machines parallèles au cours des dernières décennies permet la réalisation de simulations numériques de plus en plus précises et complexes tout en conservant des temps de calculs comparables. Ainsi, dans le domaine de la mécanique des fluides, l’évolution des simulations numériques contribue fortement à l’amélioration de la compréhension de phénomènes complexes comme la turbulence. En effet, les machines sont capables de traiter des résolutions toujours plus grandes, ce qui permet d’accroître la finesse des résultats, en particulier pour des Simulations Numériques Directes (DNS en anglais). De même, des études de fluides complexes (non Newtoniens, biologiques, alimentaires, . . .) ou de problèmes multiphysiques (interaction fluide-structure, combustion, plasma, . . .) font appel à des schémas numériques plus complexes et dont la mise en œuvre nécessite d’importantes ressources de calcul. Enfin, dans le cadre d’applications graphiques pour le cinéma ou les jeux vidéos, les capacités des machines actuelles permettent une utilisation de véritables modèles de fluide plutôt que des approximations afin d’augmenter le réalisme des écoulements dans des temps de calcul compatibles avec les contraintes de l’application. Les simulations numériques reposent à la fois sur une ou plusieurs méthodes numériques et sur un code de calcul qui transcrit ces méthodes sur les machines de calcul. Le choix de la méthode de résolution dépend essentiellement de l’adéquation entre la nature du problème à résoudre, les caractéristiques attendues pour les solutions et les spécificités de la méthode. Le code de calcul met en œuvre les algorithmes issus de la méthode. 1Introduction générale Le rôle de l’informatique est primordial pour l’obtention d’un code de calcul efficace. La qualité d’une méthode se mesure à la fois à travers les résultats qu’elle produit, mais aussi à son implémentation. L’efficacité numérique d’un code se mesure, entre autres, par le temps de calcul nécessaire à l’obtention de la solution en fonction de la qualité désirée. Ainsi, l’implémentation d’une méthode nécessite une attention particulière dans le but d’exploiter au mieux les ressources informatiques disponibles. Le développement d’un code efficace dans un contexte de calcul à hautes performances est un véritable défi sur des machines hétérogènes et massivement parallèles. Par conséquent, les méthodes numériques doivent non seulement être adaptées aux caractéristiques des problèmes à résoudre, mais également aux architectures des machines sur lesquelles elles seront implémentées. En particulier, l’aspect hétérogène des composants (CPU, GPU, coprocesseurs, . . .) doit être pris en compte dès la conception de l’algorithme de résolution et de l’élaboration de la méthode numérique. Dans cette thèse, nous considérons un problème de transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent comme cadre applicatif. De nombreuses applications sont concernées par ce type de problème notamment dans les domaines de l’environnement, de l’industrie ou de la biologie (Shraiman et al., 2000). Le scalaire transporté peut représenter une quantité réelle comme une concentration en espèce chimique ou en bactéries, ou bien abstraite comme une interface entre deux fluides. Dans ce travail nous nous limitons à l’étude du transport de scalaires passifs qui n’influent pas sur l’écoulement en retour. En général, la physique de ce type de problème se caractérise par la présence de plusieurs phénomènes à différentes échelles (Batchelor, 1958). L’approche envisagée ici est celle d’une résolution par une méthode hybride. Cette notion nécessite une précision quant au sens du mot hybride tel que nous l’entendons. Une méthode hybride consiste à résoudre les différents aspects physiques à l’aide d’une ou plusieurs méthodes numériques adaptées en fonction de leurs caractéristiques respectives. La méthodologie employée dans cette thèse est de chercher à exploiter les spécificités des aspects physiques des problèmes par la mise en place d’une méthode hybride (Gotoh et al., 2012 ; Lagaert et al., 2014). Une des problématiques traitées dans ce manuscrit concerne l’exploitation de l’analogie entre l’aspect hybride de la méthode numérique et la nature hétérogène des machines de calcul. Nous nous intéressons à exécuter les différents éléments de résolution sur différents composants des machines. Nous en exposerons les raisons dans le chapitre 6. La mise en œuvre d’une stratégie hybride sera explorée en combinant des méthodes numériques de diverses natures, des résolutions différentes et une implémentation sur architecture hétérogène. L’approche suivie repose sur une implémentation sur cartes graphiques d’une méthode particulaire avec remaillage. Cette dernière permet, entre autres, de résoudre naturellement des équations de conservations sans imposer de condition de type Courant-Friedrichs-Lewy mais une condition de stabilité moins restrictive permettant l’usage de plus grands pas de temps. L’utilisation de cette méthode conduit, à travers la présence d’une grille sousjacente, à des algorithmes et des structures de données régulières, ce qui est parfaitement adapté à l’emploi de cartes graphiques. Enfin, nous utiliserons la puissance de calcul offerte par les GPU pour proposer une extension à un ordre élevé de la méthode particulaire avec remaillage. L’analyse des schémas numériques se base sur une approche similaire à celle employée pour l’étude de schémas aux différences finies (Cottet et al., 2006). Un des aspects informatiques considéré est lié à la nécessité du développement d’un code de calcul portable et non spécifique à une architecture afin de supporter l’évolution rapide des matériels et des librairies. 2L’enchaînement des six chapitres de ce manuscrit reprend une démarche classique du calcul scientifique. En partant de la description des modèles puis des méthodes numériques et de leurs spécificités, on aboutit à l’implémentation générique multicœur GPU et hybride sur des machines hétérogènes combinant des processeurs multicœurs et des cartes graphiques. La progression et la répartition des différents chapitres sont schématisés par la figure 1. Chapitre 1 Chapitres 2 et 3 Chapitre 4 Chapitres 5 et 6 Modèle physique Modèle mathématique Modèle numérique Modèle algorithmique Implémentation Validation Observations Expériences Figure 1. – Cycle de résolution d’un problème en mathématiques appliquées Dans un premier chapitre, les modèles mathématiques pour la modélisation de fluides Newtoniens seront exposés. Nous présenterons également quelques méthodes numériques usuelles. Elles font appel à des ressources informatiques dont l’évolution, en termes de capacité et d’architecture, joue un rôle important dans le développement des codes de calcul. Une description des applications envisagées et notamment le transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent terminera ce chapitre. Le second chapitre sera consacré à la description de la méthode particulaire avec remaillage. À travers une revue bibliographique de son évolution et de ses utilisations, nous exposerons l’analogie entre cette méthode et celle des différences finies. Cette revue sera complétée par une extension à un ordre élevé faisant intervenir la construction de formules de remaillage appropriées. Une analyse des schémas numériques en termes de consistance et de stabilité sera également développée. Dans un troisième chapitre, nous introduirons, à partir de travaux existants, la stratégie hybride envisagée pour la résolution de problèmes de transport de scalaire. Son application à un contexte de machine de calcul hétérogène sera abordé. Le quatrième chapitre sera consacré aux détails du développement d’une librairie de calcul scientifique portable et multiarchitecture. En particulier, nous verrons comment une conception souple simplifie l’utilisation de composants comme les cartes graphiques. Le chapitre cinq est dédié aux détails techniques de l’implémentation sur cartes graphiques de la méthode particulaire avec remaillage. Les choix d’implémentation seront éclairés par l’analyse de travaux similaires existants. Ce chapitre sera illustré par des exemples de transport de scalaire dans des cas où la vitesse est analytique afin de valider la méthode et d’en exposer les performances. Le 3Introduction générale sixième chapitre sera consacré à l’extension multi-GPU de la méthode. Une analyse de la stratégie de couplage entre la méthode hybride et l’architecture hétérogène des machines de calcul sera donnée à travers un exemple de transport turbulent de scalaire passif. Enfin, nous terminerons ce manuscrit par un chapitre de conclusion donnant lieu à une critique des travaux effectués ainsi qu’à un énoncé des perspectives dégagées par cette étude. 41. Calcul intensif pour la mécanique des fluides Le contexte des travaux de cette thèse est celui des mathématiques appliquées, au point de rencontre d’une application, d’une méthode numérique et d’un code de calcul. À partir d’observations de phénomènes naturels ou artificiels, des modèles physiques sont élaborés puis mis en équations sous la forme de modèles mathématiques. La spécialisation de ces modèles par rapport à une situation concrète se fait par la spécification de divers paramètres, de conditions initiales et de conditions aux limites des modèles. Ils expriment ainsi les conditions d’observations des phénomènes et le contexte expérimental des reproductions en laboratoire. Dans le cadre de simulations numériques, les modèles mathématiques sont discrétisés selon une ou plusieurs méthodes numériques conduisant à l’expression d’algorithmes qui sont implémentés dans des codes de calcul. L’exécution de ces codes sur des machines de calcul permet d’une part de valider les méthodes et les modèles par rapport aux phénomènes physiques mais aussi d’explorer les configurations qui ne sont pas aisément observables ou mesurables. Ce premier chapitre est dédié à la présentation du contexte mathématique de la mécanique des fluides à travers la construction du modèle des équations de Navier-Stokes. Nous donnerons ensuite quelques méthodes de résolution classiques. Dans un second temps, nous verrons que la mise en pratique des méthodes numériques est étroitement liée à l’exploitation des ressources de calcul. Une forte contrainte de portabilité et d’adaptivité pèse sur les algorithmes et leurs implémentations du fait de la rapidité à laquelle les technologies des machines évoluent. Afin de garantir une certaine pérennité pour les codes de calcul, il est nécessaire de prendre en compte, dès la conception, non seulement les types ressources et les technologies actuelles mais aussi à venir, en particulier dans la perspective de l’exascale. Dans ce cadre, une grande importance est attachée à l’évaluation des performances des implémentations et à des comparaisons d’algorithmes dont nous donnerons quelques mé- triques couramment utilisées. Enfin, nous détaillerons les modèles physiques des applications envisagées pour ce travail. 51. Calcul intensif pour la mécanique des fluides 1.1. Mécanique des fluides numérique L’objectif de la mécanique des fluides est d’analyser et de comprendre les comportements de fluides, qu’ils soient liquides ou gazeux, lorsqu’ils sont en mouvement et éventuellement en présence d’obstacles ou de structures avec lesquels ils interagissent. La majeure partie des problèmes de mécanique des fluides sont issus de l’ingénierie avec notamment l’industrie aéronautique et plus généralement les domaines des transports, de l’énergie, du génie civil et des sciences de l’environnement. Des applications portant sur l’étude de fluides moins conventionnels sont également considérées en biologie et par l’industrie agro-alimentaire. La modélisation mathématique de ces problèmes conduit à des systèmes d’équations trop complexes pour être résolus formellement. Dans de nombreux cas, la démonstration formelle de l’existence de solutions à ces système reste encore un problème ouvert. Une modélisation numérique de ces problèmes permet d’approcher une solution par l’utilisation de méthodes numériques. Les équations de Navier-Stokes permettent de décrire de manière générale le comportement d’un fluide en se basant sur des principes physiques de conservation de masse, de quantité de mouvement et d’énergie. 1.1.1. Modèle mathématique Équations de Navier-Stokes Conservation de la masse : Ce principe fondamental de la physique stipule que la masse totale contenue dans un système fermé reste constante au cours du temps. La matière, ou l’énergie, du système considéré peut éventuellement changer de forme ou se réarranger dans l’espace. La variation temporelle de la masse totale contenue dans un volume Ω est égale au bilan de masse traversant la frontière du domaine, ∂Ω : d dt Z Ω ρdx  = − I ∂Ω ρu · nds, où ρ est la masse volumique, u la vitesse et n la normale extérieure unitaire à la surface du volume de fluide Ω. L’équation se réécrit de manière équivalente sous sa forme locale : ∂ρ ∂t + div(ρu) = 0. (1.1) Conservation de la quantité de mouvement : De même, la variation temporelle de la quantité de mouvement d’un système, notée ρu, est égale à son bilan sur la frontière auquel s’ajoutent d’éventuelles forces F. On note u : u le produit tensoriel de u avec lui-même. Cela se traduit par la relation : d dt Z Ω ρudx  = − I ∂Ω ρu : u · nds + Z Ω Fdx, ou encore sous forme locale : ∂ρu ∂t + div(ρu : u) = F. 61.1. Mécanique des fluides numérique Le développement de cette équation se simplifie avec l’équation de conservation de la masse (1.1) pour donner : ρ  ∂u ∂t + (u · ∇)u  = F. Les forces F s’exerçant sur un volume de fluide se décomposent en deux termes selon leur nature : F = div σ¯¯ + fe . Les forces extérieures qui agissent sur l’ensemble du système sont notées fe , et les forces générées par les contraintes internes du fluide dépendent du tenseur des contraintes totales σ¯¯ qui se décompose également en deux termes : σ¯¯ = −PI ¯¯ + τ¯¯ , (1.2) où P est la pression, I ¯¯ le tenseur identité et τ¯¯ le tenseur des contraintes. Ainsi on obtient la formulation suivante : ρ  ∂u ∂t + (u · ∇)u  = −∇P + div τ¯¯ + fe . (1.3) Loi de comportement : Le tenseur des contraintes τ¯¯ issu de la décomposition du tenseur des contraintes totales (1.2) permet de modéliser le comportement d’un fluide en particulier. Dans le cadre de fluides Newtoniens, le tenseur des contraintes est proportionnel au taux de déformations : τ¯¯ i,j = ν  ∂ui ∂xj + ∂uj ∂xi  , avec ν la viscosité dynamique du fluide. Lorsque la viscosité ne dépend pas de l’espace, on a : div τ¯¯ = ν (∆u − ∇ div u). (1.4) Équations de Navier-Stokes : Dans le cadre général, les équations de Navier-Stokes constituent un système d’équations aux dérivées partielles obtenues à partir des équations de conservation de masse, (1.1), de quantité de mouvement (1.3) et de la loi de comportement du fluide (1.4).    ∂ρ ∂t + div(ρu) = 0, ρ  ∂u ∂t + (u · ∇)u  = −∇P + ν (∆u − ∇ div u) + ρfe . (1.5) Les inconnues du problème sont la vitesse u, la masse volumique ρ, et la pression P. Une troisième équation est alors nécessaire pour obtenir un modèle complet. Une équation de conservation de l’énergie est généralement utilisée. Les forces extérieures sont à préciser selon le cas d’étude. 71. Calcul intensif pour la mécanique des fluides Formulation vitesse-vorticité : Dans bon nombre d’écoulements, les zones d’intérêts, où se forment et évoluent des tourbillons, sont généralement de petite taille relativement au domaine d’étude et se localisent, entre autres, dans les couches limites et les sillages. Il est naturel d’employer une formulation adaptée. La vorticité de l’écoulement ω est un champ vectoriel défini comme le rotationnel du champ de vitesse. ω = rotu (1.6) On obtient la formulation vitesse-vorticité en appliquant l’opérateur rotationnel à la seconde équation du système (1.5) : ρ  ∂ω ∂t + (u · ∇) ω  = ρ(ω · ∇)u + ν∆ω + ρ rot fe . (1.7) Fluides incompressibles Hypothèse d’incompressibilité : Dans de nombreux cas, les fluides considérés ont une très faible compressibilité. Un fluide est dit incompressible lorsque que la variation de volume sous l’effet d’une pression extérieure est négligée. Cette hypothèse n’est valide que lorsque la vitesse du fluide est inférieure à la vitesse du son dans ce fluide. Dans ce cas, la densité ρ est approchée par une constante, l’équation (1.1) se réduit à : div u = 0, (1.8) et la loi de comportement (1.4) se simplifie en : div τ¯¯ = ν∆u. (1.9) L’obtention d’un champ de vitesse à divergence nulle, vérifiant (1.8), est généralement effectuée par l’utilisation d’une méthode de projection. Cette méthode a été introduite par Chorin (1968) et Temam (1968) et se base sur une décomposition du champ de vitesse selon une composante à divergence nulle et une composante à rotationnel nul : u = u∇ + ∇φ, avec div u∇ = 0 et rot ∇φ = 0. En pratique, un champ de vitesse intermédiaire u ∗ à divergence non nulle est obtenu par la méthode de résolution puis la fonction scalaire φ est obtenue par résolution d’une équation de Poisson : div u ∗ = ∆φ, et enfin le champ de vitesse incompressible est calculé simplement par : u = u ∗ −∇φ. Dans le cas de la formulation vitesse-pression, la pression peut jouer le rôle de la fonction scalaire φ. Équations de Navier-Stokes pour les fluides Newtoniens incompressibles : À l’aide de l’hypothèse d’incompressibilité (1.8) et pour une loi de comportement correspondant à un fluide Newtonien (1.9), le système générique (1.5) se réécrit :    div u = 0, ρ  ∂u ∂t + (u · ∇)u  = −∇P + ν∆u + ρfe . (1.10) 81.1. Mécanique des fluides numérique La formulation vitesse-vorticité conduit au système suivant :    div u = 0, ω = rotu, ρ  ∂ω ∂t + (u · ∇) ω  = ρ(ω · ∇)u + ν∆ω + ρ rot fe . (1.11) La vorticité et la vitesse sont couplées par la relation ω = rotu, ou bien, de façon équivalente, par une équation de Poisson, en utilisant ∇ · u = 0 : ( ∆ψ = −ω, u = rot ψ. (1.12) 1.1.2. Principales méthodes de résolution Dans cette section nous donnons quelques unes des méthodes de résolution classiques des équations précédentes. La plupart de ces méthodes ne se restreignent pas à la mécanique des fluides et sont utilisées pour résoudre des problèmes aux dérivées partielles plus généraux. Méthodes Eulériennes Dans le cas des méthodes Eulériennes, la discrétisation des équations se fait par un découpage du domaine de calcul en un maillage, structuré ou non. Un maillage structuré se caractérise par une connectivité régulière des éléments, ce qui permet un accès efficace aux données des éléments voisins. Dans le cas non structuré, une table de connectivité définissant les relations de voisinage est nécessaire et permet alors une meilleure discrétisation de géométries complexes. Différences finies La plus ancienne et la plus simple de ces méthodes est celle des différences finies. Elle a été formalisée par Euler en 1768. La méthode est construite sur la définition de la dérivée : U 0 (x) = lim h→0 U(x + h) − U(x) h , qui se généralise sous la forme d’un développement limité : U(x + h) = U(x) + hU0 (x) + h 2 2 U 00(x) + · · · (1.13) Lorsque la quantité h représente une distance entre deux points d’une grille et que la quantité U est approchée en chaque point xi par U(xi) = Ui , le développement précédent, tronqué au premier ordre, donne le schéma aux différences finies du premier ordre décentré en amont suivant : U 0 i = Ui+1 − Ui h + O(h). (1.14) Il est possible de combiner différents développements d’ordres plus élevés pour construire des schémas d’ordre plus élevés ou approcher des dérivées d’ordres supérieurs. Ces schémas 91. Calcul intensif pour la mécanique des fluides peuvent être étendus pour l’approximation de variables multidimensionnelles, puis à la discrétisation de dérivées partielles. Le cas des grilles non uniformes se traite en prenant un paramètre h dépendant de la grille. Au point d’indice i, on a hi = xi+1 − xi . Ainsi la méthode conduit à un calcul relativement simple à mettre en œuvre, dans les cas explicites, avec un schéma identique sur chaque point du domaine. Dans les cas implicites, il est nécessaire de résoudre un système linéaire. L’inconvénient majeur de cette méthode est la difficulté de prise en compte de géométries complexes. Volumes finis La méthode des volumes finis, est aujourd’hui très largement utilisée, notamment par les industriels dans les domaines de l’aéronautique et de l’hydrodynamique. Cette popularité vient, entre autres, du fait que le caractère conservatif des équations est traduit directement dans la discrétisation. De plus cette méthode s’adapte parfaitement à de nombreux problèmes qu’ils soient en domaines fermés ou ouvert et sur des discrétisation spatiales structurées ou non. Cette méthode permet de résoudre une équation de conservation, sous forme intégrale : ∂ ∂t Z Ω UdΩ + I S F · dS = Z Ω QdΩ, (1.15) où U représente le vecteur des variables conservatives, F est un flux et Q un terme source. La discrétisation de ces équations repose sur le découpage du domaine de calcul en petits volumes de contrôle ΩJ autour d’un point de maillage J. L’équation (1.15) se discrétise donc sur chaque volume élémentaire par la relation suivante : ∂ ∂t (UJΩJ ) + X Ωk∈ voisins de Ωj Fk,j · Γk,j = QJΩJ , (1.16) puis est intégrée entre deux instants consécutifs tn et tn+1. Les quantités UJ et QJ sont les valeurs moyennées sur ΩJ à l’instant tn. Ainsi, il est possible d’utiliser un schéma d’inté- gration en temps implicite ou explicite. L’application de ce schéma nécessite une méthode de calcul des flux Fk,j traversant la face Γk,j commune aux éléments de maillage Ωj et Ωk. En plus du calcul des flux en chaque face du maillage, la méthode nécessite un calcul direct, dans le cas explicite en temps, ou la résolution d’un système, pour le cas implicite. Le principal inconvénient de cette méthode est la difficulté de la montée en ordre. Éléments finis La méthode des éléments finis est issue du domaine de la mécanique des structures. Elle repose sur des principes bien plus abstraits que ceux des deux méthodes précédentes. L’espace est discrétisé en un ensemble de cellules appelés éléments et se base sur une formulation intégrale du problème. Le point clé de la méthode consiste à exprimer le problème sous forme variationnelle, à partir de sa formulation intégrale. Cette formulation variationnelle du problème fait intervenir des espaces fonctionnels qu’il est nécessaire de décrire avec précision ainsi que les normes qui leur sont associées afin de pouvoir déterminer certaines propriétés de convergence. Les espaces fonctionnels utilisés définissent des classes d’éléments finis sur les élé- ments de maillage. À partir de ce maillage, le plus souvent non structuré, il est nécessaire de 101.1. Mécanique des fluides numérique définir des fonctions d’interpolation des variables du problème sur les éléments du maillage. La discrétisation de la formulation variationnelle sur ces éléments conduit à l’obtention d’un système linéaire creux dont la taille dépend de la finesse du maillage. L’approximation d’une quantité u sur un élément se fait par combinaison linéaire des fonctions de base vI pour chaque nœud I de l’élément. u˜(x) = X I uIvI (x). (1.17) Selon l’ordre d’approximation, les nœuds sont définis aux sommets, sur les arrêtes ou encore à l’intérieur des éléments du maillage. Une fois la discrétisation effectuée, la solution est calculée par l’inversion d’un système linéaire dont la taille dépend du nombre d’éléments et du nombre de degrés de libertés associé. Le cadre mathématique de cette méthode permet de réaliser des études des propriétés numériques des schémas, une montée en ordre assez aisée ainsi que la prise en compte de géométries complexes. Toutefois, le système linéaire obtenu, peut parfois être difficile à résoudre. Pour cela des méthodes itératives avec préconditionnement sont généralement employées. D’autre part, l’inversion d’un système de grande taille creux n’est pas parallélisable aisément sans utiliser de méthodes additionnelles, de décomposition de domaine par exemple. Dans le cas des équations de Navier-Stokes, les variables ne sont pas exprimées dans les mêmes espaces fonctionnels. L’introduction de contraintes supplémentaires entre les classes d’éléments finis utilisés pour discrétiser la vitesse et la pression permettent d’assurer la convergence. Cette méthode n’est pas la plus adaptée pour la résolution de problèmes dont la physique est dominée par l’advection. Dans un contexte de mécanique des fluides, elle est utilisée essentiellement pour des simulations de fluides complexes. Méthodes spectrales Le principe général des méthodes spectrales est de transformer l’ensemble du problème dans un espace spectral. Pour ce faire, on exprime les variables du problème dans cet espace, par exemple en séries de Fourier tronquées : u(x, t) = X N/2 k=−N/2 uˆk(t)e ik·x , avec uˆk(t) les coefficients de Fourier tels que : uˆk(t) =  1 2π 3 Z 2π 0 u(x, t)e −ik·xdx. Avec ces représentations, le système d’équations à résoudre se réécrit pour les uˆk. On aboutit généralement à un système d’équations différentielles ordinaires complexes ne dépendant que du temps. Les équations dans l’espace spectral sont généralement plus simples à résoudre que dans l’espace réel et permettent une précision numérique très importante même avec un petit nombre de coefficients. Néanmoins, il est assez difficile de traiter, avec cette méthodes, des domaines non périodiques ainsi que des géométries complexes. De plus, les transformations dans l’espace spectral impliquent un calcul global sur l’ensemble du domaine. 111. Calcul intensif pour la mécanique des fluides L’utilisation de méthodes spectrales nécessite quelques précisions quant à leur mise en œuvre sur des équations non linéaires. En effet, un produit de fonctions ou des termes non linéaires dans l’espace réel conduisent à des opérations de type convolution en espace complexe. Dans le cas discret, une erreur d’aliasing apparaît lors du calcul de ces termes de manière directe. Il existe différentes techniques de suppression de cette erreur. La règle des 3/2 est couramment utilisée et son principe est de réaliser les transformées de Fourier discrètes sur M points au lieu de N, avec M > 3N/2. Les coefficients de Fourier des termes du produit de convolution pour des nombres d’ondes supérieurs à N/2 sont simplement pris égaux à zéro. De même, le résultat est tronqué aux N premiers coefficients permettant, par transformée inverse, d’obtenir les valeurs réelles. En 3D, des erreurs d’aliasing doubles et triples sont corrigées par des des troncatures adaptées (Canuto et al., 1987). Méthodes de Lattice Boltzmann Cette classe de méthode n’est pas basée sur la résolution des équations de Navier-Stokes mais sur une équation de Boltzmann qui modélise l’évolution cinétique de particules de fluide (Chen et al., 1998). La méthode de Lattice Boltzmann dérive d’un modèle discret de dynamique particulaire sur une grille qui peut être vu comme un automate cellulaire (Lattice gaz method). Le principe de base de cette méthode est de modéliser l’évolution d’une fonction de distribution de la vitesse des particules f en fonction d’un opérateur de collision Ω pour les interactions entre particules : fi(x + ei , t + ∆t) = fi(x, t) + Ωi(f(x, t)). (1.18) Cette équation est donnée pour chaque direction i de la grille utilisée. La figure 1.1 représente les vecteurs ei utilisés dans des grilles courantes. La notation DxQy est employée pour référencer ces grilles où x est la dimension de l’espace et y le nombre de vecteurs ei considérés. (a) Grille D2Q9 (b) Grille D3Q15 Figure 1.1. – Exemple de grilles pour la méthode Lattice Boltzman Les grandeurs macroscopiques de l’écoulement sont retrouvées à partir des moments de f : ρ = X i fi et ρu = X i fiei . Dans le cas le plus simple, un modèle de collision de Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) permet d’exprimer Ωi comme une relaxation vers une distribution à l’équilibre f eq i en un temps caractéristique τ : Ωi = f eq i − fi τ , 121.1. Mécanique des fluides numérique avec : f eq i = ρwi  1 + 3ei · u + 9 2 (ei · u) 2 − 3 2 u 2  , (1.19) où les wi sont des poids associés à chaque direction ei . Le schéma numérique obtenu est local et la mise en œuvre est généralement réalisée en deux étapes. Dans un premier temps, le membre de droite de l’équation (1.18) est évalué avec le modèle de collision (1.19). Dans un second temps, l’équation (1.18) est résolue dans une étape de propagation des fonctions de distribution. Méthodes Lagrangiennes De manière générale, les méthodes Lagrangiennes sont adaptées à la résolution d’équations de conservation de la forme : d dt Z Ω U(x, t)dx = Z Ω F(x, t, U, ∇U, . . .)dx. (1.20) Elles se distinguent des méthodes Eulériennes par le fait que la discrétisation spatiale du domaine de calcul par un ensemble de particules suit la dynamique du système contrairement au cadre Eulérien où le maillage reste fixe. On définit la dérivée Lagrangienne d’une fonction f à partir de la trajectoire d’un point de l’écoulement. Df Dt (x(t), t) = ∂f ∂t (x, t) + dx dt · ∇f(x, t) = ∂f ∂t (x, t) + (u · ∇)f(x, t) (1.21) Dans un cadre Lagrangien, les variables sont discrétisées sur un ensemble de particules qui correspondent à un volume élémentaire du domaine. Le principe général est que les particules portent des quantités correspondant aux variables du problème. Une quantité U est ainsi approchée par l’ensemble des particules selon la formule : U(x) = Z Ω U(y)δ(x − y)dy, (1.22) ou sa forme discrète régularisée : U(x) ' X p UpWε(x − xp). (1.23) La quantité portée par la particule p, est donnée par sa valeur moyenne : vpUp = Z Vp U(x)dx, sur le volume Vp. La fonction Wε, qui apparaît dans l’équation (1.23) est une fonction de régularisation dont le choix et les propriétés sont propres à chaque méthode. Dans tous les cas, elle est construite de telle sorte que sa limite quand ε tend vers 0 soit la mesure de Dirac δ. 131. Calcul intensif pour la mécanique des fluides Au cours de la résolution, les particules sont déplacées relativement au champ de vitesse puis interagissent pour donner une nouvelle répartition des quantités transportées qui conduisent à un nouveau champ de vitesse. La position de chaque particule, xp, est solution d’une équation de mouvement : dxp dt = u(xp, t). (1.24) D’autre part, la discrétisation de l’équation (1.20) donne le système d’équations différentielles : dUp dt = vpFp, (1.25) où Fp représente le terme source local à la particule p. La difficulté de ces méthodes réside dans le calcul du second membre de cette équation, en particulier le terme Fp, à partir des particules. Différentes approches sont possible et conduisent à des méthodes comme SPH et Vortex, détaillées plus loin. Enfin, le volume des particules varie selon l’équation : dvp dt = vp div u(xp). (1.26) Une propriété remarquable des méthodes particulaires est que la stabilité du schéma numérique ne dépend pas explicitement du maillage ou de la distance entre deux particules contrairement aux méthodes Eulériennes dont le pas de temps est contraint par une condition de Courant Friedrichs Lewy, notée CF L, dont la constante C est souvent inférieure à 1. CF L = ∆t||u||∞ ∆x 6 C (1.27) Dans le cas des méthodes particulaires, la contrainte sur le pas de temps dépend du gradient du champ de vitesse et consiste en l’inégalité suivante : LCF L = ∆t||∇u||∞ 6 C (1.28) En pratique, la constante C, appelée quelquefois nombre LCFL (pour Lagrangian CFL), conduit à une condition moins restrictive que la condition de CFL (1.27). Cela permet géné- ralement d’utiliser de plus grands pas de temps que dans le cas d’une méthode Eulérienne, le nombre de CFL obtenu peut alors atteindre des valeurs de plusieurs dizaines. Méthode SPH Dans la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), les dérivées spatiales des variables sont calculées sur les particules à partir d’une régularisation de la mesure de Dirac, à l’aide d’un noyau Wε. Pour tendre vers la mesure de Dirac lorsque ε tend vers 0, la fonction Wε est construite à partir d’une fonction d’intégrale égale à 1, à symétrie radiale et à support compact de rayon supérieur à ε (Liu et al., 2010). Enfin le noyau Wε doit être suffisamment régulier pour approcher les dérivées spatiales des variables intervenant dans le calcul des forces. Le principe suppose qu’en plus de l’équation d’approximation (1.23), on dispose d’approximations des dérivées obtenues à partir des dérivées de Wε : ∇U(xi) ' X p U(xp)∇Wε(xi − yp )vp. (1.29) 141.1. Mécanique des fluides numérique Ainsi, avec un schéma d’intégration en temps explicite et une discrétisation du membre de droite de l’équation (1.20), on obtient le schéma de résolution globale. Les sommes dans les équations (1.23) et (1.29) impliquent des interactions entre toutes les paires de particules. Cependant, la compacité du support de la fonction Wε permet de ne considérer que les particules les plus proches du point de calcul courant à l’aide d’un tri des particules. Les particules dont le support du noyau d’interpolation intersecte le bord du domaine nécessitent un traitement particulier en fonction des conditions limites. L’inconvénient majeur de cette méthode est la difficile montée en ordre du schéma de résolution. Méthode vortex La méthode vortex est une méthode Lagrangienne adaptée à la résolution des équations de Navier-Stokes en formulation vitesse et vorticité (1.11). Les particules portent alors la vorticité de l’écoulement, selon l’approximation (1.23) : ω(x) = X p ωpWε(x − xp). (1.30) La méthode développée par Chorin (1973) et Leonard (1980) conduit à résoudre le système d’équations différentielles suivant :    dxp dt = u(xp), (1.31a) dωp dt = ωp∇u(xp) + ν∆ω(xp). (1.31b) Le champ de vitesse est alors obtenu en résolvant l’équation de Poisson (1.12) en fonction de la vorticité portée par les particules : u(x) = u∞ + Z Ω Kε(x − y)ω(y)dy. (1.32) Le noyau Kε est une régularisation d’un noyau obtenu par le rotationnel de la solution fondamentale de l’équation de poisson. Ce noyau s’exprime comme la convolution de la fonction de Green pour l’opérateur laplacien et du champ de vorticité. D’autre part, le gradient du champ de vitesse est obtenu par : ∇u(x) = Z Ω ∇Kε(x − y)ω(y)dy. Différentes techniques peuvent être employées pour discrétiser le terme de diffusion des équations (1.31). Nous pouvons citer par exemple la méthode de marche aléatoire, Randomwalk, introduite par Chorin (1973) ou encore la méthode PSE, Particle Strength Exchange par Degond et al. (1989) et Cottet et al. (1990). La discrétisation du terme d’étirement au second membre de l’équation (1.31b) et de l’équation de Poisson par une équation de Biot-Savart (1.32) nécessitent l’évaluation d’interactions entre toutes les paires de particules, ce qui engendre une complexité en O(N2 ) pour N particules. Une complexité en O(N) est possible en utilisation une méthode FMM (Fast Multipole Method). Cette dernière consiste en un algorithme hiérarchique, basé sur un arbre, permettant de traiter des problèmes à N corps par une approximation des interactions combinant des développement locaux et multipôles du noyau Kε (Cheng et al., 1999). 151. Calcul intensif pour la mécanique des fluides Méthode particulaire avec remaillage Cette méthode faisant l’objet du chapitre 2, nous donnons ici uniquement l’idée générale de la méthode. Le remaillage est employé dans les méthodes particulaire, en particulier les méthodes Vortex, et consiste en une redistribution des particules sur une grille (Koumoutsakos et al., 1995). Il permet d’assurer le recouvrement nécessaire au maintient des propriétés de convergence de la méthode. La méthode obtenue lorsque le remaillage est effectué systématiquement à chaque itération s’apparente à une méthode semi-Lagrangienne explicite. Ainsi, après une advection des particules de manière Lagrangienne, une étape de remaillage permet de redistribuer les quantités portées par les particules sur une grille sous-jacente. Enfin les termes d’étirement et de diffusion ainsi que l’équation de Poisson peuvent être résolus sur cette grille. Qualité des résultats numériques Toutes ces méthodes de résolution reposent sur une approximation numérique des variables et des équations. Le principe commun est de discrétiser le domaine de calcul en divers éléments : grille, maillage ou particules. Dans tous les cas, la solution est donnée sur ces éléments discrets. Ainsi, l’augmentation du nombre d’éléments conduit à un meilleur niveau de détail de la solution. Une discrétisation temporelle plus fine permet également une meilleure description de la solution. Cependant, les pas de temps sont généralement choisis les plus grands possibles tout en veillant à préserver la stabilité du schéma. D’autre part, la plupart des méthodes permettent une estimation de l’erreur d’approximation des équations par le schéma numérique. Cette erreur s’exprime généralement en fonction des résolutions spatiales et temporelles de la discrétisation. En contrepartie de l’amélioration de la précision et du niveau de détail des solutions, le coût de calcul augmente avec la résolution. Ce coût provient du nombre d’opérations arithmétiques à réaliser mais aussi du stockage et de l’accès aux données. En pratique, l’obtention de résultats pour une résolution plus fine permet généralement une plus grande précision dans la prise en compte des phénomènes physiques, ce qui contribue à une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu. La conséquence de ce phénomène est que les ressources informatiques nécessaires à un raffinement des solutions numériques deviennent importantes et que les stratégies mises en œuvre pour l’implémentation des méthodes ont un impact direct sur cette augmentation de qualité numérique. 1.1.3. Exemples d’application Dans ce paragraphe nous donnons quelques exemples d’implémentation des méthodes décrites précédemment dans un contexte de calcul à haute performance. L’objectif est simplement d’illustrer comment sont employées les différentes méthodes numériques à travers les quantités de ressources de calcul nécessaires. Récemment, une méthode de volumes finis a été implémentée par Rossinelli et al. (2013) pour la simulation de la coalescence de 15 000 bulles de vapeur. Les auteurs ont réalisé des simulations allant jusqu’à 13.1012 points de calcul en utilisant 1,6 millions de cœurs CPU. Les performances obtenues sont, en partie, dues à l’utilisation de schémas numériques 161.2. Calcul intensif d’ordre élevés en espace ce qui conduit à un nombre d’opérations par itérations élevé. Les auteurs emploient également des techniques permettant d’augmenter la localité des données ainsi que des opérations vectorisées spécifiques à la machine utilisée. L’écoulement autour d’un modèle complet de voiture a été étudié par Jansson et al. (2011) en utilisant une méthode de résolution par éléments finis. Le domaine de calcul est discrétisé par 4,5 millions de points et 24 millions d’éléments et les solutions sont obtenues en utilisant 3 000 cœurs CPU. Cette étude montre que les résultats obtenus par une méthode par éléments finis associée à simulation aux larges échelles adaptative et à un raf- finement automatique de maillage sont comparables, voire meilleurs, que certains modèles de turbulence. Enfin, une comparaison de méthodes spectrales et vortex est réalisée par Yokota et al. (2013) sur 4 000 cartes graphique pour des résolutions de 69 milliards de particules ou points de calcul dans le cadre de simulations de turbulence homogène. Dans cet article, les auteurs montrent les limites des méthodes spectrales lors de l’utilisation d’un très grand nombre de cartes graphiques. En particulier, les opérations non locales des transformées de Fourier engendrent un coût de communication très important, ce qui n’est pas le cas en utilisant une méthode multipôle rapide (Fast Multipole Method). Ainsi, l’étude montre que la méthode FMM permet d’atteindre une efficacité parallèle bien meilleure que les méthodes spectrales sur plusieurs milliers de cartes graphiques. Ces études montrent l’importance d’une bonne exploitation des ressources informatiques. En général, les méthodes numériques ne sont pas directement adaptées à de grandes machines de calcul car les coûts de communication deviennent prohibitifs. Ainsi, il est nécessaire de prendre en compte ces architectures au niveau de la méthode numérique développée. L’implémentation de méthodes numériques, nécessaire à la résolution de nombreux problèmes physiques, est indissociable des ressources informatiques disponibles. En particulier lorsque les applications considérées nécessitent un haut niveau de détail des solutions, ce qui implique un coût de calcul élevé. 1.2. Calcul intensif Le calcul intensif est un domaine de l’informatique qui consiste à utiliser des supercalculateurs pour des applications relevant généralement du calcul scientifique. L’objectif est d’exploiter au maximum de leurs performances l’ensemble des ressources disponibles pour obtenir la solution d’un problème numérique. On distingue deux contextes d’utilisation intensive des ressources de calcul. Le premier, que nous considérerons par la suite, consiste à résoudre un seul problème sur un ensemble de ressources d’une machine de calcul. Dans ce cas, la méthode numérique employée est distribuée sur les éléments de calculs de manière collaborative, ce qui implique des communications entre les éléments. Une machine de calcul est constituée de différents niveaux hiérarchiques de ressources. Elle est composée de nœuds de calcul interconnectés sur lesquels est installé un système d’exploitation. Un nœud comprend généralement de la mémoire vive, un disque local, des processeurs et éventuellement des accélérateurs, coprocesseurs ou cartes graphiques. Ces ressources sont partagées par les différents processeurs multicœurs. Les uti- 171. Calcul intensif pour la mécanique des fluides lisateurs se partagent la machine et peuvent réserver des ressources selon leurs besoins par l’intermédiaire d’un gestionnaire de ressources. D’un autre côté, pour des calculs d’optimisation, des études de sensibilité par rapport à des paramètres ou des calculs de quantification d’incertitudes, le problème initial est de taille relativement modeste mais il doit être résolu un très grand nombre de fois à partir de données initiales différentes . Pour cela, des grilles de calcul sont utilisées, comme par exemple dans le projet Folding@home de l’Université de Standford. Dans ce cadre, un réseau composé d’un très grand nombre de machines grand public est constitué à travers Internet par les utilisateurs volontaires et est en perpétuelle évolution au gré des connexions et déconnexions des utilisateurs. Les différentes exécutions sont indépendantes et ne nécessitent pas de communications entre elles. Une des difficultés techniques rencontrées dans ce contexte est que les machines présentent de très nombreuses caractéristiques différentes notamment en termes de matériels et de systèmes d’exploitation. 1.2.1. Augmentation des besoin et des ressources de calcul Ressources de calcul pour les simulations numériques Comme nous l’avons vu en section 1.1.2, l’obtention de nouveaux résultats physiques permettant une meilleure compréhension des phénomènes se fait par une amélioration de la précision et du niveau de détail des résultats numériques. Pour la plupart des méthodes cela implique une complexité plus grande aussi bien en terme de calcul qu’en terme de quantité de données. Le temps de calcul est directement lié à cette complexité et augmente rapidement avec la résolution. C’est pourquoi il est nécessaire, pour rendre réalisable cette augmentation, que le temps de calcul soit le plus faible possible. Par exemple, lorsque l’on souhaite simplement doubler la résolution dans toutes les directions spatiales d’un problème tridimensionnel, on obtient un facteur 8 sur le nombre total d’éléments. Ce qui implique un facteur au moins égal à 8 sur l’empreinte mémoire du code. De même, la complexité algorithmique du code est multipliée par un facteur 8, 16 ou 64 selon que la complexité s’exprime en O(N), O(N ln(N)) ou O(N2 ). Cela implique que le coût total de calcul devient rapidement assez élevé et justifie le recours à des techniques de parallélisation mises en places dans le cadre du calcul intensif. Deux points de vue sont envisageables. D’une part, pour un problème donné, l’augmentation des ressources allouées à sa résolution permettent de réduire le temps nécessaire à l’obtention de la solution. D’autre part, à temps de calcul constant, une solution plus précise est obtenue en augmentant conjointement les ressources et la taille du problème. Augmentation de la puissance de calcul des machines Loi de Moore Une caractéristique marquante de l’évolution de l’informatique est la loi de Moore, énoncée en 1965 par un des cofondateur d’Intel, G. Moore. En considérant la complexité de fabrication des circuits intégrés ainsi que leur coût en fonction du nombre de transistors, Moore postule que le nombre de transistors par puce double chaque année. Il observe par la suite, en 2005, que cette croissance est légèrement plus faible mais tout de 181.2. Calcul intensif même exponentielle. Nous illustrons cette loi en figure 1.2 où le nombre de transistors par processeur en fonction des dates de mise sur le marché suit une tendance exponentielle. Il 103 104 105 106 107 108 109 1010 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Nombre de transistors par puce Année de mise sur le marché CPU GPU Tendance : 1.4 x Tendance : 1.6 x Figure 1.2. – Évolution du nombre de transistors par processeurs. est à noter que les processeurs graphiques suivent également une tendance similaire. Top500 Depuis 1993, le projet Top500 établit un classement mondial des 500 machines les plus performantes. La figure 1.3 montre l’évolution de la puissance de calcul théorique développée par ces machines. Sur cette figure sont représentés les machines de rang 1 et 500 ainsi que quelques composants introduits sur le marché en 2012 et 2013. Ces courbes conduisent à deux remarques : en 8 ans, une machine donnée passe de la première à la dernière place du classement ; sur la même durée, la puissance totale de la dernière machine du classement est disponible en un seul composant sur le marché grand public. Ainsi, une machine de bureau standard récente dispose de la puissance de calcul de la première machine du classement il y a 20 ans. La tendance de ces courbes laisse suggérer que le régime de l’exascale sera vraisemblablement atteint d’ici 2020 (Shalf et al., 2010 ; Dongarra et al., 2011 et 2014). Il correspond à la construction et à l’exploitation de systèmes capables d’exécuter 109 GFLOPS. C’est un défi majeur dans la communauté du calcul haute performance. Dans les années 90, l’augmentation de la puissance des machines était principalement due à l’augmentation de la fréquence des processeurs et à la diminution de leurs taille. Ce mécanisme a atteint ses limites principalement à cause d’une trop forte densité d’énergie dans les composants. Par la suite, seule l’augmentation du nombre de processeurs par machine a permis de poursuivre cette évolution. Désormais, la tendance serait plutôt à l’augmentation du nombre de cœurs par processeurs comme c’est le cas, entre autres, avec les cartes graphiques et la dernière génération de processeurs Intel Xeon Phi. 191. Calcul intensif pour la mécanique des fluides 10−1 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 Petascale Exascale 8 ans 8 ans 8 ans 12 ans 8 ans Puissance théorique (GFLOPS) Année de publication Top500 #1 Top500 #500 GPU Coprocesseur CPU Machine standard Figure 1.3. – Évolution du classement du TOP500 Difficulté d’adaptation des codes de calcul Le détail des caractéristiques des machines du Top500 montre une hétérogénéité de composants depuis ces dernières années. En effet, bon nombre de machines de ce classement ne contiennent pas seulement des processeurs mais aussi des accélérateurs, que ce soit des cartes graphiques ou des coprocesseur. La difficulté majeure de l’exploitation de ces élé- ments est que le développement et l’optimisation des codes de calculs ne fait pas appel aux mêmes techniques que sur une machine homogène. De plus, les techniques de programmation sont parfois différentes entre les processeurs et les accélérateurs. Ce qui implique une réécriture du code. D’autre part, la réutilisation d’un code sur une architecture plus récente conduit parfois à des temps de calculs plus grands dans les cas où aucune adaptation n’est réalisée. Ce travail est assez lourd et ne peut pas être réalisé pour chaque nouvelle architecture. Toutefois, cette difficulté est atténuée par l’utilisation de langages portables pour le développement de codes multiarchitectures. 1.2.2. Mesure de performances Dans le cadre du calcul intensif, il est important de pouvoir comparer les différentes implémentations et codes de calculs et d’en mesurer les performances. Pour cela des métriques spécifiques sont utilisées. La première métrique utilisée est la puissance brute développée par un algorithme. Cette grandeur est exprimée par le nombre d’opérations sur des nombres réels à virgules flottante réalisées par secondes d’exécution. On utilisera la notation FLOPS pour désigner cette unité, également notée FLOP s−1 dans la littérature. Cette mesure est notamment utilisée pour établir le classement du Top500, En pratique, le nombre d’opérations effectuées lors d’une 201.2. Calcul intensif exécution peut être obtenu par un outil de profilage et dépend fortement du compilateur, des options de compilations employées ainsi que de l’architecture utilisée. Scalabilité Scalabilité forte Lors de la parallélisation d’un code, la performance maximale atteignable est bornée par la loi d’Amdahl donnée par Rodgers (1985). L’accélération maximale dépend de la proportion de code parallélisable, notée p ∈ [0; 1]. Le temps de calcul total, pour un problème de taille fixe, sur n processeurs Tn est donné en fonction du temps de calcul séquentiel T1 par : Tn = T1(1−p+p/n). Le facteur d’accélération, Sn, égal au rapport entre le temps de calcul sur n processeurs et le temps de calcul sur un seul processeur est alors donné par l’expression : Sn = T1 Tn = 1 1 − p + p/n < n. (1.33) On remarque que lorsque le nombre de processeurs devient grand, le rapport tend vers (1 − p) −1 . Cela signifie que l’accélération maximale, lorsque la partie parallélisable devient négligeable, est bornée par la partie non parallélisable du code. De manière optimale, pour p = 1, on attend que le facteur d’accélération du code soit égal au nombre de processeurs. La performance d’un code peut être mesurée en réalisant une étude de scalabilité forte. Il s’agit d’étudier l’évolution du facteur d’accélération du code pour un problème de taille fixe en faisant augmenter les ressources employées à la résolution. Généralement, ces résultats sont présentés sur un graphe donnant le rapport T1/Tn en fonction de n. Une scalabilité idéale conduit à l’obtention d’une droite de pente égale à 1. Scalabilité faible On peut également considérer l’évolution du facteur d’accélération lorsque l’augmentation des ressources est réalisée simultanément avec une augmentation de la taille des données du problème. Dans ce cas, la loi de Gustafson-Barsis (Gustafson, 1988) conduit à une décomposition du temps de calcul sur n processeurs en une partie séquentielle ts et une partie parallèle tp, Tn = ts + tp. Ainsi, le temps de calcul de ce problème sur un seul processeur est égal à T (n) 1 = ts + ntp et le facteur d’accélération est donné par : Sn = T (n) 1 Tn = n − ts ts + tp (n − 1) (1.34) De même que précédemment, on représente Sn en fonction de n dans un graphe. Dans le cadre d’une étude de scalabilité faible, à chaque Sn correspond une taille de problème contrairement à la scalabilité forte où l’étude complète est réalisée pour une même taille de problème. Dans le cas idéal, le temps de calcul est entièrement dédié à la partie parallèle, ts = 0, on obtient une droite de pente 1. Le temps de calcul séquentiel du problème associé à n processeur, T (n) 1 , peut parfois devenir prohibitif et même impossible à obtenir lorsque n est grand. Pour cela, on pose l’hypothèse que ce temps est proportionnel au temps de calcul séquentiel du problème unitaire T (n) 1 = nT(1) 1 . On représente alors le facteur d’accélération par : S˜ n = T (1) 1 Tn = T (n) 1 nTn = 1 − ts(n − 1) n(ts + tp) . (1.35) 211. Calcul intensif pour la mécanique des fluides Modèle roofline Les architectures multicœurs se caractérisent par le partage d’une mémoire entre les différents cœurs dans lesquelles la bande passante est parfois un facteur limitant les performances. Le modèle roofline, introduit par Williams et al. en 2009, est un modèle de visualisation de performances basé sur l’intensité opérationnelle d’une implémentation. Cette grandeur est définie comme le nombre d’opérations en virgule flottante par Byte de donnée transférée entre les unités de calcul et la mémoire globale. La quantité de données échangées entre les unités de calculs et la mémoire du système est constituée des accès en lecture et écriture. Ce modèle permet de représenter graphiquement les performances de calcul en fonction de l’intensité opérationnelle. Le graphe, en échelle logarithmique, présente la performance atteignable en fonction de l’intensité opérationnelle selon la formule : P A = min(P, B × I), (1.36) avec P A la puissance atteignable en GFLOPS, P la puissance crête théorique de la machine, également en GFLOPS, B la bande passante théorique en GByte/s et I l’intensité opérationnelle du code en FLOP/Byte. L’intensité opérationnelle dépend de la machine et du code et peut être calculée à partir des compteurs présents dans le matériel et éventuellement accessibles via un outil de profilage. Dans certains cas, il est possible d’approcher cette intensité par un comptage des opérations du code. Le modèle conduit à la représentation donnée en exemple en figure 1.4. On détermine si une implémentation est bornée par la bande passante, comme pour l’intensité IA, ou par la puissance de calcul théorique, comme pour IB. Cela donne une borne de performance maximale atteignable pour une implémentation donnée. Une première stratégie d’optimisation pour un algorithme donné consiste à se déplacer vers une intensité opérationnelle plus grande, flèches horizontales sur la figure 1.4. Elle consiste en une optimisation de l’implémentation pour limiter les accès à la mémoire globale afin de maximiser la puissance atteignable. La seconde stratégie consiste à optimiser le code pour diminuer le temps de calcul. En effet, la performance atteinte lors d’une exécution correspond à un point sur le graphe. Visuellement, les optimisations visent à déplacer ce point vers la borne théorique le long d’une demi-droite correspondant à l’intensité opérationnelle de l’implémentation évaluée. Cette seconde stratégie est représentée par les flèches verticales sur la figure 1.4. Efficacité énergétique Dans le cadre de l’étude de l’impact environnemental des machines, la puissance de calcul est mise en regard de la consommation électrique. En particulier, depuis fin 2007, le classement du Green500 ordonne les éléments du Top500 en fonction de leur performance énergétique qui est exprimée en MFLOPS par watt consommé au cours d’un calcul. La figure 1.5 donne l’évolution des machines de rang 1 et 500 du classement Green500 ainsi que, à titre de comparaison, du Top500. La figure 1.6 représente les 150 premières machines des classements du Top500 et Green500 par groupes de couleurs selon le type d’accélérateurs ou selon l’architecture. Comme le montre Subramaniam et al. (2013), dans leur analyse de la consommation énergétique des super-calculateurs l’utilisation d’accélérateurs graphiques, GPU, ou de coprocesseurs semble contribuer fortement à l’amélioration de l’efficacité énergétique. À titre de 221.2. Calcul intensif 0.1 1 10 100 1000 0.1 IA 1 IA0 10 IB 100 Borne calcul Borne bande passante Puissance atteignable (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) Roofline Figure 1.4. – Exemple de modèle roofline. 100 101 102 103 104 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Efficacité énergétique (MFLOPS/W) Date de publication des classements Green500 - #1 Green500 - #500 Top500 - #1 Top500 - #500 Figure 1.5. – Évolution de l’efficacité énergétique des machines. 231. Calcul intensif pour la mécanique des fluides comparaison, les ordres de grandeurs de puissance consommée sont illustrés par des maté- riels usuels. Le code de couleurs utilisé sur la figure 1.6 permet de distinguer quatre types d’architecture. L’architecture classique correspond à une machine constituée de processeurs multicœurs traditionnels et ne contenant aucun accélérateur. L’architecture BlueGene se distingue de la précédente par un nombre bien plus grand de processeurs, par une faible fréquence des processeurs et une faible quantité de mémoire des nœuds. Ces deux dernières caractéristiques permettent à ce type de machine d’être extrêmement efficace en termes de performance énergétique. Les machines dotées de coprocesseurs représentées sur la figure 1.6 sont constituées de processeurs multicœurs Xéon Phi comportant jusqu’à 61 cœurs de calcul et qui ont été introduits récemment par Intel. La machine à coprocesseurs la plus efficace est constituée de processeur PEZY-SC contenant 1 024 cœurs qui sont développés par la société japonaise PEZY Computing. Enfin, le second type d’accélérateur est représenté par les GPU dont les caractéristiques seront détaillées dans le chapitre 4. 105 106 107 108 10−1 100 101 20 MW 1 MW 0.1 MW éolienne motrice de TGV voiture Puissance de calcul (GFLOPS) Efficacité énergétique (GFLOPS/W) Top500 Green500 GPU Coprocesseur BlueGene Classique Figure 1.6. – Comparaison des performances énergétiques des 150 premières machines du Top500 et Green500 selon le matériel (classements de novembre 2014). 1.2.3. Défi de l’exascale Pourquoi l’exascale ? Comme nous l’avons vu précédemment, l’amélioration de la qualité des simulations numériques nécessite des résolutions plus importantes, afin d’obtenir de nouveaux résultats pour améliorer la compréhension et la prise en compte de phénomènes physiques. Cela permet ensuite d’envisager une complexification des modèles physiques puis des modèles 241.2. Calcul intensif mathématiques et numériques dans le processus itératif schématisé en figure 1. De ce point de vue, ces simulations ont besoin de ressources de calcul toujours plus importantes. D’autre part, les classements du Top500 et Green500 nous montrent que la puissance des supercalculateurs est en augmentation, apportant ainsi une réponse à ces besoins en ressources de calcul. Cette réponse permet d’envisager la simulation de problèmes physiques encore plus complexes. Toutefois, les applications sont encore loin d’exploiter toute la puissance offerte par ces calculateurs. La littérature ne fait état que de très peu d’applications capables d’atteindre le PFLOP. Des simulations d’interactions gravitationnelles en astrophysique entre 1012 corps atteignant 4.45 PFLOPS ont été obtenues par Ishiyama et al. (2012), soit 42% de la puissance maximale de la machine pour leurs configuration. Plus récemment, une performance de 11 PFLOPS a été atteinte par Rossinelli et al. (2013) pour la simulation de la coalescence de 15 000 bulles de vapeur sur 13.1012 points de calcul en utilisant 1.6 millions de cœurs CPU. Cette performance correspond à 55% de la puissance de la machine. Enfin, 4096 cartes graphiques ont permis à Yokota et al. (2013) d’atteindre 1.08 PFLOPS en simple précision, soit 25% de la puissance maximale théorique. Principales difficultés Le développement d’applications capables d’exploiter une telle puissance se confronte à de nouvelles problématiques dont nous reprenons quelques éléments, d’après Dongarra et al. (2011). Concurrence L’architecture des machines de l’exascale, basée sur des composants multicœurs ayant un très grand nombre de cœurs, soulève de nombreuses difficultés quant à l’utilisation des mécanismes et des algorithmes actuels notamment en terme de synchronisation des différents processus ou encore d’accès aux données. En effet, les architectures multicœurs ont la particularité de partager une même mémoire entre l’ensemble des cœurs ce qui rend complexe l’accès aux données, à travers une hiérarchie de caches, qui ont éventuellement été modifiées dans le même temps. Leur originalité est qu’elles disposent d’une quantité de mémoire disponible par cœur de calcul plus faible que dans les architectures classiques. L’augmentation du nombre de cœurs par processeurs conduit à une diminution de la mémoire disponible par cœurs. Les accès à des données distantes, non présentes sur la mémoire associée à un processus, deviennent rapidement très coûteux pour un très grand nombre de cœurs. Ce qui pose la question de l’élaboration d’algorithmes de communications et de synchronisations distants adaptés à ces architectures. Énergie La consommation énergétique de ces supercalculateurs devient un problème non seulement au niveau de l’alimentation électrique globale des machines mais aussi du refroidissement des composants. Une limite de faisabilité d’une consommation de 20 MW a été proposée dès 2008 par Bergman et al. et détaillée plus récemment par Subramaniam et al. (2013). Les performances énergétiques des algorithmes commencent à être considérées, en complément des mesures traditionnelles, notamment à travers le classement Green500 et contribuent à une amélioration des performances énergétiques des machines. 251. Calcul intensif pour la mécanique des fluides Robustesse Les applications déployées sur des machines exascale devront être robustes aux pannes. En effet, statistiquement, la probabilité qu’un cœur tombe en panne au cours de l’exécution d’un programme est non négligeable. Des solutions doivent être développées afin de s’affranchir de la technique traditionnelle de la sauvegarde de l’état complet d’un programme à un instant donné en vue d’un redémarrage qui devient impossible à mettre en place dans un tel environnement. De nombreuses techniques sont développées (Dongarra et al., 2014) afin de pouvoir, d’une part, détecter les pannes et les erreurs introduites dans les résultats et, d’autre part, effectuer un redémarrage local des processus en échec en utilisant les données locales pour reconstruire une solution au moment de la panne. Dans ce contexte l’exécution devient non reproductible. Quelques stratégies Les contraintes de ce passage à l’échelle permettent, par nécessité, de dégager quelques stratégies au niveaux des algorithmes et des méthodes numériques employées. Ces straté- gies sont détaillées de manière exhaustive par Dongarra et al. (2014). Les auteurs soulignent notamment que l’utilisation de modèles couplés, de méthodes d’ordre élevé ou de parallé- lisation en temps permettent d’aboutir à des implémentations susceptibles de s’adapter à l’architecture des machines. L’intérêt est de pouvoir introduire des considérations maté- rielles dès la spécification des méthodes numériques et même au niveau de la modélisation mathématique du problème. D’autre part, au niveau des algorithmes, l’accent est mis sur la scalabilité des solveurs, l’utilisation d’algorithmes multiniveaux et de librairies de calcul existantes pour lesquelles les optimisations par rapport aux architectures auront été réalisées de manière très pointue. Le cadre applicatif de la mécanique des fluides s’adapte assez bien aux caractéristiques du calcul intensif. En effet, à travers une application, nous allons pouvoir employer une méthode de résolution ayant de bonnes propriétés de parallélisation dans l’optique de l’exploitation de serveurs de calculs hétérogènes. Le développement et l’implémentation de cette méthode numérique est réalisé dans le cadre défini par l’application que nous détaillons ci-après. 1.3. Transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent 1.3.1. Domaines d’application De très nombreux phénomènes physiques sont basés, au moins en partie, sur le transport d’un ou plusieurs scalaires par un écoulement turbulent. Les scalaires correspondent à des quantités de diverses natures (Shraiman et al., 2000). Dans le domaine de l’environnement, le scalaire peut représenter un polluant transporté par l’air ou l’eau (Michioka et al., 2008). En biologie il peut s’agir de l’évolution des concentrations de certaines molécules chimiques, comme les phéromones, que de nombreuses espèces utilisent pour communiquer ou se repérer (Murtis et al., 1992) ou encore la concentration de bactéries et de leur nourriture (Taylor et al., 2012). Le domaine de l’ingénierie est concerné par de nombreux problèmes 261.3. Transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent de ce type, notamment en combustion. Dans ces problèmes, plusieurs scalaires peuvent être transportés simultanément comme les différentes concentrations en réactifs chimiques ou encore la fraction de mélange entre le combustible et l’oxydant (Pitsch et al., 2008). La température est un autre exemple de quantité scalaire, importante dans l’étude de systèmes de refroidissements (Kuczaj et al., 2010). Un transport de scalaire peut également être utilisé comme outil de modélisation. Par exemple, le transport d’une fonction levelset permet de modéliser les interfaces dans un fluide multiphasique (Tryggvason et al., 2011) ou un objet en mouvement (Sethian et al., 2003). 1.3.2. Physique du problème Généralement, le scalaire a une influence sur l’écoulement dans lequel il est transporté. Par exemple dans les cas où on considère la densité d’un fluide multiphasique, ou encore lors du transport de concentrations en réactifs chimiques dans une réaction de combustion. Dans certaines applications, les effets du scalaire sur l’écoulement deviennent négligeables, ce qui est le cas dans le transport de petits éléments comme des polluants, molécules ou colorants. Le scalaire est alors passif dans l’écoulement et n’a pas d’effet rétroactif sur le fluide. Dans un écoulement turbulent et indépendemment du transport de scalaire, des structures de différentes tailles se forment. Des structures de grandes tailles sont créées et entretenues par l’écoulement. Les fluctuations de ces structures génèrent des structures plus petites qui elles-mêmes génèrent, en cascade, d’autre structures encore plus fines. Un tel écoulement se caractérise par une large palette de taille de structures s’étalant sur plusieurs ordres de grandeur. Cependant, à partir d’une certaine échelle, dite de Kolmogorov, les effets visqueux du fluide deviennent prédominants et engendrent une dissipation de l’énergie cinétique de l’écoulement (Lesieur, 2008). La longueur de cette échelle ne dépend que des caractéristiques du fluide dont notamment la viscosité ν. Ainsi, un écoulement turbulent ne présente pas de structures de tailles inférieures à la longueur de l’échelle de Kolmogorov, notée ην. Lors d’une simulation directe, DNS en anglais pour Direct Numerical Simulation, l’écoulement est résolu à toutes les échelles jusqu’à l’échelle de Kolmogorov. Le maillage doit avoir une longueur de maille suffisamment petite pour capter les plus petites structures de l’écoulement. Dans les cas où le maillage ne résout pas toutes les échelles, il est nécessaire de faire appel à un modèle de turbulence permettant de simuler cette dissipation d’énergie par les petites échelles non résolues (Lesieur et al., 2005 ; Sagaut, 2006). La dynamique du scalaire se caractérise par deux phénomènes : une dispersion par convection du scalaire puis sa diffusion. Le premier effet, induit par le fluide turbulent, a pour conséquence d’étirer les structures du scalaire, de générer des fluctuations à des échelles de plus en plus petites et d’amplifier ses concentrations locales. De manière similaire au fluide, l’échelle de Batchelor, notée ηκ, décrit l’échelle de concentration d’un scalaire à partir de laquelle la diffusion moléculaire devient prédominante (Batchelor, 1958). Là encore, cette échelle ne dépend que des caractéristiques du fluide, dont la viscosité et du coefficient de diffusion, noté κ. Cette diffusion permet une dissipation des variations, localement fortes, du scalaire. 271. Calcul intensif pour la mécanique des fluides Le nombre de Schmidt, sans dimension, est défini par le rapport entre la viscosité du fluide et le coefficient de diffusion du scalaire, Sc = ν/κ. Dans la plupart des fluides, le nombre de Schmidt est grand, au moins égal à 1. Ce nombre permet de relier les échelles de dissipation du fluide et du scalaire à travers la relation : ηκ √ Sc = ην. En pratique, l’échelle de Batchelor est donc (beaucoup) plus petite que l’échelle de Kolmogorov. Cela implique que le transport du scalaire développe des structures plus petites que les plus petites structures développées par le fluide. Pour de grands nombre de Schmidt, la dynamique du scalaire est essentiellement donnée par l’advection du scalaire sous l’effet du fluide. Un cadre théorique décrit l’influence du nombre de Schmidt sur des quantités statistiques du scalaire. En particulier, la décroissance du spectre de variance du scalaire, en fonction du nombre d’onde k, est modélisé par une loi de puissance en k −5/3 qui est associée au transfert d’énergie en cascade vers les petites échelles. Cette décroissance est suivie d’une loi en k −1 puis de la dissipation par les plus petites échelles. Cette lente décroissance renforce la nécessité d’une résolution des petites échelles de l’écoulement. 1.3.3. Formulation mathématique Un problème de transport d’un scalaire dans un fluide incompressible turbulent est modélisé par les équations de Navier-Stokes (1.10) pour la partie fluide et une équation de convection et diffusion pour le transport du scalaire. Ces deux parties sont liées par le champ de vitesse. Le problème consiste en le système d’équations suivant, en considérant une densité ρ = 1 et en l’absence de forces extérieures fe = 0 :    div u = 0, Du Dt =  ∂u ∂t + (u · ∇)u  = −∇P + ν∆u, Dθ Dt = ∂θ ∂t + (u · ∇)θ = κ∆θ (1.37) Les trois inconnues du problème sont le champ de vitesse u, la pression P et le scalaire passif θ. Dans le cadre d’un scalaire actif, l’effet sur l’écoulement est généralement pris en compte à travers une force fθ présente au second membre de la seconde équation du système. Ici, à travers le couplage faible entre les deux parties, nous obtenons une décomposition du problème global en deux sous-problèmes quasi indépendants. En effet, le champ de vitesse peut être vu simplement comme une donnée d’entrée du problème de transport de scalaire. Conclusion À partir d’un même problème mathématique, différentes méthodes numériques peuvent être envisagées. Le choix de l’une ou l’autre dépend des objectifs visés, des applications considérées et des architectures de calcul disponibles. Dans ce chapitre, nous avons exposé 281.3. Transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent les grandes lignes des méthodes classiques relativement à la résolution d’un problème de mécanique des fluides. L’utilisation d’une méthode numérique permet de discrétiser un problème continu pour en approcher une solution. Leur point commun est que la précision de la solution dépend de la finesse de la discrétisation et de l’ordre d’approximation du schéma numérique. Ces deux paramètres ont une forte incidence sur le temps de calcul. Ce dernier peut rapidement devenir prohibitif en l’absence d’utilisation de techniques de parallélisation et d’optimisation du code. L’exploitation des machines de calcul, dont l’architecture peut être fortement hétérogène, dans le cadre du calcul intensif, implique une prise en compte du matériel et des technologies employées dès la conception des algorithmes. L’importance de cette prise en compte est encore plus grande lors de l’utilisation d’une grande quantité de ressources, notamment dans la perspective de l’évolution des machines vers l’exascale. Le transport d’un scalaire passif par un écoulement turbulent nous conduit à résoudre un problème, composé de deux parties assez indépendantes, présentant plusieurs échelles. Dans la suite, nous mettons en place une résolution basée sur différentes méthodes ainsi que des algorithmes multiéchelles. 292. Méthode particulaire pour l’équation de transport Comme nous l’avons exposé dans le chapitre 1, la modélisation du transport d’un scalaire passif dans un écoulement turbulent s’effectue à l’aide un système d’équations continues constitué des équations de Navier-Stokes et d’une équation d’advection-diffusion du scalaire. Ces deux équations présentent une équation de transport, une pour la vorticité et l’autre pour le scalaire. Parmi les différentes techniques de résolution possibles, ce travail se base sur le développement d’une méthode semi-Lagrangienne. En effet, elle permet de combiner les avantages des méthodes Lagrangiennes tout en se basant sur une structure de donnée régulière. Ainsi, cette méthode nous permet de choisir de grands pas de temps pour la réalisation de simulations numériques tout en bénéficiant de la régularité des données liée à la présence de la grille sous-jacente. Dans une première partie de ce chapitre, nous présenterons un état de l’art des méthodes particulaires semi-Lagrangiennes. Elles consistent en une méthode Lagrangienne avec une étape de remaillage systématique à chaque itération permettant de remédier aux éventuels problèmes de distorsions du champ de particules. Elles se distinguent des méthodes semiLagrangiennes classiques (backward) par une descente des caractéristiques. Cette méthode particulaire semi-Lagrangienne (forward) explicite peut être formalisée comme un schéma aux différences finies à travers le remaillage. Une analyse des schémas ainsi obtenus est possible en utilisant une approche propre à la méthode des différences finies. Nous présenterons également les différentes techniques de construction des formules de remaillage ainsi qu’un exemple d’implémentation. Dans une seconde partie, nous proposerons une méthode systématique pour obtenir des méthodes particulaires semi-Lagrangiennes d’ordres élevés. L’augmentation de l’ordre est obtenu par l’utilisation de formules de remaillage ayant une forte régularité et conservant un grand nombre de moments. Une nouvelle méthode de construction de ces formules permet de produire des formules d’ordre arbitraire. Des analyses de stabilité et consistance seront réalisées pour la méthode semi-Lagrangienne utilisant cette classe de formules de remaillage. 312. Méthode particulaire pour l’équation de transport 2.1. Méthode particulaire avec remaillage 2.1.1. Deux classes de méthodes semi-Lagrangiennes À l’origine, les méthodes semi-Lagrangiennes ont été développées pour la résolution d’écoulements dominés par l’advection, essentiellement dans le domaine de la météorologie (Staniforth et al., 1991). Leur principe général est basé sur l’exploitation des caractéristiques en chaque point d’une grille et de combiner les avantages des méthodes Eulériennes et Lagrangiennes. En effet, elles reposent sur le fait que la quantité transportée est invariante le long des caractéristiques. Dans une méthode semi-Lagrangienne rétrograde classique (backward semi-Lagrangian method en anglais) la résolution consiste à remonter la trajectoire depuis un point de grille et interpoler la quantité transportée au point de départ. Le résultat de l’interpolation donne directement la valeur de la quantité au point de grille considéré. Une seconde classe dont principe est similaire repose sur une descente des caracté- ristiques est appelée forward semi-Lagrangian method. Après intégration de l’équation de mouvement, l’étape de distribution de la quantité transportée sur les points de grille est réalisée de manière implicite et nécessite la résolution d’un système dont la complexité dé- pend de la nature de l’interpolation employée. La seule différence se situe dans le traitement des contributions sur les points de grille. Une comparaison avec la méthode classique a été proposée par Crouseilles et al. (2009) sur différents modèles d’équations de Vlasov pour la simulation de plasmas. Nous illustrons les deux classes de méthodes par les figures 2.1. (a) Backward (b) Forward Figure 2.1. – Méthodes semi-Lagrangiennes La méthode particulaire avec remaillage que nous détaillons dans la suite de ce chapitre est très similaire à la méthode forward mais en utilisant un schéma explicite. Notre méthode permet facilement de monter en ordre et est conservative. 322.1. Méthode particulaire avec remaillage 2.1.2. Principe général de la méthode particulaire avec remaillage Une méthode particulaire permet de résoudre une équation de transport : ∂u ∂t + div(au) = 0, (2.1) où la quantité u est transportée à vitesse a. Comme nous l’avons évoqué en section 1.1.2, la quantité u est discrétisée sur un ensemble de particules et est approchée en tout point de l’espace par l’expression : u(x) = X p upWε(x − xp), avec up la quantité portée par la particule p, Wε une fonction de régularisation et xp la position d’une particule. L’évolution des particules est soumise au champ de vitesse de l’écoulement et leurs trajectoires sont données par les équations : dxp dt = a(xp, t). La présence d’un éventuel second membre dans l’équation de transport (2.1) se traduit par une équation d’évolution de la quantité transportée par les particules. Par exemple, pour une équation de transport de vorticité ω à vitesse u, issue des équations de Navier-Stokes : ∂ω ∂t + u · ∇ω = ω · ∇u + ν∆ω, le second membre conduit aux équations suivantes : dωp dt = ωp∇u(xp) + ν∆ω(xp). Un inconvénient bien connu des méthodes particulaires est qu’au cours de l’évolution de la simulation, les particules ont des trajectoires qui suivent le champ de vitesse. Par conséquent, il peut arriver que ces particules se retrouvent trop éloignées les unes des autres ou inversement regroupées dans une petite région du domaine. Ainsi, selon les zones de l’écoulement, on assiste à une dégradation de la représentation des champs par manque ou excès de particules. Un contrôle du recouvrement des particules est alors nécessaire pour assurer de la convergence de la méthode. Dans de nombreuses implémentations de cette méthode, une redistribution des particules sur une grille est appliquée régulièrement au cours de la simulation afin de garantir un recouvrement suffisant et les propriétés de consistance de la méthode (Koumoutsakos et al., 1995). Une méthode semi-Lagrangienne est obtenue lorsque le remaillage est effectué systématiquement après chaque étape d’advection. Cela permet également une représentation des variables sur la grille et d’exploiter des méthodes de décomposition de domaine (Cottet, 1991 ; Ould Salihi et al., 2000 ; Cottet et al., 2000 ; Cocle et al., 2008), d’adaptation automatique de maillage (Bergdorf et al., 2005) ou de multirésolution basée sur des ondelettes (Bergdorf et al., 2006). Ainsi, les termes au second membre des équations de transport peuvent être résolus sur la grille et non sur les particules. 332. Méthode particulaire pour l’équation de transport Par conséquent, la quantité transportée par les particules est conservée lors de l’advection car la trajectoire des particules suit les caractéristiques et on a : dup dt = 0. Ainsi, dans ce type de méthode, les particules sont créées au début de chaque étape d’advection et sont détruites par le remaillage. En pratique, on ne crée des particules qu’aux points de grille où la quantité transportée par les particules est supérieure à une certaine valeur seuil fixée à l’avance. Cela permet d’éviter le traitement, par advection puis remaillage, de particules dont la quantité transportée est nulle ou négligeable. Le remaillage consiste en une interpolation des particules sur la grille à l’aide d’un noyau de remaillage, également appelé formule de remaillage. Le cas multidimensionnel est généralement traité par produit tensoriel de noyaux monodimensionnels. Cependant, comme nous le verrons par la suite, ces formules ont généralement un coût arithmétique élevé en 3D si des noyaux avec un large support sont utilisés. La figure 2.2 illustre une étape de résolution pour un cas 2D où la taille des disques représente les valeurs portées par les particules. Après un déplacement des particules selon le champ de vitesse représenté par les flèches en trait épais sur la figure 2.2b, les particules sont remaillées sur les S points de grille voisins. Les contributions d’une particule sur les points de grille sont représentées par des flèches en trait fin. La particule colorée sur la figure 2.2a est répartie dans les valeurs des points de grille colorés selon la contribution sur la figure 2.2c. (a) Instant t n (b) Advection et remaillage (c) Instant t n+1 Figure 2.2. – Remaillage par produit tensoriel Magni et al. (2012) proposent une alternative à la résolution multidimensionnelle basée sur un splitting dimensionnel. Cette méthode permet de découpler les directions spatiales à travers la résolution de problèmes monodirectionnels en alternant les directions. Le splitting de Strang, d’ordre deux en temps, conduit à résoudre, pour un problème 2D, une première direction sur l’intervalle [t n ;t n+1/2 [, la seconde direction sur un pas de temps complet et revenir à la première direction pour terminer l’itération sur [t n+1/2 ;t n+1[. En trois dimensions, l’algorithme est identique, toutes les étapes sont réalisées sur des demi pas de temps excepté la troisième direction. Nous illustrons ce splitting dimensionnel en figure 2.3 en utilisant les 342.1. Méthode particulaire avec remaillage mêmes conventions que pour l’illustration précédente. Dans un souci de clarté, l’exemple ne concerne qu’un splitting du premier ordre qui, selon le même principe, consiste en une alternance des directions pour des pas de temps complets. À chaque étape, une particule est remaillée seulement sur les S points voisins dans la direction concernée, soit respectivement 3S et 5S contributions par particule pour une itération complète de la formule de Strang en 2D et en 3D, au lieu de S 2 et S 3 pour un remaillage tensoriel. (a) Instant t n (b) Advection et remaillage, direction X (c) État intermédiaire (d) Advection et remaillage, direction Y (e) Instant t n+1 Figure 2.3. – Remaillage par splitting dimensionnel du premier ordre À travers l’utilisation d’un splitting dimensionnel de Strang, la résolution d’une équation de transport multidimensionnelle se réduit à une succession de problèmes 1D. Cela permet d’obtenir un coût de calcul proportionnel au nombre de particules dont la constante multiplicative dépend uniquement de la formule de remaillage. Dans un remaillage tensoriel, chaque particule contribue une fois par itération à S 3 (S 2 ) points de grilles voisins en 3D (2D). En revanche, dans notre cas, une itération est constituée de plusieurs étapes dans lesquelles une particule contribue simplement aux S points de grille. D’autres avantages en termes de complexité algorithmique seront donnés ultérieurement. 352. Méthode particulaire pour l’équation de transport 2.1.3. Cas monodimensionnel La méthode semi-Lagrangienne d’advection avec remaillage est donnée ici pour une équation de transport monodimensionnelle : ∂u ∂t + ∂ ∂x(au) = 0. (2.2) On note la vitesse, a et la quantité transportée par les particules, u. À chaque instant, ces deux variables sont connues en chaque point de la grille. À chaque itération temporelle de la méthode, les particules sont initialisées à un instant t n , en chaque point de grille x˜ n i = xi avec u˜ n i = u n i pour la quantité transportée. Puis l’équation de mouvement est résolue pour chaque particule à l’aide d’un schéma d’intégration en temps. La nouvelle position de la particule i, x˜ n+1 i est la solution du problème suivant :    d˜xi dt = a(˜xi) t ∈ [t n , tn+1[, x˜ n i = xi . (2.3) En pratique, pour chaque particule, le problème (2.3) est résolu par un schéma d’inté- gration explicite. La vitesse de la particule i, a(˜xi), est supposée constante tout au long de l’intervalle de temps [t n ;t n+1[ et son approximation est notée a˜ n (˜xi). Dans un cadre multié- chelle, la vitesse est connue sur une grille plus grossière que celle du scalaire, on utilise alors une interpolation linéaire du champ de vitesse pour obtenir l’approximation a˜ n en un point de la grille fine. Dans le cas d’une même résolution pour les deux grilles, l’approximation du champ de vitesse sur un point de grille est directement donnée par la valeur de la vitesse en ce point, sans interpolation, a˜ n (xi) = a n i . Pour une intégration du premier ordre, avec un schéma d’Euler, la position de la particule après advection s’exprime par : x˜ n+1 i = xi + a n i ∆t. (2.4) Comme nous l’avons exposé précédemment, un splitting de Strang du second ordre est utilisé pour les cas multidimensionnels. Cela implique l’utilisation d’un schéma d’intégration d’ordre plus élevé afin de conserver le second ordre en temps. En utilisant un schéma de Runge-Kutta, du second ordre, la position de la particule est donnée par l’expression : x˜ n+1 i = xi + ˜a n  xi + a n i ∆t 2  ∆t. (2.5) Ici encore, la valeur du champ de vitesse a n i n’est utilisée directement que dans les cas d’une même résolution pour la vitesse et le scalaire, sinon une interpolation linéaire supplémentaire est nécessaire. Après déplacement des particules, l’étape de remaillage permet de redistribuer les quantités portées par les particules sur la grille. Cette étape est réalisée à l’aide du noyau de remaillage W : u n+1 i = X p u n pW x˜ n+1 p − xi ∆x ! (2.6) 362.1. Méthode particulaire avec remaillage 2.1.4. Lien avec la méthode des différences finies Comme nous l’avons vu précédemment, une particule initialement au point de grille xp se retrouve après advection, par la résolution de (2.3), en position x˜p, transportant la quantité up. Ensuite la particule est remaillée sur les 2S points de grille voisins de x˜p par un noyau de remaillage Λp,r. Si on note xi le point de la grille le plus proche à gauche de x˜p, la quantité up est distribuée sur les points de grille d’indices [i − S + 1;i + S], comme l’illustre la figure 2.4. Particules Grille i − 2 i − 1 i i + 1 i + 2 i + 3 x˜p Figure 2.4. – Remaillage d’une particule pour un noyau de support [−2; 2] De même, un point de la grille se voit collecter toutes les contributions de particules situées à sa proximité indépendemment du nombre de particules. En effet, le nombre de particules par cellules peut changer (c.-à-d. être différent de un) selon les variations locales du champ de vitesse. Toutefois, les particules ne peuvent se croiser au cours de l’advection lorsque le pas de temps est contraint par une condition CFL Lagrangienne : ∆t||a 0 ||∞ 6 C (2.7) Particules Grille i Figure 2.5. – Remaillage sur un point de grille pour un noyau de support [−2; 2] La méthode d’advection suivie d’un remaillage montre une similarité avec la méthode des différences finies. Nous l’illustrons sur un exemple linéaire simple, lorsque le nombre CFL des particules, λi = ai∆t/∆x, est inférieur à 1 et que la vitesse est positive. En utilisant la formule de remaillage à deux points (2.10), les poids sont donnés par : αi = 1 − λi , βi = λi . Cette configuration est schématisée sur la figure 2.6. αi−1 βi−1 αi βi λi−1 λi λi+1 i − 1 i i + 1 i − 1 i i + 1 Instant t n Instant t n+1 Advection Remaillage Figure 2.6. – Analogie entre le remaillage et les différences finies 372. Méthode particulaire pour l’équation de transport À l’issue du remaillage, le point de grille d’indice i collecte des contributions des particules i − 1 et i : u n+1 i = βi−1u n i−1 + αiu n i = λi−1u n i−1 + (1 − λi)u n i = a n i−1u n i−1∆t ∆x + u n i − a n i u n i ∆t ∆x On reconnaît ici aisément un schéma aux différences finies du premier ordre consistant avec l’équation de transport : u n+1 i − u n i ∆t = (au) n i−1 − (au) n i ∆x Cette approche permet à Cottet et al. (2006) de démontrer le parallèle entre cette méthode semi-Lagrangienne et le schéma de Lax-Wendroff pour l’équation de Burgers. Les auteurs distinguent les cas linéaires et non linéaires. Pour une équation à vitesse constante, l’utilisation d’une formule de remaillage de support [−1.5; 1.5] conservant les trois premiers moments conduit, lorsque la CFL est inférieure à 1/2, à un schéma aux différences fines de Lax-Wendroff. Pour une CFL dans [1/2; 1], le schéma obtenu est décentré. Une formule de remaillage de support [−2; 2] conservant quatre moments est également analysée et conduit à un schéma d’ordre 3. Le cas non linéaire est bien plus complexe et n’est étudié que pour la formule Λ2 et une CFL inférieure à 1/2. Le schéma aux différences finies obtenu est d’ordre deux si les particules sont advectées avec un schéma également d’ordre deux. Un point intéressant de cette étude est que l’ordre des schémas obtenus ne dépend pas explicitement de la formule de remaillage mais simplement du nombre de moments qu’elle conserve. L’exploitation des outils de la méthodologie des différences finies permet à Cottet et al. (2009b) de développer des limiteurs pour les formules de remaillage Λ2. Les auteurs se restreignent à des CFL inférieures à 1 dans les cas linéaires et non linéaires pour l’équation de Burgers. En pratique des CFL plus grandes sont traitées en deux étapes. Les particules sont d’abord advectées sans remaillage sur la partie entière de la CFL puis advectées et remaillées avec une CFL inférieure à 1. Plus récemment, Magni et al. (2012) étendent la construction de formules de remaillage avec limiteurs d’ordre 2 et 4 corrigées pour pouvoir traiter le cas de grands pas de temps. En effet, lors d’une advection avec une CFL supérieure à 1, les nombres CFL peuvent varier d’une particule à l’autre ce qui entraîne une perte de consistance avec l’équation de transport. L’idée développée consiste en un regroupement des particules en blocs selon leur nombre CFL local. Les particules d’un même blocs sont remaillées soit avec une formule de remaillage centrée soit décentrée à gauche. Ainsi, au sein des blocs, la consistance est assurée directement. Par contre, entre deux blocs de types différents, la consistance de la méthode nécessite une correction des formules de remaillage selon les nombres CFL locaux des particules à l’interface entre les blocs. Les corrections consistent en une modification du nombre de points de grille sur lesquels ces particules sont remaillées. La consistance pour les grands pas de temps conduit à des formules de remaillage de plus grande complexité algorithmique du fait de l’étape de construction des blocs et de choix de la correction à appliquer. Enfin, Weynans et al. (2013) proposent une extension des formules de remaillage avec limiteurs dans le cas non linéaire pour une vitesse de signe quelconque. Les auteurs proposent également une preuve de convergence de la méthode en utilisant leurs schémas. Cette 382.1. Méthode particulaire avec remaillage démonstration est réalisée dans le cadre de la résolution d’une équation de Burgers. Il s’agit, à notre connaissance, de la seule preuve de convergence des méthodes particulaires pour l’équation de Burgers. 2.1.5. Construction des formules de remaillage Du fait de leur nature, les méthodes particulaires sont adaptées à la résolution d’équations de conservation. Il est donc impératif que le remaillage, par l’équation (2.6), possède également ces propriétés de conservation des moments des quantités transportées. Mathé- matiquement le moment discret d’ordre p d’une quantité u est défini par : X i x p i ui . (2.8) Par conséquent, un noyau de remaillage doit satisfaire les égalités de conservation des moments discrets d’ordre α suivantes : X i x α i u n+1 i = X i x α i u n i , 0 6 α 6 p, ou encore, en utilisant la relation (2.6) : X k∈Z k αW(x − k) = x α , 0 6 α 6 p, x ∈ R. (2.9) Construction à partir des moments discrets La première catégorie de noyaux est obtenue directement à partir des relations (2.9) et les noyaux sont notés Λp, pour un noyau conservant les moments d’ordre 0 à p. Le support est fixé à une largeur égale à p + 1 et le noyau est défini par une fonction polynomiale par morceaux de p + 1 polynômes de degrés p. Les p 2 + p coefficients sont alors obtenus de manière à vérifier les relations (2.9). Cette méthode permet notamment d’obtenir le noyau d’interpolation linéaire : Λ1(x) = ( 1 − |x| si |x| 6 1 0 sinon (2.10) Les quatre premiers noyaux de cette classe sont représentés en figure 2.7. Comme le montre la figure 2.7, certains de ces noyaux ne sont pas continus. Les pertes de précisions numérique dues au manque de régularité de ces noyaux ont été étudiées par Cottet et al. (2009b). L’ordre du remaillage peut être conservé à l’aide de corrections locales. Construction à partir de B-splines Une seconde classe de noyaux est obtenue à partir de B-splines régulières (Schoenberg, 1946) : Mp(x) = 1 2π Z ∞ −∞  sin ξ/2 ξ/2 p e iξxdξ. (2.11) 392. Méthode particulaire pour l’équation de transport −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Λ1(x) Λ2(x) Λ3(x) Λ4(x) Figure 2.7. – Noyaux de remaillage de type Λp Ainsi un noyau Mp sera de classe C p−2 avec un support de largeur 2p − 3. La figure 2.8 représente quelques noyaux de type Mp. On remarque que M1 est la fonction chapeau de support [−1/2; 1/2] et que M2 = Λ1. Cependant, ces noyaux ne permettent qu’une conservation des deux premiers moments uniquement. −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 M1(x) M2(x) M4(x) M8(x) Figure 2.8. – Noyaux de remaillage de type Mp Extrapolation à partir de noyaux réguliers En utilisant l’extrapolation de Richarson, Monaghan (1985) produit des noyaux basés sur les fonctions Mp et leurs dérivées afin d’obtenir des ordres plus élevés en conservant leur régularité. On construit alors un noyau de la forme W(x) = Pp/2 c=0 ckx kM (k) p (x). Les coeffi- 402.1. Méthode particulaire avec remaillage cients ck sont obtenus de telle sorte que le nouveau noyau vérifie les conditions suivantes : Z W(x)dx = 1, Z x αW(x)dx = 0, 1 6 α 6 p, ce qui conduit à la résolution d’un système linéaire. Seules les contraintes pour α pair sont à considérer, car les moments impairs sont nuls par symétrie des noyaux. Par exemple, pour le noyau M4, on est ramené à la résolution du système :  R M4(x)dx R xM0 4 (x)dx R x 2M4(x)dx R x 3M0 4 (x)dx  c0 c1  =  1 −1 1/3 −1  c0 c1  =  1 0  , dont la solution est c0 = 3/2 et c1 = 1/2. On obtient donc le noyau noté M0 4 . Par construction, ce noyau est de classe C 1 , comme M4 est C 2 , mais il conserve les moments jusqu’à l’ordre 3. Il est utilisé dans la plupart des implémentations depuis la fin des années 90 (Koumoutsakos, 1997 ; Ould Salihi, 1998). M0 4 (x) = 1 2  3M4(x) + x dM4 dx (x)  M0 4 (x) =    1 − 5 2 |x| 2 + 3 2 |x| 3 si |x| 6 1 1 2 (1 − |x|)(2 − |x|) 2 si 1 < |x| 6 2 0 sinon (2.12) −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 M0 4(x) M0 5(x) M0 8(x) Figure 2.9. – Noyaux de remaillage type M0 p Un comparatif de ces différents noyaux est donné dans le tableau 2.1 en termes de moments conservés, de régularité, de largeur de support et de degré polynomial. 412. Méthode particulaire pour l’équation de transport Nom Moment maximal conservé Régularité Support Degré Λ1 1 C 0 [−1; 1] 1 Λ2 2 - [−1, 5; 1, 5] 2 Λ3 3 C 0 [−2; 2] 3 Λ4 4 - [−2, 5; 2, 5] 4 M1 1 - [−0, 5; 0, 5] 0 M2 1 C 0 [−1; 1] 1 M4 1 C 2 [−2; 2] 3 M8 1 C 6 [−4; 4] 7 M0 4 2 C 1 [−2; 2] 3 M0 5 3 C 2 [−2, 5; 2, 5] 4 M0 8 4 C 4 [−4; 4] 7 Tableau 2.1. – Comparatif des différents noyaux de remaillage de la littérature. 2.1.6. Exemple d’implémentation La principale implémentation de méthodes semi-Lagrangiennes (également appelées mé- thodes particules-grille) a été proposée par Sbalzarini et al. (2006). La librairie PPM (Parallel Particle-Mesh) repose sur une unification de méthodes de grilles et de méthodes particulaires à travers des interpolations entre les particules et la grille. Cette librairie propose une interface pour l’exploitation de machines à mémoire distribuée de manière transparente pour l’utilisateur. Le parallélisme est géré par des méthodes de décomposition de domaine et d’adaptation de charge. Des algorithmes efficaces pour l’évaluation des interactions entre particules, des méthodes de grilles globales utilisant des FFT et des solveurs multigrille ainsi que des interpolations entre les particules et la grille conduisent à de bonnes performances numériques. Dans la suite de ce chapitre nous exposons une méthode de construction de formules de remaillage dont les propriétés de régularité et du nombre de moments conservés sont choisis arbitrairement. Nous considérons ensuite ces formules dans des études de consistance et de stabilité des schémas ainsi obtenus. Nous observons que l’ordre de la méthode semi-Lagrangienne dépend directement du nombre de moments conservés par la formule de remaillage ainsi que de sa régularité. Les détails techniques des étapes d’advection et remaillage propres à l’implémentation seront donnés dans les chapitres 5 et 6. 2.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé 2.2.1. Construction de formules de remaillage d’ordre élevé Une caractéristique intéressante des noyaux de type Λp est la propriété d’interpolation suivante : Λp(x) = ( 1, si x = 0 0, si x ∈ Z ∗ . (2.13) 422.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé Cette propriété permet une conservation exacte de la quantité remaillée pour les particules dont la position coïncide avec un point de grille, en particulier si la vitesse est nulle. En pratique, l’utilisation de noyaux possédant cette propriété donne des résultats plus précis. Cependant, les noyaux réguliers de type Mp et M0 p perdent cette propriété. Dans cette section, nous donnons une méthode de construction de noyaux de remaillage d’ordre élevé, réguliers et vérifiant la propriété (2.13). Le principe est similaire à celui employé pour la construction des noyaux de type Λp, donnée en Section 2.1.5. Il s’agit de trouver une fonction vérifiant les propriétés suivantes : P1 : parité ; P2 : support compact [−S, S] ; P3 : polynomiale par morceaux de degré q sur les intervalles entiers ; P4 : régularité C r ; P5 : conservation les moments jusqu’à l’ordre p, selon l’égalité (2.9) ; P6 : vérification de la propriété d’interpolation (2.13). Ces propriétés conduisent à l’expression d’une régularité des noyaux Λp,r en terme d’espaces fonctionnels :    Λp,r ∈ C ∞ (]l, l + 1[), l ∈ Z, Λp,r ∈ Wr+1,∞(R) = n f ∈ L ∞(R), ∀l ∈ N ∗ , l 6 r + 1, D l f ∈ L ∞ o , (2.14) où Dlf est la dérivée d’ordre l de f au sens des distributions. Les propriété P1, P2 et P3 permettent de restreindre la recherche à seulement S polynômes de degré q, soit S(q + 1) coefficients inconnus. Le noyau s’écrit donc de manière générale : Λp,r(x) = ( Qi(x), si i 6 |x| < i + 1, i = 0 . . . S − 1 0 sinon, avec Qi(x) = X q k=0 c i k |x| k . Avec ces notations, la propriété P4 implique que q > r ainsi que les (r + 1)(S + 1) contraintes de raccords entre les polynômes aux points de coordonnées entières du support : Q (j) i (i + 1) = Q (j) i+1(i + 1), 0 6 j 6 r, 1 6 i 6 S − 1, Q (j) 0 (0) = ( 1 si j = 0 0 sinon , 0 6 j 6 r, Q (j) S−1 (S) = 0, 0 6 j 6 r. Les p+ 1 égalités polynomiales imposées par la propriété P5 se traduisent par (1+p)(q + 1) contraintes sur les coefficients polynomiaux. Cependant, par parité des noyaux, les moments 432. Méthode particulaire pour l’équation de transport Nom Moment maximal conservé Régularité Support Degré Λ2,1 2 C 1 [−2; 2] 3 Λ2,2 2 C 2 [−2; 2] 5 Λ4,2 4 C 2 [−3; 3] 5 Λ4,4 4 C 4 [−3; 3] 9 Λ6,4 6 C 4 [−4; 4] 9 Λ6,6 6 C 6 [−4; 4] 13 Λ8,4 8 C 4 [−5; 5] 9 Tableau 2.2. – Comparatif de quelques noyaux de remaillage de type Λp,r. d’ordre impair ne conduisent pas à des contraintes supplémentaires car elles sont vraies quelque soient les coefficients c i k . On ne retient donc que (1 + [p/2])(q + 1) contraintes. Enfin, la propriété d’interpolation conduit à S − 1 contraintes supplémentaires, les valeurs aux points de coordonnées 0 et S étant redondantes avec les contraintes issues de P4. Nous avons donc au total S(r + 2) + (1 + [p/2])(q + 1) + r contraintes. Des solutions uniques sont envisageables si : S(q + 1) 6 S(r + 2) + (1 + [p/2])(q + 1) + r. (2.15) Pour un couple de (S, q) donné et en considérant l’ordre p et la régularité r comme fixés, l’ensemble de ces contraintes conduit à un système linéaire dont les inconnues sont les coefficients polynomiaux c k i . Comme les contraintes de conservation des moments d’ordre impair sont vérifiées par parité, un choix naturel est de prendre p pair. Dans ce cas, en prenant S = 1 + p/2, l’inégalité 2.15 est vérifiée car S(r + 2) + r > 0. Expérimentalement, nous obtenons des solutions uniques en prenant, en plus des deux hypothèses précédentes, q = 2r + 1. Les noyaux obtenus par cette méthode sont notés Λp,r. Nous retrouvons le noyau M0 4 = Λ2,1 ainsi que le noyau Λ4,2 qui a été introduit par Bergdorf et al. (2006) sous la notation M000 6 . Les caractéristiques des noyaux utilisés dans la suite sont résumées dans le tableau 2.2 et leurs expressions sont données en annexe A. Une représentation de ces noyaux est donnée en figure 2.10. Cette méthode de construction de formules de remaillage permet de contrôler explicitement le nombre de moments conservés p ainsi que la régularité du noyau r. Ces deux paramètres, nous le verrons au cours de l’analyse de consistance qui suit, sont en lien direct avec la précision du schéma et l’ordre numérique de la méthode. Ainsi, une méthode d’ordre élevé sera obtenue en utilisant des formules avec p et r grands. Cependant, l’augmentation du nombre de moments conservés par les formules de remaillage conduit à un élargissement du support des noyaux. Cela a pour conséquence qu’un plus grand nombre de points de grille seront contenus dans le support de la formule impliquant une plus grande complexité en terme d’accès aux données lors de l’implémentation. D’autre part, l’augmentation de la régularité de la formule implique une augmentation du degré des polynômes constituant les noyaux. L’incidence de cette augmentation se traduit par une plus grande complexité numérique lors de l’évaluation de ces fonctions pour le calcul des poids de remaillage. 442.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Λ2,1 Λ2,2 Λ4,2 Λ4,4 Λ6,4 Λ6,6 Λ8,4 Figure 2.10. – Noyaux de remaillage de type Λp,r Utilisation des poids de remaillage En pratique, on exprime les poids de remaillage en fonction de la distance entre la particule et le point de grille le plus proche. Le support est découpé en intervalles de longueur égale à la distance entre deux points de grille sur lesquels la formule s’identifie à un polynôme. Ainsi, on a exactement un point de grille dans chaque morceau d’intervalle, ce qui conduit à l’expression de 2S poids de remaillage. La figure 2.11 illustre l’obtention des poids de remaillage pour une formule Λ2,1, de support de longueur 4. Λ2,1(x) =    1 − 5 2 |x| 2 + 3 2 |x| 3 = p0(|x|) 0 6 |x| < 1 2 − 4|x| + 5 2 |x| 2 − 1 2 |x| 3 = p1(|x|) 1 6 |x| < 2 0 |x| > 2 Particules Grille xi y x˜p Λ2,1(x) x x x x p1(−x) p0(−x) p0(x) p1(x) -2 -1 0 1 2 x y α(y) β(y) γ(y) δ(y) Figure 2.11. – Obtention des poids de remaillage pour une formule de support [−2; 2] 452. Méthode particulaire pour l’équation de transport Lorsque xi est le point de grille le plus proche de coordonnée inférieure à x˜p, y est défini comme la distance normalisée entre ces deux points : y = (˜xp − xi)/∆x, y ∈ [0; 1]. De ce fait, on obtient les poids en fonction de y :    α(y) = Λ2,1(−1 − y) = p1(y) = y + y 2 − 1 2 y 3 , β(y) = Λ2,1(−y) = p0(y) = 1 − 5 2 y 2 + 3 2 y 3 , γ(y) = Λ2,1(1 − y) = p0(1 − y) = 1 2 y + 2y 2 − 3 2 y 3 , δ(y) = Λ2,1(2 − y) = p1(1 − y) = − 1 2 y 2 + 1 2 y 3 . Les poids sont donnés pour les formules de type Λp,r en annexe A. Pour les formules d’ordre élevé, les poids de remaillage sont de degré assez grand. Une implémentation efficace de l’évaluation de ces polynômes est réalisée par la méthode de Horner :    α(y) = y(y(−y + 2) − 1)/2, β(y) = (y 2 (3y − 5) + 2)/2, γ(y) = y(y(−3y + 4) + 1)/2, δ(y) = y 2 (y − 1)/2. Ainsi ce schéma permet de minimiser le nombre d’opérations arithmétiques pour l’évaluation de ces polynômes en évitant notamment le calcul des termes en y n . L’évaluation d’un polynôme de degré q ne nécessite que 2q additions et multiplications au lieu des q(q + 1)/2 pour un algorithme naïf. Précision numérique du schéma d’Horner Lors de l’évaluation d’un polynôme par le schéma d’Horner, la précision numérique atteinte, en tenant compte des erreurs d’arrondi, dépend du degré et du conditionnement du polynôme. L’erreur relative pour l’évaluation d’un polynôme p(x) = Pq i=0 aix i par un schéma de Horner est bornée par (Higham, 2002) : |p(x) − Horner(p, x)| |p(x)| 6 Kq cond(p, x) = Kq Pq i=0 |ai ||x i | | Pq i=0 aix i | . La constante Kq dépend du degré q du polynôme et de l’erreur relative lors de l’arrondi des nombres en virgule flottante, u = 2−53 en double précision selon la norme IEEE-754. De manière générale, on a : Kq = γ2q = 2qu 1 − 2qu , et lorsque des opérations FMA (Fused Multiply and Add) sont disponibles, comme c’est le cas sur la plupart des GPU, l’erreur est plus faible. En effet dans une FMA, la multiplication et l’addition sont effectuées en une seule opération arithmétique conduisant à une seule erreur d’arrondi au lieu de deux, la constante s’écrit alors : Kq = γq = qu 1 − qu . 462.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé Les polynômes permettant de calculer les poids de remaillage pour les formules Λp,r ont un conditionnement qui augmente fortement au voisinage de 1. Cela conduit à des erreurs pouvant être assez grandes lorsque les particules s’approchent d’un point de grille par position inférieure (y → 1). Ce phénomène est d’autant plus marqué que l’ordre des formules est élevé. Nous représentons sur la figure 2.12 la borne d’erreur relative pour les poids de remaillage pour trois des formules couramment utilisées. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 y Λ6,4 p3(y) p2(y) p1(y) p0(y) p0(1 − y) p1(1 − y) p2(1 − y) p3(1 − y) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 y Λ4,2 p2(y) p1(y) p0(y) p0(1 − y) p1(1 − y) p2(1 − y) 10−16 10−14 10−12 10−10 10−8 10−6 10−4 10−2 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Précision relative y Λ2,1 p1(y) p0(y) p0(1 − y) p1(1 − y) Figure 2.12. – Erreur numérique maximale du schéma de Horner pour l’évaluation des poids de remaillages pour les formules Λ2,1, Λ4,2 et Λ6,4 en double précision (sans FMA) Dans le cadre de ce travail, nous avons conservé le schéma de Horner pour l’implémentation de ces formules. 2.2.2. Consistance de la méthode semi-Lagrangienne Dans ce paragraphe nous démontrons la consistance du schéma d’advection et remaillage (2.4) ou (2.5) et (2.6) lorsque la formule de remaillage est de type Λp,r, définie en section 2.2.1. Cette démonstration est présentée dans un article paru en 2014 dans ESAIM : Mathematical Modelling and Numerical Analysis pour un schéma d’Euler, inclus en annexe B. Nous détaillons ici le cas d’une approximation d’ordre deux de la vitesse lors de l’advection. La démonstration suit une démarche similaire à celle de l’article, la seule différence est que les développements sont conservés à un ordre quelconque. 472. Méthode particulaire pour l’équation de transport Proposition 2.1 Soit un noyau de remaillage Λp,r de support [−S; S], vérifiant les contraintes de régularité (2.14), la propriété d’interpolation (2.13) ainsi que l’égalité de conservation des moments (2.9) jusqu’à un ordre p. Soient un champ de vitesse a et un scalaire u suffisamment réguliers tels que u soit solution de l’équation de transport (2.2). Lorsque la condition (2.7) est vérifiée, α est l’ordre d’approximation du champ de vitesse et β = inf(p, r), nous avons : u(xi , tn+1) = u n+1 i + O(∆t α+1) + O(∆t∆x β + ∆x β+1). (2.16) De plus, dans le cas où chaque cellule contient une seule particule, β = p. Démonstration de la proposition 2.1 : L’indice p d’une particule peut être réfé- rencé à partir de l’indice i et d’un décalage k de telle sorte que xp = xi + k∆x et ainsi : u(xp, tn ) = X β j=0 k j∆x j j! ∂ ju ∂xj (xi , tn ) + O(∆x β+1). (2.17) Ici, nous nous plaçons dans le cadre d’une grille cartésienne uniforme où xi+k = xi + k∆x. De même, la position des particules devient : x˜ n+1 p = xi + k∆x + ˜a n i+k∆t, qui se réécrit en posant λi = ˜a n i ∆t/∆x, le nombre CFL local : x˜ n+1 p − xi ∆x = k + λi+k. La règle de dérivation des fonctions composées, se généralise par : (f ◦ g) (m) (x) = X |q|=m m!cq  f (q1+···+qm) ◦ g  (x) Ym s=1  g (s) (x) qs , cq = 1 q1!1!q1 q2!2!q2 · · · qm!m! qm , où q est le multi-indice q = (q1, q2, . . . , qm) tel que |q| = q1 + 2q2 + · · · + mqm. En utilisant cette formule, en posant ν = ∆t/∆x et en prenant g(xi) = k + λi = k + νa˜ n (xi), on obtient que : Λp,r(k + λi) (m) = X |q|=m m!cqΛ (q1+···+qm) p,r (k + λi)ν q1+···+qm Ym s=1  a˜ n (s) qs . (2.18) Le développement de Λp,r(k + λi+k) au voisinage de k + λi à l’ordre r est obtenu en utilisant la relation (2.18). Cependant, comme Λp,r ∈ Wr+1,∞(R), cela implique que ||Λ (β+1) p,r ||∞ < ∞ pour 0 6 β 6 r. Par conséquent, le développement est donc 482.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé effectué à l’ordre β = inf(p, r) : Λp,r(k + λi+k) = X β m=0 k m∆x m m! X |q|=m m!cqΛ (q1+···+qm) p,r (k + λi)ν q1+···+qm Ym s=1  a˜ n (s) qs + O  ∆x β+1||Λ (β+1) p,r ||∞||a˜ (β+1)||∞ X |q|=β+1 ν q1+q2+···+qβ+1  . (2.19) D’autre part, comme q1+q2+· · ·+qβ+1 6 |q|, alors ν q1+q2+···+qβ+1 6 ν β+1 6 ν β+1+ν, le résidu précédent se réécrit en : O  ∆t β+1 + ∆x∆t β  . Finalement, l’approximation du schéma (2.6) est obtenue à partir du produit des relations (2.17) et (2.19), noté Ek : u n+1 i = X k u(xk, tn )Λp,r(k + λi+k) = X k     X β m=0 k m∆x m X |q|=m cqΛ (q1+···+qm) p,r (k + λi)ν q1+q2+···+qm Ym s=1  a˜ n (s) qs     X β j=0 k j∆x j j! ∂ ju ∂xj (xi , tn )     + O  ∆t β+1 + ∆x∆t β + ∆x β+1 = X k Ek + O  ∆t β+1 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . Le produit des deux sommes d’indices m et j des termes Ek se regroupent : X k Ek = X β m=0 j=0 ∆x m+j j! ∂ ju ∂xj (xi , tn ) X |q|=m cq X k k m+jΛ (q1+···+qm) p,r (k + λi)ν q1+q2+···+qm Ym s=1  a˜ n (s) qs . Par dérivation de la relation (2.9), on a : X k k αΛ (δ) p,r(k + x) = α! (α − δ)!(−1)δ (−x) α−δ si 0 6 δ 6 α 6 β. Par conséquent, on a également : X k k m+jΛ (q1+···+qm) p,r (k + λi)ν q1+q2+···+qm = di,m+j,qν m+j , avec : di,s,q = s!(−1)q1+···+qm (s − (q1 + · · · + qm))!(−a˜ n i ) s−(q1+···+qm) , si 0 6 q1 + · · · + qm 6 s 6 β. 492. Méthode particulaire pour l’équation de transport Ce qui permet d’aboutir à : X k Ek = X β m=0 j=0 ∆x m+j j! ∂ ju ∂xj (xi , tn ) X |q|=m cqdi,m+j,qν m+j Ym s=1  a˜ n (s) qs = X β m=0 j=0 ∆t m+j j! ∂ ju ∂xj (xi , tn ) X |q|=m cqdi,m+j,q Ym s=1  a˜ n (s) qs . Finalement, la troncature du schéma à l’ordre α en temps donne : u n+1 i = Xα m=0 j=0 ∆t m+j j! ∂ ju ∂xj (xi , tn ) X |q|=m cqdi,m+j,q Ym s=1  a˜ n (s) qs + O  ∆t α+1 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . (2.20) Advection par un schéma d’Euler Les couples (m, j) possibles pour la première somme tels que m + j 6 α + 1 sont (0, 0), (0, 1) et (1, 0). Pour m = 0, le multi-indice q se réduit à un simple indice égal à 0. L’expression (2.20) devient : u n+1 i = u(xi , tn )− ∆ta˜ n i ∂u ∂x(xi , tn )− ∆t(˜a n i ) 0u(xi , tn ) +O  ∆t 2 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . D’autre part, si le champ de vitesse est approché à l’ordre 1, on a a˜ n i = a(xi , tn ), ce qui donne : u n+1 i = u(xi , tn ) − ∆t ∂an i u ∂x (xi , tn ) + O  ∆t 2 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . (2.21) Puis, en utilisant l’équation de transport (2.2) on aboutit au résultat : u n+1 i = u(xi , tn+1) + O  ∆t 2 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . (2.22) Advection par un schéma de Runge-Kutta du second ordre Dans ce cas, en plus des termes présents pour le cas du schéma d’Euler, on ajoute les termes correspondants aux couples (m, j) = (0, 2), (1, 1) et (2, 0). u n+1 i = u(xi , tn ) − ∆ta˜ n i ∂u ∂x(xi , tn ) − ∆t(˜a n i ) 0u(xi , tn ) + ∆t 2 2  (˜a n i ) 2 ∂ 2u ∂x2 (xi , tn ) + 4˜a n i (˜a n i ) 0 ∂u ∂x(xi , tn ) + 2((˜a n i ) 02 + ˜a n i (˜a n i ) 00)u(xi , tn )  + O  ∆t 3 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . 502.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé Pour une approximation du second ordre, on a a˜ n i = a(xi + a(xi)∆t/2). Les développements de a˜ n i sont réalisés à l’ordre maximal puis injectés dans l’expression précédente : ∆ta˜ n i = ∆tan i + ∆t 2 2 a(xi)a 0 (xi) + O(∆t 3 ), ∆t(˜a n i ) 0 = ∆ta0 (xi) + ∆t 2 2 a(xi)a 00(xi) + ∆t 2 2 a 02 (xi) + O(∆t 3 ), ∆t 2 (˜a n i ) 00 = ∆t 2 a 00(xi) + O(∆t 3 ), u n+1 i = u(xi , tn ) − ∆t  a n i ∂u ∂x(xi , tn ) + (a n i ) 0u(xi , tn )  + ∆t 2 2  (a n i ) 2 ∂ 2u ∂x2 (xi , tn ) + 3˜a n i (˜a n i ) 0 ∂u ∂x(xi , tn ) + ((˜a n i ) 02 + ˜a n i (˜a n i ) 00)u(xi , tn )  + O  ∆t 3 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . Par simplifications on obtient : u n+1 i = u(xi , tn ) − ∆t ∂an i u ∂x (xi , tn ) + ∆t 2 2 ∂ ∂x  ∂an i u ∂x  (xi , tn ) + O  ∆t 3 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . (2.23) Puis en utilisant l’équation de transport (2.2) on obtient finalement : u n+1 i = u(xi , tn+1) + O  ∆t 3 + ∆x∆t β + ∆x β+1 . (2.24) Cas d’une seule particule par cellule Dans ce cas, le développement (2.19) peut être effectué à n’importe quel ordre, en particulier à l’ordre β = r. La suite des calculs reste identique. 2.2.3. Stabilité de la méthode semi-Lagrangienne Les démonstrations de la stabilité de la méthode sont données dans l’article Cottet et al. (2014) inclus en annexe B. Les preuves sont basées sur les propriétés de décroissance des noyaux qui sont vérifiées pour les méthodes d’ordre 2 et 4. Nous proposons ici une approche permettant de démontrer la propriété de stabilité linéaire de la méthode pour les noyaux de type Λp,r jusqu’à p = 8. 512. Méthode particulaire pour l’équation de transport Advection à vitesse constante Dans un premier temps, la stabilité du schéma est analysée pour un champ de vitesse constant en espace. La démonstration se base sur le nombre CFL local : λ = a∆t/∆x, constant. Nous définissons les suites de fonctions suivantes, pour k ∈ Z : αk(λ) = Λp,r(k + λ), (2.25) Ak(λ) = X i αi(λ)αi+k(λ). (2.26) Les noyaux de remaillage étant à support compact, seuls quelques éléments de ces suites sont non nuls. Proposition 2.2 Les suites αk(λ) et Ak(λ) vérifient : X k,l (k − l) qαk(λ)αl(λ) = 0, et X k k qAk(λ) = 0, q 6 p. (2.27) Démonstration de la proposition 2.2 : Le membre de gauche de la première équation se développe en : X k,l (k − l) qαk(λ)αl(λ) = X k,l X q m=0 C m q k ml q−mαk(λ)αl(λ). La propriété (2.9) étant vérifiée pour les formules de type Λp,r, on a : X k,l k ml q−mαk(λ)αl(λ) = (−λ) m(λ) q−m, et donc X k,l (k − l) qαk(λ)αl(λ) = X q m=0 C m q (−λ) m(λ) q−m = (λ − λ) q = 0. La seconde équation vient du fait que Ak(λ) = A−k(λ). Proposition 2.3 Pour un champ de vitesse a constant en espace et pour un noyau de remaillage Λp,r de support [−S; S] vérifiant les contraintes de régularité (2.14), la propriété d’interpolation (2.13) ainsi que l’égalité de conservation des moments (2.9) jusqu’à un ordre p, le schéma de remaillage est inconditionnellement stable. Démonstration de la proposition 2.3 : Soient I un entier tel que λ ∈ [I; I + 1[ et µ = λ − I ∈ [0; 1[. En posant vi = u n i−I , le schéma (2.6) se réécrit : u n+1 i = X k vi+kαk(µ). 522.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé Montrons que X i  u n+1 i   2 6 X i |u n i | 2 . En utilisant (2.27), il vient : X i  u n+1 i   2 = X i X k,l vi+kvi+lαk(µ)αl(µ). (2.28) La formule de remaillage possède un support [−S; S], par conséquent, seuls quelques αk(µ) sont non nuls, pour k ∈ [−S; S−1]. Pour alléger les notations, comme µ ∈ [0, 1[ ne joue aucun rôle, il sera omis dans la suite. X i |u n+1 i | 2 = X i X k,l vi+kvi+lαkαl = X i X k v 2 i+kα 2 k + 2X k 0 = X i X k 2 X S−1 j=1 αkαk+j |vi+k − vi+k+j | 2 = X k 2 X S−1 j=1 αkαk+j X i |vi − vi+j | 2 = 2 X S−1 j=1 Aj X i |vi − vi+j | 2 . 532. Méthode particulaire pour l’équation de transport La suite consiste à démontrer que R > 0. On définit alors les suites {δJ,i}J=1,...,2S−1 de différences successives telles que :    δ1,i = vi − vi+1, δ2,i = δ1,i − δ1,i+1, δJ,i = δJ−1,i − δJ−1,i+1, (2.29) ainsi que des sommes de termes de ces suites : sJ,j = X i      X j−1 k=0 δJ,i+k      2 . Pour J = 1, on a simplement s1,j = P i |vi − vi+j | 2 , donc R se réécrit : R = 2 X S−1 j=1 Ajs1,j . (2.30) Par définition de sJ,j , on a : sJ,j = X i      X j−1 k=0 δJ,i+k      2 = X i X j−1 k=0 δ 2 J,i+k + X j−2 k=0 j−X 1−k l=1 2δJ,i+kδJ,i+k+l ! = j X i δ 2 J,i + X j−1 l=1 (j − l) X i 2δJ,iδJ,i+l . En utilisant la relation 2δJ,iδJ,i+l = δ 2 J,i + δ 2 J,i+l − |δJ,i − δJ,i+l | 2 , on obtient que : sJ,j = j X i δ 2 J,i + X j−1 l=1 (j − l) 2 X i δ 2 J,i − X i |δJ,i − δJ,i+l | 2 ! = j + 2X j−1 l=1 (j − l) !X i δ 2 J,i − X j−1 l=1 (j − l) X i |δJ,i − δJ,i+l | 2 = j 2X i δ 2 J,i − X j−1 l=1 (j − l) X i |δJ,i − δJ,i+l | 2 = j 2X i δ 2 J,i − X j−1 l=1 (j − l)sJ+1,l. Ainsi, le second terme de l’expression précédente contient j − 1 termes en sJ+1,l dont les seconds membres contiennent au maximum j − 2 termes, pour sJ+1,j−1. Le développement complet de sJ,j fait intervenir j − 1 niveaux de récurrence jusqu’au 542.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé niveau J + j − 1. On obtient, en posant DJ = P i δ 2 J,i pour alléger les notations, le développement suivant : sJ,j = j 2DJ − X j−1 l=1 (j − l)sJ+1,l = j 2DJ − X j−1 l=1 (j − l)l 2DJ+1 + X j−1 l=1 (j − l) X l−1 m=1 (l − m)sJ+2,m = X j k=1 (−1)k+1Ck,jDJ+k−1. Avec les coefficients Ck,j définis par : C1,j = j 2 ; C2,j =    X j−1 l=1 (j − l)l 2 , si j > 2, 0, sinon ; C3,j =    X j−1 l=1 (j − l) X l−1 m=1 (l − m)m2 , si j > 3, 0, sinon ; C4,j =    X j−1 l=1 (j − l) X l−1 m=1 (l − m) mX−1 n=1 (m − n)n 2 , si j > 4, 0, sinon ; . . . L’expression (2.30) se réécrit donc : R = 2 X S−1 j=1 Aj X j k=1 (−1)k+1Ck,jDk ! , puis en permutant les sommes, on obtient : R = 2 X S−1 k=1 Dk   2 X S−1 j=k (−1)k+1Ck,jAj   . (2.31) Deux remarques permettent de simplifier la recherche du signe de R. Premièrement, les Dk étant positifs comme sommes de carrés, le dernier terme de la somme, pour k = 2S−1, est toujours positif. En effet, ce terme se simplifie en D2S−1A2S−1 = D2S−1α−SαS−1 et les α−S et αS−1 sont de même signe car on observe que les formules de type Λp,r présentent une alternance de signe sur chaque intervalle entier. Les noyaux sont positifs sur l’intervalle [−1; 1], négatifs sur [−2; −1] ∪ [1; 2] et ainsi sur l’ensemble des intervalles entiers du support. En particulier, il est positif sur l’intervalle [−S; −S + 1] ∪ [S − 1; S] si S est impair et négatif sinon. Deuxièmement, en 552. Méthode particulaire pour l’équation de transport remarquant que les coefficients Ck,j se réécrivent comme des combinaisons linéaires de puissances paires de j : C2,j = −j 2 12 + j 4 12 , C3,j = j 2 90 − j 4 72 + j 6 360 , C4,j = −j 2 560 + 7j 4 2880 − j 6 1440 + j 8 20160 , les termes de la forme PCk,jAj s’annulent lorsque k 6 [p/2] en utilisant la propriété de conservation des moments pairs (2.9). Ainsi, si la formule de remaillage conserve p moments alors les [p/2] premiers termes de la somme d’indice k sont nuls. Ainsi on obtient la majoration suivante : R > 2 X S−2 k=[p/2]+1 Dk   2 X S−1 j=k (−1)k+1Ck,jAj   . Pour toutes les formules de remaillage de type Λp,r, il a été vérifié numériquement que : 2 X S−1 j=k (−1)k+1Ck,jAj > 0 pour k = [p/2] + 1, . . . , 2S − 2 Ainsi nous obtenons que toutes les formules de type Λp,r données en annexe A conduisent à une méthode stable car R > 0. Advection à vitesse non constante Nous donnons ici les grandes lignes de la démonstration de stabilité dans le cas général qui est détaillée dans l’article Cottet et al. (2014) inclus en annexe B. Proposition 2.4 Pour un champ de vitesse a suffisamment régulier et pour un noyau de remaillage Λp,r de support [−S; S] vérifiant les contraintes de régularité (2.14), la propriété d’interpolation (2.13) ainsi que l’égalité de conservation des moments (2.9) jusqu’à un ordre p et lorsque le pas de temps est suffisamment petit vérifiant la condition (2.7), il existe une constance C indépendante de ∆t et ∆x telle que : X i  u n+1 i   2 6 (1 + C∆t) X i |u n i | 2 . (2.32) Démonstration de la proposition 2.4 : Nous ne donnons ici que l’idée générale de la démonstration qui est détaillée dans l’article en annexe. Lorsque la vitesse est non constante et le pas de temps suffisamment petit (2.7), le nombre CFL local est différent pour chaque particule : λp = ap∆t ∆x . Les particules peuvent alors être partitionnées selon l’intervalle entier auquel appartient λp : JI =  p ∈ Z, λp ∈ [I; I + 1[ . (2.33) 562.2. Advection semi-Lagrangienne d’ordre élevé Le schéma de remaillage (2.6) se réécrit : u n+1 i = X I X k∈JI u n kΛp,r(λk + k − i). En posant RI (i) = X k∈JI u n kΛp,r(λk + k − i), le membre de gauche de l’équation (2.32) devient : X i  u n+1 i   2 = X i      X I RI (i)      2 = X i X I R 2 I (i) +X i X I6=I 0 RI (i)RI 0(i). L’étude du premier terme est similaire à l’analyse dans le cas à vitesse constante et se base sur le fait que dans chaque élément de la double somme, les particules ont un nombre CFL local dans le même intervalle entier. Dans ce cas, on aboutit au résultat : X i R 2 I (i) 6 X i∈JI |u n i | 2 + C∆t (2.34) Dans le second terme, il apparaît des produits de la forme : Λp,r(λk + k − i)Λp,r(λk 0 + k 0 − i), k ∈ JI , k0 ∈ JI 0, I 6= I 0 . Ces produits sont non nuls seulement dans le cas où les particules son suffisamment proches après advection. De plus, chaque particule ne contribue que dans, au plus, 2S sommes RI (i). Ainsi on aboutit au résultat : X i X I6=I 0 RI (i)RI 0(i) 6 C∆t X i |u n i | 2 (2.35) Finalement, en combinant les résultats (2.34) et (2.35), on aboutit au résultat (2.32). Conclusion Dans ce chapitre, nous avons détaillé la méthode de résolution que nous employons pour résoudre une équation de transport. Nous avons vu comment l’étude des propriétés numé- riques de la méthode semi-Lagrangienne est réalisée en exploitant la similarité de la méthode avec celle des différences finies. En particulier, cela nous permet de produire des schémas numériques à un ordre arbitraire en utilisant des formules de remaillage appropriées. Ces formules possèdent, par construction, des propriétés de régularité et de conservation de moments des quantités transportées qui sont directement liées à l’ordre de la méthode. Cette méthode semi-Lagrangienne permet de résoudre les équations de transport pré- sentées au chapitre 1. Les autres éléments constituant le problème de transport de scalaire dans un fluide turbulent tels que les termes d’étirement et de diffusion ainsi que l’équation de Poisson sont traités par d’autres méthodes. Cela conduit à l’obtention d’une méthode hybride comme nous le verrons dans le chapitre 3. 573. Méthode hybride pour le transport turbulent Dans ce chapitre nous proposons de construire une méthode hybride, utilisant la méthode semi-Lagrangienne détaillée dans le chapitre 2, pour résoudre un problème de transport d’un scalaire dans un fluide turbulent, exposé dans le chapitre 1. Comme nous l’avons mentionné précédemment, ce système présente à la fois un caractère multiéchelle et un faible couplage entre les sous-problèmes que sont la résolution du fluide et le transport du scalaire. Ces caractéristiques nous conduisent à l’élaboration d’une méthode hybride qui est d’une part adaptée à la résolution de ce type de problème et d’autre part capable de traiter des résolutions importantes sur des machines massivement parallèles. Dans un premier temps, nous décrirons l’idée générale d’une méthode hybride puis nous donnerons quelques approches hybrides présentées dans la littérature avant de proposer la stratégie que nous emploierons par la suite. 3.1. Idée générale d’une méthode hybride Le principe d’une méthode hybride est d’utiliser différentes méthodes conjointement afin de résoudre un problème complexe en exploitant les forces de chacune des méthodes. Ainsi, le problème initial est décomposé selon ses aspects physiques en différentes parties qui sont résolues avec des méthodes différentes. Même si chacune des méthodes est bien connue individuellement, comme pour les méthodes exposées en section 1.1.2, le couplage doit être étudié en détail. La décomposition du problème global selon ses aspects physiques permet, par exemple dans le cadre de l’étude d’interactions entre un fluide et une structure, de séparer la ré- solution du fluide et du solide. De même pour le cas d’un transport de scalaire passif, il est possible de séparer la résolution du fluide de celle du transport du scalaire. Enfin, nous avons vu dans les chapitres précédents, que l’emploi d’une méthode semi-Lagrangienne pour la résolution d’un écoulement fait intervenir une équation de transport de la vorticité ainsi qu’une équation de Poisson permettant de calculer le champ de vitesse associé. Là encore une décomposition peut avoir lieu pour séparer la résolution de l’équation de Poisson de celle de l’équation de transport. 593. Méthode hybride pour le transport turbulent Ainsi dans une méthode hybride, les différentes parties du problème, issues de la décomposition selon les aspects physiques et numériques, sont résolues par différentes méthodes. Trois niveaux d’hybridation peuvent être distingués et sont détaillés dans la suite. 3.1.1. Méthode hybride en méthode numérique Le premier niveau consiste en l’utilisation de différentes méthodes numériques. Par exemple, pour la résolution d’un écoulement turbulent, une méthode hybride est utilisée par Cottet et al. (2002), Cottet et al. (2009b) et Rees et al. (2011). Cette méthode consiste en une résolution semi-Lagrangienne du transport de la vorticité combinée à une méthode spectrale pour le calcul du champ de vitesse en fonction du champ de vorticité à partir de l’équation de Poisson. La résolution de l’équation de Poisson par une méthode spectrale est une alternative à celle basée sur la loi de Biot-Savart employée dans les méthodes Vortex. Cette dernière conduit à une résolution directe sur le champ de particules, ce qui constitue un problème à N corps à travers le calcul des interactions entre les paires de particules. Les implémentations efficaces nécessitent la gestion d’une structure de données complexe basée sur des arbres afin de regrouper les particules en fonction de leurs distances pour exploiter les approximations multipoles rapides (méthodes FMM). Ainsi, la méthode spectrale est bien plus simple à mettre en œuvre. Ce type de couplage entre méthodes semi-Lagrangienne et spectrale est utilisé également pour des simulations d’écoulements en présence de solides rigides, pris en compte par pénalisation (Coquerelle et al., 2008 ; Rossinelli et al., 2010). D’autre part, dans le cas du transport turbulent d’un scalaire passif, des méthodes hybrides consistent en une résolution par méthode spectrale de l’écoulement puis un transport du scalaire par différences finies (Gotoh et al., 2012) ou par une méthode semi-Lagrangienne (Lagaert et al., 2012 ; Lagaert et al., 2014). 3.1.2. Méthode hybride en résolution Un second aspect des méthodes hybrides est d’employer des grilles de résolutions diffé- rentes pour discrétiser les équations présentes dans le modèle. Par exemple, Cottet et al. (2009a) proposent l’utilisation d’une méthode particulaire hybride en résolution pour le transport de scalaire. Les auteurs utilisent la même méthode semi-Lagrangienne pour ré- soudre l’écoulement et le scalaire. Le couplage est réalisé par interpolation du champ de vitesse pour le transport du scalaire. Dans cette méthode, le scalaire est discrétisé à une résolution plus fine que les champs de vitesse et de vorticité. Généralement, des modèles sous-maille sont utilisés dans le cadre de simulations des grandes échelles (LES) pour prendre en compte la dissipation d’énergie par son transfert vers les petites échelles. Cependant, ce modèle n’est pas suffisant pour prendre en compte les effets des plus petites échelles de fluctuations du scalaire qui ne sont pas résolues car de taille inférieure au maillage. Cottet et al. (2009a) montrent que l’emploi d’une méthode multiéchelle remédie naturellement à ce problème par une simulation directe des petites échelles du scalaire tout en conduisant à un coût de calcul similaire. Les études menées par Gotoh et al. (2012), Lagaert et al. (2012) et Lagaert et al. (2014) dans le cadre de l’analyse du comportement d’un scalaire transporté par un écoulement de 603.2. Application au transport turbulent turbulence homogène montrent que cette approche hybride en résolution permet d’obtenir des résultats cohérents avec le cas d’une méthode spectrale classique, en simple résolution. En effet, comme nous l’avons souligné dans la partie 1.3, ce problème se caractérise par la présence de différentes échelles et la résolution du fluide à l’échelle du scalaire n’apporte pas d’amélioration de la prise en compte de la physique de l’écoulement. Les méthodes utilisées dans ces travaux seront détaillées plus loin, en section 3.2. 3.1.3. Méthode hybride en matériel Comme nous l’avons vu dans la partie 1.2, les machines de calcul présentent de nombreuses architectures différentes. Un dernier niveau de construction d’une méthode hybride consiste en l’exploitation des différentes architectures d’une même machine. L’idée est de distribuer les différentes parties du problème sur différents matériels. Par exemple, dans le cas du transport de scalaire, la résolution du fluide est effectuée sur les processeurs CPU et le transport du scalaire est résolu sur les cartes graphiques d’une machine hétérogène. Cette approche sera complétée plus loin dans ce chapitre et sa mise en œuvre détaillée dans le chapitre 6. Une combinaison de ces différents niveaux est évidemment possible. En effet, une mé- thode hybride peut être définie par des résolutions et des méthodes différentes pour les parties du problème. Les approches semblables de Gotoh et al. (2012) et Lagaert et al. (2014) illustrent parfaitement ce cas de figure. Dans leurs études, le fluide est résolu par une méthode spectrale à une résolution grossière et le scalaire par différences finies ou méthode semi-Lagrangienne à une résolution plus fine. Les nombreuses possibilités de construction de méthodes hybrides nécessitent quelques précisions quant à l’application au transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent. En effet, les caractéristiques du problème permettent d’aiguiller les choix pour la mise en place d’une méthode hybride. 3.2. Application au transport turbulent 3.2.1. Méthodes spectrale et différences finies Dans le cas du transport de scalaire passif, Gotoh et al. (2012) proposent une comparaison de leur méthode hybride avec une méthode entièrement spectrale. La méthode hybride consiste en la résolution de l’écoulement à l’aide d’une méthode spectrale alors que le transport du scalaire est résolu par différences finies d’ordre élevé. L’intérêt majeur de cette approche est que les opérations non locales sur le scalaire, issues des transformées de Fourier de la méthode spectrale, sont remplacées par des schémas locaux. Cela permet de limiter les communications lors de l’exploitation d’un grand nombre de cœurs de calcul. Les différentes échelles physiques présentes dans les cas à nombre de Schmidt élevé permettent à Gotoh et al. de réaliser des simulations en multirésolution. Le fluide est calculé sur 2563 points de grille alors que 1 0243 points sont utilisés pour discrétiser le scalaire. 613. Méthode hybride pour le transport turbulent Une réduction du temps de calcul est obtenue à travers ces différentes simulations. En particulier, les auteurs obtiennent un facteur d’accélération de 1,4 grâce à l’utilisation de leur méthode hybride au lieu d’une méthode entièrement spectrale. D’autre part, le fait de réduire le nombre de points de 1 0243 à 2563 pour la résolution du fluide, pour Sc = 50, leur permet d’obtenir un facteur d’accélération supplémentaire de 3. L’ensemble des calculs ont été réalisés en utilisant 4 096 cœurs de calcul. Une limite de cette approche est que le pas de temps reste limité par la résolution du maillage du scalaire à travers l’expression d’une condition de CFL. Ainsi, lorsque le problème est résolu en utilisant des grilles résolutions différentes, les auteurs sont limités à l’utilisation d’un pas de temps dépendant de celle du scalaire. 3.2.2. Méthodes spectrale et semi-Lagrangienne Une approche similaire a été proposée par Lagaert et al. (2012) et Lagaert et al. (2014). Les auteurs utilisent une méthode hybride où le fluide est résolu de façon spectrale couplée à une méthode semi-Lagrangienne pour le transport du scalaire. L’intérêt majeur est de pouvoir bénéficier de l’avantage des méthodes particulaires dont le pas de temps n’est pas contraint par une condition aussi restrictive que la condition CFL des méthodes Eulériennes, dans certains cas. Cela permet à Lagaert et al. de choisir un pas de temps pour le transport du scalaire dix fois plus grand que celui du fluide. Ainsi, dans le cas d’un grand nombre de Schmidt, non seulement les résolutions spatiales sont différentes mais les pas de temps aussi. Cela permet d’atteindre un facteur d’accélération approchant 40 par rapport à une méthode entièrement spectrale avec une seule résolution, dans le cas Sc = 50 avec 2563 points pour le fluide et 1 0243 points pour le scalaire. Toutefois, la méthode semi-Lagrangienne utilisée par Lagaert et al. reste d’un ordre spatial plus faible (ordre 4) que le schéma aux différences finies d’ordre 8 employé par Gotoh et al. 3.2.3. Méthodes semi-Lagrangiennes et architecture hybride Dans ce travail, nous reprenons l’idée de Cottet et al. (2009a) pour l’utilisation d’une méthode hybride. La méthode que nous utilisons exploite les trois niveaux d’hybridation exposés plus haut : maillages de résolutions différentes pour le scalaire et l’écoulement, couplage de méthodes de natures différentes et utilisation d’architectures matérielles différentes pour la résolution de l’écoulement et du transport du scalaire. Nous exploitons le caractère multiéchelle du problème avec une méthode hybride en résolution dans laquelle le scalaire transporté est résolu de manière plus fine que la vorticité. L’écoulement est résolu par une méthode semi-Lagrangienne pour le transport de la vorticité, avec des différences finies pour le terme d’étirement et une diffusion spectrale. Nous calculons le champ de vitesse à partir de la vorticité à l’aide d’un solveur spectral pour l’équation de Poisson. Le scalaire est également transporté par une méthode semi-Lagrangienne avec une diffusion en différences finies. Enfin au niveau matériel, le fluide sera résolu sur une architecture multicœurs CPU classique et nous tirons parti de la puissance de calcul disponible dans les cartes graphiques pour résoudre le transport du scalaire. 623.2. Application au transport turbulent Comme toutes les résolutions en temps sont effectuées par méthode semi-Lagrangienne, cela nous permet de choisir de grands pas de temps contraints uniquement par la condition de CFL Lagrangienne qui fait intervenir le gradient du champ de vitesse et non la taille de la grille. D’autre part, comme nous l’avons vu en section 2.2, la méthode d’ordre élevé conduit à l’utilisation de formules de remaillage d’une forte complexité arithmétique. En effet, le remaillage d’une particule nécessite l’évaluation de polynômes de degré relativement élevés en chacun des nombreux point du support. Cette complexité est maîtrisée par l’utilisation de cartes graphiques. L’intérêt de cette approche est de pouvoir accélérer, à l’aide des GPU, la partie la plus intensive du code dont la résolution pourra être réalisée en même temps que l’écoulement par l’utilisation de matériels différents pour chaque partie. D’un point de vue pratique, lors de l’exploitation de machines de calcul, il est d’usage de réserver les cartes graphiques par nœuds complets ce qui, sur la plupart des machines, donne accès à un nombre de cœurs CPU bien plus grand que le nombre de GPU. L’objectif d’une exploitation efficace des ressources est envisageable à travers une utilisation simultanée des GPU et des cœurs CPU pour résoudre respectivement le transport du scalaire et le fluide. Conclusion Dans ce chapitre, nous avons vu comment une méthode hybride permet d’exploiter les forces des différentes méthodes en fonction des caractéristiques du problème à résoudre. Ainsi, la méthode que nous utiliserons par la suite combine la méthode semi-Lagrangienne exposée dans le chapitre 2 avec des méthodes de grille classiques, différences fines et spectrales. L’idée principale de cette méthode est de profiter à la fois de la puissance de calcul développée par les cartes graphiques et de l’algorithme de splitting dimensionnel pour réaliser des simulations d’ordre élevé pour le transport du scalaire. Les résultats de cette méthode seront présentés dans le chapitre 6. 634. Développement d’un code multiarchitectures L’un des objectifs de cette thèse consiste en l’implémentation sur cartes graphiques de la méthode particulaire avec remaillage introduite dans le chapitre 2. Cette étape s’inscrit dans un cadre plus global de construction d’une méthode hybride, dont les principes ont été donnés dans le chapitre 3, afin d’explorer les possibilités d’une exploitation les ressources de machines de calcul hétérogènes telles que décrites dans le chapitre 1. Comme nous l’avons souligné dans le chapitre 2, la méthode semi-Lagrangienne semble être bien adaptée à une implémentation sur cartes graphiques du fait de la régularité des structures de données et des algorithmes qui en découlent. De plus, l’utilisation de formules de remaillage d’ordre élevé conduit à l’exécution de nombreuses opérations arithmétiques simples notamment pour le calcul des poids de remaillage. Actuellement, de nombreuses machines de calcul sont équipées de cartes graphiques. Cependant, comme nous l’avons vu dans le chapitre 1, cette tendance n’est pas immuable et peut éventuellement changer dans les prochaines années du fait des évolutions technologiques des composants. Par conséquent, dans un souci de pérennité du code, la librairie que nous développons doit pouvoir être facilement adaptée à une nouvelle architecture tout en conservant la possibilité d’une exploitation de machines classiques. D’autre part, la volonté d’une forte portabilité permettant de réaliser des simulations à la fois sur une machine de bureau, un portable ou une machine de calcul offre également une grande souplesse pour les différentes étapes de développement, de parallélisation et de production. Dans ce chapitre, nous présentons la librairie de calcul que nous utiliserons dans la suite pour les simulations numériques. Dans un premier temps, nous exposerons la conception de cette librairie qui est basée sur une stratégie de découpage sémantique en concepts mathématiques puis en différents niveaux d’abstraction, comme suggéré par Labbé et al. (2004). Dans un second temps, l’architecture et les moyens de programmation des cartes graphiques sont détaillés puis nous introduirons les principes du standard de programmation OpenCL. Enfin, l’intégration des modèles de programmation des GPU à la librairie de calcul sera rapidement décrite. Cette étape du développement est largement facilitée par la conception globale de la librairie. 654. Développement d’un code multiarchitectures 4.1. Développement d’une librairie de calcul scientifique 4.1.1. Conception préliminaire Bien que de nombreux codes numériques soient encore implémentés dans un paradigme de programmation impérative, une tendance récente consiste à employer un paradigme de programmation orientée objet pour le développement de codes de calcul scientifique. L’intérêt majeur de cette technique est de pouvoir atteindre une forte flexibilité à la fois pour le développement mais aussi pour l’utilisation. La programmation orientée objet repose sur une représentation des concepts et des entités du domaine d’application sous la forme d’objets dont les interactions constituent l’exécution du programme. Le code regroupe un ensemble de classes permettant de décrire les attributs et les méthodes des objets. L’ensemble des valeurs des attributs constituent l’état d’un objet et les méthodes expriment les interactions possibles avec cet objet. La programmation orientée objet se base sur les quatre concepts fondamentaux que sont l’encapsulation, l’héritage, l’abstraction et le polymorphisme. Leur mise en œuvre permet, lors de la conception, de décrire les relations entre les différentes classes. Selon le principe de l’encapsulation, les interactions avec les objets se font uniquement en utilisant ses méthodes et non directement ses données. Cela permet de garantir l’intégrité des propriétés de l’objet en cachant ses données. Par le principe d’héritage, il est possible de créer une classe à partir de classes existantes pour éventuellement leur ajouter de nouvelles propriétés ou fonctionnalités. De manière similaire, l’abstraction permet d’exposer uniquement les informations utiles et de laisser les détails pour des niveaux d’abstractions inférieurs. Cela permet d’accroître l’efficacité des objets ainsi que de réduire leur complexité. Enfin le polymorphisme consiste en la redéfinition de méthodes à travers les classes. L’exécution d’une méthode est réalisée par son plus proche parent dans la hiérarchie de classes si elle n’est pas définie par la classe de l’objet. L’intérêt de l’utilisation de ce type de paradigme de programmation est que cela permet aux utilisateurs et développeurs de manipuler des objets aussi proches que possibles des concepts physiques ou mathématique qu’ils représentent. La conception d’un programme orienté objet consiste en la description de l’ensemble des classes avec leurs attributs et leurs méthodes ainsi que leurs relations. En plus de l’héritage, des relations de composition et d’agrégation figurent parmi les plus couramment utilisées. Elles permettent de décrire la combinaison de plusieurs éléments pour en former un plus complexe. La composition se distingue de l’agrégation par une notion de propriété forte. Les objets qui composent un autre plus complexe n’ont pas d’existence en dehors de ce dernier. Découpage sémantique des concepts mathématiques Pour le développement de codes de calculs scientifiques, il est nécessaire d’employer une méthodologie de conception plus spécifique, comme celle décrite par Labbé et al. (2004). Dans leur approche, les auteurs se focalisent sur la résolution de systèmes d’équations différentielles par des méthodes d’algèbre linéaire. Ils aboutissent à une décomposition d’un problème de résolution d’équations aux dérivées partielles générique en différents concepts : 664.1. Développement d’une librairie de calcul scientifique Problème : Il correspond au problème mathématique global que l’on cherche à résoudre ; Opérateur : Généralisation de la notion mathématique d’opérateur, il définit un opérateur mathématique élémentaire comme le gradient ou le laplacien et, plus généralement, un terme d’une équation du problème. Il peut être vu comme un sous-problème élémentaire. Variable : Ce sont les entités mathématiques mises en relation par les opérateurs au sein du problème, qu’elles soient données ou inconnues. Domaine : Il décrit le contexte formel sur lequel sont définies les variables. Il comprend la spécification d’une géométrie et des conditions aux limites. Différents niveaux d’abstraction Toujours en suivant la méthodologie de Labbé et al. (2004), nous introduisons différents niveaux d’abstractions pour les concepts définis ci-dessus. Le point clé de cette conception est un découplage des concepts abstraits, des méthodes de résolution et des algorithmes. Ainsi, l’utilisateur manipule les éléments du niveau d’abstraction le plus élevé, qui correspondent aux concepts mathématiques des problèmes, opérateurs, variables et domaines. Un second niveau est constitué des algorithmes de résolution et de la discrétisation des variables. Enfin, un dernier niveau regroupe les implémentations des méthodes spécifiques au stockage des données des variables ainsi qu’à l’architecture permettant de réaliser les calculs. L’intérêt majeur est que les opérations réalisées à un niveau ne dépendent pas de la manière dont fonctionnent les autres niveaux. En particulier, il est aisé de changer de méthode de résolution ou d’architecture sans que l’utilisateur n’ait à modifier son code. Couplage faible et cohésion forte La structure basée sur un découpage sémantique et en niveaux d’abstraction permet d’obtenir une forte cohésion des différents composants. Les fonctionnalités de haut niveau (employées par l’utilisateur) font appel à des fonctions de niveau inférieur jusqu’à arriver au niveau le plus bas où les calculs sont effectués dans des fonctions élémentaires réalisant une tâche précise. Parallèlement, cela permet un couplage faible des différentes parties. A un niveau donné, les fonctionnalités ne sont pas interdépendantes. Ainsi, les effets de bords sont limités lors du développement et de la maintenance du code. Du point de vue de l’utilisation, les éléments sont autosuffisants à travers leurs niveaux d’abstraction. En suivant ces principes, il est possible de changer d’algorithme pour une méthode donnée sans avoir à modifier le reste des éléments. De même, plusieurs versions d’un même algorithme peuvent cohabiter, du moment qu’ils implémentent la même interface. Comme remarqué dans le chapitre 1, les architectures évoluent rapidement et une implémentation peut devenir inutilisable en changeant d’architecture. D’où l’importance d’une grande flexibilité car il sera aisé d’introduire une nouvelle version pour une architecture donnée ou, au contraire, d’écarter une version incompatible avec l’architecture courante au moment du déploiement. D’autre part, les choix de conception et de langages doivent garantir une por- 674. Développement d’un code multiarchitectures tabilité du code suffisante. Ainsi, face à une nouvelle architecture, le code existant devrait pouvoir être simplement reconfiguré et non réécrit. Schéma d’utilisation Du point de vue de l’utilisation, le code se décompose selon les étapes suivantes : 1. Description d’un problème à partir d’un domaine sur lequel sont définies des variables utilisées par des opérateurs. 2. Initialisation du problème à travers la discrétisation et l’initialisation des variables. Cette étape consiste essentiellement en l’allocation des zones mémoires ainsi qu’au branchement des différentes méthodes numériques parmi l’ensemble des versions disponibles. 3. Résolution du problème en appliquant ses opérateurs sur leurs variables. Ces étapes s’organisent dans le diagramme d’utilisation de la figure 4.1. Résout Problème Applique Opérateur Initialise Problème Discrétise Opérateur Discrétise Variable Définit Problème Définit Opérateur Définit Variable Définit Domaine Utilisateur 1. Description 2. Initialisation 3. Résolution Figure 4.1. – Diagramme de cas d’utilisation. 4.1.2. Conception détaillée Les entités issues du découpage en concepts et en différents niveaux d’abstraction sont décrites dans le diagramme de classe présenté en figure 4.2. 684.1. Développement d’une librairie de calcul scientifique Problems Domains Operators Variables Parallelism Tools Simulation current time current iteration time step end time advance time Problem domain list of variables list of operators simulation manager setUp solve <> Domain dimension list of Topologies Mesh position grid ghosts Variable nb components domain dict of (Topology, DVariable) init function discretize DVariable topology data <> Operator input variables output variables discretize setUp finalize <> DOperator input discrete variables output discrete variables apply finalize Topology domain mesh MPI process layout << neighbors interface>> NumMethod compute scales fftw h5py numpy mpi4py External Libraries n n n 1 1 n n 1 1 1 1 n 1 n 1 1 uses uses uses uses uses Abstract level Algorithm level Method level Figure 4.2. – Diagramme de classe. 694. Développement d’un code multiarchitectures Domaine Le domaine correspond à la définition mathématique sur lequel sont définies les variables et équations du problème. Cette entité nous permet de gérer la distribution des données et des calcul dans les simulations parallèles. En effet, dans ce cadre, le domaine est distribué à travers l’ensemble des processeurs et chaque sous-domaine est affecté à un processus. Variables Une variable est définie sur un domaine spatial. Les vecteurs et les scalaires ne sont pas distingués et diffèrent uniquement par leur nombre de composantes. Il est possible d’avoir différentes discrétisations d’une même variable selon leurs résolutions et leurs découpages à travers les différents processus. Les données discrètes des variables sont référencées indé- pendemment de leur stockage par un pointeur. Opérateurs Un opérateur est défini à partir de ses variables d’entrée et de sortie. Un opérateur discret est créé en fonction d’une paramétrisation de la méthode numérique, et fait appel à un ou plusieurs algorithmes de calcul et méthodes numériques en utilisant les données des variables discrètes. Méthodes numériques Ces entités de bas niveau permettent de réaliser des calculs sur les données numériques indépendemment de leur emploi et de leur provenance. Les schémas numériques issus des méthodes de résolution, comme les intégrateurs en temps, les schémas de différences finies ou les formules de remaillage sont implémentés de manière à traiter des données numériques à partir d’un espace mémoire générique. En pratique, diverses versions d’une même méthode selon le stockage des données employé peuvent cohabiter, la version appropriée étant choisie à l’initialisation des opérateurs. Problèmes Comme son équivalent mathématique, un problème est construit à partir d’une liste d’opérateurs, de variables et de domaines. Il constitue une partie de l’interface utilisateur de notre librairie et permet de discrétiser l’ensemble des entités ainsi que de piloter la simulation numérique tout au long de la boucle en temps par l’application successive des différents opérateurs. 4.1.3. Fonctionnement de la librairie Langages de programmation La conception de la librairie de calcul, donnée en sections 4.1.1 et 4.1.2, est indépendante de tout langage de programmation. Étant données les caractéristiques requises par 704.1. Développement d’une librairie de calcul scientifique notre code, le choix s’est rapidement tourné vers le langage Python. C’est un langage qui permet l’utilisation des paradigmes de programmation impératifs, objets et fonctionnels, ce qui contribue à la flexibilité du code. Python est un langage interprété, ce qui facilite le développement par l’absence d’étape de compilation. Python est présent par défaut sur de nombreux systèmes et grâce à un mécanisme de gestionnaire de modules, il est aisé d’installer les dépendances du code sur n’importe quelle machine et sans les droits d’administrateur du système. Ce langage est caractérisé par une large base de bibliothèques relatives à de nombreux domaines, en particulier pour le calcul scientifique. Il tend à être de plus en plus utilisé pour le développement de codes de calcul parallèles. Toutefois, il présente l’inconvé- nient, dû à l’aspect interprété, de conduire à des performances numériques de base assez médiocres dans le cadre d’une utilisation naïve. Il existe de nombreux moyens d’améliorer ces performances comme les modules NumPy et Cython. Le premier fournit un grand nombre d’outils et d’algorithmes pour le calcul scientifique. Le second propose des optimisations plus poussées permettent de retrouver des performances équivalentes à celles obtenues avec des langages compilés. D’autre part, Python est généralement utilisé comme interface pour l’utilisation de différentes librairies compilées et optimisées. Le surcoût de la couche Python est négligeable et on obtient directement les performances de ces librairies. De nombreux exemples de code de calcul scientifique sont écrits en Python (Pérez et al., 2011 ; Rashed et al., 2012 ; Logg et al., 2012). Dépendances externes Fort de toutes ces caractéristiques, ce langage est en plein essor dans la communauté scientifique. Cela se traduit par une très forte activité des développeurs qui fournissent de très nombreux modules sans cesse améliorés. La plupart des librairies traditionnelles possèdent une interface Python qui sont bien souvent augmentées de fonctionnalités ou de simplifications inhérentes au langage. En particulier, nous utilisons le module MPI4Py qui permet d’utiliser la librairie d’envoi de message MPI pour le parallélisme à mémoire distribuée. De même, la librairie H5py permet l’écriture et la lecture de données numériques au format HDF5. Dans le but de l’exploitation de machines de calcul parallèles, nous intégrons différents niveaux de parallélisme. Nous verrons par la suite que l’utilisation d’une carte graphique revient à l’expression d’un parallélisme à mémoire partagée. Nous détaillerons également les mécanismes mis en place pour l’utilisation de machines à mémoire distribuée, à travers la librairie MPI. D’autre part, Python permet de réaliser simplement des interfaces avec des langages compilés comme le C ou Fortran. Cela nous permet d’utiliser les librairies fftw pour les transformées de Fourier des méthodes spectrales ainsi que l’implémentation en Fortran de la méthode semi-Lagrangienne développée par Lagaert et al. (2014). 714. Développement d’un code multiarchitectures Fonctionnement global Nous achevons cette partie par une illustration de son utilisation à travers un exemple simple permettant la résolution d’un problème de transport. Un exemple de script minimal dont la majorité du code concerne l’étape de description du problème est donné en figure 4.3. Les deux fonctions permettent d’initialiser les variables. Le problème est créé avec un seul opérateur dont les calculs s’effectuent à une résolution de 1283 lors de chacune des 10 itérations. Dans cet exemple simple, l’opérateur d’advection se construit sur ses paramètres de résolution par défaut. En pratique, il convient de donner les détails de la méthode numérique comme l’ordre d’intégration en temps ou la formule de remaillage et éventuellement des spécifications en rapport avec l’architecture employée. Comme le montre l’exemple, l’interface utilisateur ainsi développée permet d’exprimer, à travers les classes Python, une sémantique proche du langage mathématique. Cela rend l’utilisation proche de celle proposée par un langage dédié. Un tel langage constitue l’expression idéale d’une interface utilisateur car il consiste en la définition d’un nouveau langage de programmation dont la sémantique est issue du domaine d’application du programme. Ainsi, l’utilisateur exprime ses besoins dans un langage ayant un sens pour l’application, ce qui conduit à une grande simplicité d’utilisation. Cependant, le développement de ce langage est assez difficile. Une approche plus simple consiste à embarquer seulement de nouveaux éléments de syntaxe dans le langage du programme (Mernik et al., 2005). La librairie décrite précédemment nous permet, de par sa conception, d’intégrer un module pour l’exploitation de cartes graphiques sans perte de portabilité sur les machines dépourvues de ce matériel. Les GPU diffèrent sensiblement des processeurs classiques tant par leurs architectures que par leurs modèles de programmation. Dans cette seconde partie, nous détaillons le fonctionnement de ces cartes. 4.2. Calcul générique sur carte graphique 4.2.1. Description du matériel Fonctionnement des cartes graphiques Les cartes graphiques que nous utilisons aujourd’hui ont été introduites à la fin des années 90. La fonction principale de ces cartes est de générer des images bidimensionnelles destinées être affichées sur un écran. Dès le milieu des années 90, les cartes sont capables de gérer un contenu tridimensionnel et sont principalement pour l’usage des jeux vidéo et à l’infographie. Dans les années 2000, l’augmentation des performances des cartes grand public rend ce matériel très compétitif en termes de capacité de calcul, relativement à leur coût d’achat. Cela conduit à l’émergence du GPGPU, acronyme anglais signifiant calcul générique sur processeur graphique. Dans le cadre du rendu 3D, une carte graphique effectue un traitement en chaîne, représenté en figure 4.4. Premièrement, le Vertex processor, calcule un ensemble de points 724.2. Calcul générique sur carte graphique Script Python : im p o r t parmepy a s pp d e f s 0 ( r e s , x , y , z , t = 0. ): r e s = . . . r e t u r n r e s d e f u0 ( r e s , x , y , z , t = 0. ): r e s = . . . r e t u r n r e s # Domaine O = pp . Box ( o r i g i n =[0 , 0 , 0 ] , l e n g t h =[1 , 1 , 1 ] ) T = pp . Simu ( t i n i t =0. , t e n d =1. , n b I t e r =10)) # V a r i a b l e s u = pp . F i e l d ( domain=O, v e c t o r=True , f o rm u l a=v _ i n i t ) s = pp . F i e l d ( domain=O, v e c t o r=F a l s e , f o rm u l a=s _ i n i t ) # O p e r a t e u r s a dvec = pp . A d v e c t i o n ( s , v e l o c i t y=u , r e s o l u t i o n =[128 , ] ∗ 3 ) # P r o b l ème pb = pp . P roblem ( o p e r a t o r s =[ advec , ] , simu=T) # I n i t i a l i s a t i o n pb . s e t u p ( ) # Ré s o l u t i o n pb . s o l v e ( ) Formalisme mathématique équivalent : s0(x) = . . . u0(x) = . . . Ω = [0; 1]3 T = [0; 1] u : Ω × T 7→ R 3 u(x, t = 0) = u0(x) s : Ω × T 7→ R s(x, t = 0) = s0(x) ∂s ∂t + (u · ∇)s = 0 Figure 4.3. – Exemple de script utilisateur 734. Développement d’un code multiarchitectures à partir de la géométrie à afficher. Ensuite, les objets tridimensionnels sont projetés sur un ensemble de pixels afin d’éliminer les parties cachées par la perspective. Les pixels sont ensuite transformés par le Fragment processor, notamment par l’application de textures. Enfin, les pixels sont assemblés dans la grille de pixels qui constituent l’image à afficher sur l’écran. Aux débuts du calcul générique sur GPU, la programmation des cartes s’effectuait en détournant cet enchaînement d’étapes par le développement de fonctions spécifiques destinées à être exécutées par le Vertex processor et le Fragment processor. Vertex Processor Rasterizer Fragment Processor Output Assembler Écran Données brutes Objets 3D Pixels Pixels Image calculés Figure 4.4. – Transformations en chaîne pour le rendu graphique Architecture des cartes graphiques Ce matériel spécifique est composé de nombreux éléments dont l’architecture diffère des processeurs classiques. Les composants principaux d’une carte graphique sont le processeur graphique et la mémoire vidéo. Les processeurs graphiques se caractérisent par un très grand nombre d’unités de calcul permettant de réaliser les opérations sur les sommets de la géométrie ainsi que des transformations des pixels. Ces unités sont spécialisées dans le traitement de données vectorielles jusqu’à quatre composantes (coordonnées spatiales ou canaux de couleurs d’un pixel). D’autre part, les unités de calculs réalisent de manière efficace des opérations simples sur ces données comme les additions, multiplications et produits scalaires. La mémoire vidéo est généralement divisée en deux zones distinctes. Une première partie permet des accès classiques en lecture et écriture et une seconde est spécialisée en lecture ou en écriture pour le stockage de données de textures 2D ou 3D. Comparativement à un processeur classique, un GPU permet un très haut débit de tâches élémentaires et indépendantes effectuées en parallèle par les unités de calcul (UC dans la figure 4.5). Ces dernières se partagent différents niveaux de cache. La figure 4.5 compare les représentations d’un processeur multicœur, 4.5a et d’un GPU, 4.5b. Dans les deux cas, seul le niveau de cache le plus haut est représenté. Alors que sur CPU, le nombre de cœurs dépasse rarement la dizaine, il atteint plusieurs milliers sur un GPU. D’autre part, les CPU peuvent accéder à la mémoire globale du système alors que la mémoire disponible sur un GPU est généralement inférieure à 8 GByte. 744.2. Calcul générique sur carte graphique Mémoire Cache Contrôleur UC UC UC UC (a) CPU Mémoire UC Contrôleur Cache (b) GPU Figure 4.5. – Comparaison haut niveau de l’architecture d’un CPU et d’un GPU L’intégration de la carte graphique au système principal se fait par une connexion à la carte mère par PCI Express dont le débit varie de 1 à 16 GByte/s selon la version. Cela constitue bien souvent un goulet d’étranglement pour les applications car le temps de transfert des données est bien plus long que le temps de leur traitement sur la carte. 4.2.2. Différentes méthodes de programmation Le calcul générique sur GPU a été grandement simplifié par les interfaces de programmations. Elles permettent de s’affranchir de la chaîne de traitement graphique, représentée en figure 4.4, au profit d’une exploitation directe des ressources des cartes. Le principe gé- néral d’un calcul sur GPU est de traiter des données régulières (proches d’une image) dont les algorithmes se décomposent selon un modèle hiérarchique en sous-blocs qui sont euxmêmes constitués d’un ensemble de tâches élémentaires par unité de donnée. Il existe deux grandes familles de modèles de programmation des GPU dont les principaux représentants sont évoqués ci-après. Programmation par directives La programmation par directive sur GPU est très similaire à l’utilisation de l’interface de programmation parallèle OpenMP pour les architectures à mémoire partagée. Les standards de programmation les plus répandus sont HMPP, introduit par Dolbeau et al. (2007), et OpenACC, qui est désormais inclus dans OpenMP depuis sa version 4.0 (2013). Ils permettent d’exécuter des parties du code, le plus souvent des boucles, sur des accéléra- 754. Développement d’un code multiarchitectures teurs par l’insertion de directives de compilation spécifiques. L’intérêt majeur de ce modèle est de pouvoir utiliser ces accélérateurs sans avoir à réécrire le code concerné. Cependant cela empêche une gestion fine de la transcription vers les instructions GPU, cette partie du travail étant effectuée par le compilateur. Le support est généralement assuré par des compilateurs commerciaux fournis notamment par CAPS Entreprise pour HMPP ou PGI pour OpenACC. Toutefois, ce dernier est en cours l’intégration au compilateur libre GCC. Programmation directe À l’opposé de la famille précédente, se trouve la programmation utilisant un langage spécifique. Il en existe plusieurs pour les GPU dont les plus utilisés sont CUDA (Nvidia, 2014) et OpenCL (Khronos, 2014). Le premier est développé par la société Nvidia pour l’utilisation exclusive de ses cartes. Le second est un standard de programmation ouvert permettant l’exploitation de processeurs multicœurs, que ce soit des processeurs traditionnels, des cartes graphiques ou des coprocesseur. Les deux langages sont assez proches et se basent sur un modèle de programmation qui reflète l’architecture du matériel. Cependant, OpenCL bénéficie d’une portabilité bien plus grande car il permet d’exploiter non seulement les cartes graphiques mais aussi les processeurs multicœurs. CUDA comme OpenCL bénéficient d’interfaces performantes en Python (Klöckner et al., 2012). 4.2.3. Les modèles de programmation OpenCL Le standard de programmation OpenCL permet de développer des modèles de parallé- lisme par tâches et de données sur processeurs multicœurs. La librairie fournit une interface de programmation de haut niveau permettant la gestion des calculs et des ressources ainsi que le profilage des applications. Les calculs de bas niveau sont implémentés en un langage basé sur le C99. Une application OpenCL se doit de définir les quatre modèles hiérarchiques suivants. Les termes techniques sont systématiquement traduits dans cette partie mais pourront être utilisés en anglais dans la suite. Le modèle de plateforme Du point de vue OpenCL, une plateforme est constituée d’un hôte (host) et de un ou plusieurs appareils (devices). Ces derniers regroupent, de manière générique, bon nombre de matériel multicœur comme les cartes graphiques mais aussi les processeurs classiques ou les processeurs spécifiques. L’implémentation consiste en une partie de code exécutée par la machine hôte (host) et capable d’envoyer et d’exécuter des noyaux de calcul (kernels) aux appareils (devices). Le code des noyaux est compilé de manière spécifique aux appareils sur lequel il sera exécuté. Les noyaux sont exécutés par les cœurs (processing elements) de chaque unité de calcul (compute unit), ce qui reflète l’organisation matérielle des unités de calculs d’un GPU, comme illustré par la figure 4.6. 764.2. Calcul générique sur carte graphique Host Device Processing element Compute unit Figure 4.6. – Modèle de plateforme OpenCL Le modèle d’exécution On distingue deux catégories d’unités d’exécution : le programme exécuté par la machine hôte et les noyaux. À chaque appareil (device) est associé une ou plusieurs files d’attente de commandes dans lesquelles sont insérées les transferts de données et les appels aux noyaux. Ces derniers sont définis par un état d’exécution (soumis, en attente, démarré, terminé, . . .) dont les durées entre transitions sont mesurables par l’outil de profilage intégré. Des dépendances entre les éléments peuvent être données explicitement, ce qui conduit à l’expression d’un parallélisme par tâche à travers une exécution asynchrone. La caractéristique principale est que chaque noyau est exécuté, par un cœur de calcul, comme une fonction en un point d’un espace d’indice représenté sur la figure 4.7. Cet espace est décomposé en un ensemble de groupes de travail (work-groups) contenant plusieurs éléments de travail (work-items). À chaque élément de travail (work-item) est associé un cœur de calcul. Espace global Work-group GX GY 0 1 2 3· · · 0 1 · · · NX 0 1 2 3 . . . 0 1 . . . NY · · · · · · · · · . . . . . . . . . 0 1 2 · · · 0 1 2 . . . WX WY Figure 4.7. – Espace d’indices OpenCL. Espace 2D de taille GX ×GY impliquant NX ×NY work-groups composés de WX × WY work-items, avec G• = N•W• 774. Développement d’un code multiarchitectures L’espace d’indices est un espace cartésien mono-, bi- ou tridimensionnel. Chaque élément de travail (work-item) est identifié de manière unique par ses coordonnées dans l’espace global ou par le couple des coordonnées du groupe (work-group) et d’une coordonnée locale au groupe (work-groups), comme illustré par la figure 4.7. Les tailles de l’espace global et des groupes de travail sont données en paramètres à chaque exécution d’un noyau. Le parallélisme de données est obtenu en reliant l’espace d’indices et l’indexation des données. Différents niveaux de synchronisation sont possibles. L’exécution des éléments de travail (work-items) est concurrente au sein d’un groupe (work-group). Il est possible de synchroniser les éléments au sein d’un même groupe à l’aide de barrières. Par contre il est impossible de synchroniser les groupes entre eux, de même qu’il n’est pas possible de spécifier l’ordre dans lequel ils seront exécutes ni de savoir lesquels seront exécutés simultanément. Du côté de l’hôte, la synchronisation globale se fait par l’intermédiaire de la file d’attente et de l’état de chaque noyau de calcul. Le modèle de mémoire Dans ce modèle, la mémoire de l’hôte est dissociée de celle des appareils. Cette dernière est décomposée en quatre région distinctes : Globale : niveau le plus haut, il est partagé en lecture et écriture par tous les éléments de travail de tous les groupes (∼ 1 GByte). Constante : mémoire accessible en lecture seule par les éléments de travail au cours de l’exécution. De taille assez faible, elle permet de stocker des constantes numériques (∼ 10 kByte). Locale : niveau intermédiaire partagé au sein d’un groupe de travail. Ce niveau peut être utilisé explicitement comme un cache (∼ 10 kByte). Privée : niveau le plus bas, il est dédié à un élément de travail et inaccessible aux autres (< 1 kByte). La mémoire globale ne peut contenir que des Buffers ou des Images. Les premiers sont des zones mémoires contiguës destinées à un usage générique comme un tableau d’éléments. Les seconds sont stockés dans la mémoire dédiée aux textures sous la forme d’une structure de données complexe et dont les accès, en lecture seule ou écriture seule, sont gérés par des fonctions OpenCL prédéfinies. Ce modèle hiérarchique est schématisé en figure 4.8. Comme nous le verrons par la suite, une gestion précise des transferts de données entre ces différents niveaux de mémoire est fondamentale pour l’amélioration les performances. Le modèle de programmation Afin d’exploiter tous les modèles définis précédemment, une application OpenCL se décompose selon trois couches dont il est nécessaire de décrire tous les niveaux. Au niveau de la plateforme, le programme hôte explore l’architecture disponible et un contexte OpenCL doit être créé afin de lier le ou les appareils utilisés avec l’hôte et pour créer les files de tâches associées à chaque appareil. Le compilateur OpenCL permet de compiler les sources des noyaux de calcul spécifiquement pour un appareil ciblé. Au niveau des modèles de mémoire et d’exécution, le programme est constitué de la gestion des files d’évènements ainsi que de 784.2. Calcul générique sur carte graphique Mémoire globale du système host Mémoire globale Constante device work-group Mémoire locale P. w.i. P. w.i. P. w.i. P. w.i. Figure 4.8. – Modèle hiérarchique OpenCL pour la mémoire transferts de données entre les mémoires de l’hôte et des appareils. Un schéma d’exécution est représenté en figure 4.9. Dans l’idéal, la conception des algorithmes doit permettre une gestion asynchrone des évènements afin de maximiser l’utilisation des composants. Cette dernière est maximale lorsque des calculs sont effectués simultanément sur les appareils et sur l’hôte ainsi que pendant des transferts de données. . . . Initialisation OpenCL Compilation Transferts Exécution des kernels Calculs Host Device Création de la file d’exécution Figure 4.9. – Schéma d’exécution OpenCL La figure 4.9 représente les durées d’exécution à titre d’illustration car les proportions entre les différentes étapes ne reflètent pas nécessairement les temps observés dans une application. 794. Développement d’un code multiarchitectures 4.2.4. Analyse de performances par le modèle roofline En préambule à l’étude des performances de l’implémentation, il est nécessaire d’explorer les performances atteignables par le matériel. Le code est développé et exploité sur différents types de machines depuis un portable jusqu’à un serveur de calcul. Une partie des caractéristiques techniques des cartes graphiques sur lesquelles le code a été exploité sont présentées dans le tableau 4.1. Les deux premières cartes sont comparables et ont permis essentiellement les développements du début de ce travail. La carte K20m est bien plus récente que les deux autres et bénéficie de technologies bien plus avancées. Carte AMD Radeon AMD Radeon Nvidia HD 6770M HD 6900 Series K20m Type de machine portable bureau serveur Date de mise sur le marché 01/2011 12/2010 01/2013 Taille mémoire (GByte) 1 1 5 Bande passante max. (GByte/s) 57.6 160 208 Puissance (SP) (GFLOPS) 696 2 253 3 519 Puissance (DP) (GFLOPS) Non supporté 563 1 173 Tableau 4.1. – Comparaison de différentes cartes graphiques Les études de performances des noyaux de calcul présentées dans la suite sont réalisées à travers le modèle roofline introduit en section 1.2.2. Nous donnons ici le modèle pour les cartes Radeon 6770M et K20m sur les figures 4.10 en utilisant les données théoriques mais aussi des mesures de performances par des programmes de test. Les deux données nécessaires à l’élaboration du roofline sont la bande passante maximale et la puissance de calcul maximale. La première est obtenue à l’aide d’un kernel réalisant une copie d’un buffer à un autre. La puissance maximale, quand à elle, est obtenue à partir d’un kernel ayant une grande intensité opérationnelle. Le kernel que nous utilisons réalise 50 instructions d’additions et multiplications sur 4 variables de type vecteur à 4 composantes en simple ou en double précision, le tout dans une boucle de 20 itérations, soit 32 000 opérations par work-item. Les performances mesurées sont résumées dans le tableau 4.2. La capacité de certaines cartes graphiques à effectuer des calculs en double précision est assez récente. La raison principale est que la précision numérique n’est pas une priorité dans le cadre de l’affichage d’un contenu graphique. La principale contrainte est d’afficher des images sur l’écran en un temps le plus court possible. Cela est poussé à l’extrême dans certains modèles qui ne sont pas conformes à la norme IEEE 754 pour le calcul en virgule flottante. Sur la majorité des cartes, des options de compilations spécifiques permettent d’autoriser le compilateur à ne pas respecter cette norme. Toutefois, les cartes qui la supportent possèdent généralement moins de cœurs capables de traiter la double précision que de cœurs pour la simple précision ce qui conduit à des performances en double précision bien inférieures à la simple précision. Le mécanisme ECC, de l’anglais Error Correction Code, activé par défaut sur les cartes Nvidia permet de vérifier et corriger, à l’exécution, les accès aux données en mémoire et ainsi remédier à d’éventuelles erreurs dues à des facteurs extérieurs. Ce mécanisme consomme 804.2. Calcul générique sur carte graphique Théorique Mesuré Mesuré (sans ECC) Simple précision Double précision 101 102 103 104 1 10 100 Puissance maximale (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) (a) ATI Radeon 6770M 101 102 103 104 1 10 100 Puissance maximale (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) (b) Nvidia K20m Figure 4.10. – Modèle roofline Bande passante (GByte/s) ATI Radeon 6770M Nvidia K20m Théorique 57.6 208 Mesurée 36.9 (64%) 152 (73%) ECC désactivé – 172 (83%) Puissance, simple précision (GFLOPS) Théorique 696 3 519 Mesurée 632 (91%) 3 350 (95%) Puissance, double précision (GFLOPS) Théorique – 1 173 Mesurée – 1 173 (100%) Tableau 4.2. – Performances mesurées. 814. Développement d’un code multiarchitectures 12.5% de la mémoire de la carte et réduit d’environ 12% la bande passante, comme le montre les résultats du tableau 4.2. Dans cette dernière partie, nous détaillons la mise en pratique de l’utilisation des cartes graphiques dans la librairie de calcul ainsi que la principale mesure de performances. 4.3. Utilisation de cartes graphiques dans la librairie L’implémentation de ces modèles de programmation est réalisée à travers le module Python PyOpenCL et s’insère dans le diagramme de classe présenté en figure 4.2, page 69. La figure 4.11 donne les nouvelles classes ainsi que leurs relations avec le modèle existant. Le modèle de mémoire est implémenté dans la classe GPUDVariable et encapsule un pointeur vers un objet mémoire GPU ainsi qu’une interface pour les transferts de données avec l’hôte. Le modèle de plateforme est intégré dans la classe outil ClEnvironment et permet de créer et de gérer les objets du le contexte et de la file d’attente des appareils ainsi que la compilation du code OpenCL. Enfin, le modèle d’exécution est décrit par les interactions entre les GPUDOperators. Les évènements créés par les appels aux kernels sont associés aux variables et permettent d’exprimer un parallélisme par tâches. L’intérêt majeur de séparer l’implémentation GPU dans un module distinct est de pouvoir s’affranchir de cette partie du code sur les machines dépourvues d’accélérateurs et d’implémentation OpenCL et ainsi, garantir une portabilité suffisante à la librairie. D’autre part, grâce à cette séparation, un module GPU basé sur le langage CUDA, par exemple, pourrait être intégré à la librairie sans aucun impact sur le reste du code. Nous démontrons ici la simplicité d’ajout de la prise en compte d’une nouvelle architecture particulière à la librairie de calcul. En effet, seuls les éléments dépendants de cette architecture sont à implémenter. Conclusion Dans ce chapitre nous avons obtenu une librairie de calcul présentant une grande souplesse d’utilisation ainsi qu’une forte capacité d’adaptation à des architectures hétérogènes, comme les GPU. L’obtention de ces caractéristiques est possible à travers l’utilisation d’un paradigme de programmation orientée objet ainsi qu’une conception basée sur une stratégie de découpage sémantique des concepts mathématiques exprimés à travers différents niveaux d’abstraction. La librairie ainsi conçue permet une grande flexibilité pour le développement grâce à un faible couplage des différentes parties et à une forte cohésion à travers les niveaux d’abstraction. Le choix du langage de programmation a été fait en fonction des caractéristiques de la librairie, qui s’expriment à travers la conception, et les objectifs d’utilisation du code. Ainsi, le choix s’est porté sur le langage Python dont un des avantages est de proposer de nombreux modules pour le calcul scientifique comme le module NumPy ainsi que des interfaces vers des librairies externes comme les modules PyOpenCL pour OpenCL et MPI4Py pour MPI 824.3. Utilisation de cartes graphiques dans la librairie Operators Variables Tools <> DOperator <> NumMethod DVariable <> GPUDOperator opencl environment GPUDVariable gpu data to host to device ClEnvironment opencl platform opencl device opencl context opencl queue build sources GPUKernel sources opencl program compute CL sources n 1 n build GPU Figure 4.11. – Diagramme de classe pour le module GPU L’exploitation des cartes graphiques semble pertinent au regard des reports de puissance de calcul développée dans la littérature que ce soit de manière théorique par le matériel en lui-même ou à travers des applications concrètes. Comme nous le verrons dans le chapitre 5, la structure de donnée nécessaire à la mise en œuvre de la méthode particulaire avec remaillage s’adapte bien à un traitement par cartes graphiques. D’autre part, les sché- mas numériques associés à la méthode sont compacts et locaux du fait de l’utilisation du splitting dimensionnel. Le traitement d’un point ne requiert seulement que quelques points voisins dans une seule direction de l’espace. Enfin, la majeure partie des opérations du remaillage consistent en des additions et multiplications en nombre réels qui sont effectuées de manière très efficace par les cartes graphiques. 835. Mise en œuvre sur cartes graphiques La méthode numérique, exposée au chapitre 2, semble bien adaptée à l’utilisation de cartes graphiques dont les principales caractéristiques ainsi que les techniques d’exploitation ont été détaillés au cours du chapitre 4. L’objectif de ce chapitre est, dans un premier temps, de présenter les différentes implémentations existantes de méthodes particulaires avec remaillage sur cartes graphiques afin d’identifier leurs avantages et inconvénients. À travers l’exploration des travaux existants, l’accent est mis sur les interpolations entre les particules et le maillage. Une progression se dégage de l’évolution de l’exploitation des matériels depuis 2008. En effet, les travaux les plus anciens se basent essentiellement sur les primitives propres au traitement d’images à travers la chaîne de rendu graphique alors que la tendance actuelle est plutôt à utiliser des structures de données génériques, moins dépendantes du matériel. Dans un second temps, nous détaillerons les choix effectués dans le cadre spécifique de la méthode semi-Lagrangienne d’ordre élevé avec splitting dimensionnel. Ces différents choix ne dépendent pas du matériel utilisé mais s’appliquent à n’importe quelle carte graphique. Ainsi, nous conservons le caractère portable de notre code. Une grande partie de ce chapitre est dédiée à l’étude des performances des principales fonctions des algorithmes issus de la méthode et de l’impact des optimisations réalisées. Ces dernières sont présentées dans le cadre concret de la carte graphique K20m mais, dans un souci de portabilité, elles ne sont généralement appliquées que lors de l’exécution, pendant la phase d’initialisation. En effet, nous exploitons un des aspects de la programmation sur GPU qui consiste à compiler le code à l’exécution. Ainsi, le code est développé de manière générique puis, après une prise de connaissance de la carte employée et de ses caractéristiques, certaines optimisations sont activées pour la compilation. Sans implémenter une auto-optimisation du code, cette étape nous permet d’adapter, entre autres, les tailles de l’espace d’indices OpenCL, la charge par work-item ou encore le schéma d’accès aux données aux spécifications de la carte utilisée. Enfin, nous illustrerons l’utilisation de la méthode de résolution sur quelques exemples simples de transport de scalaire en 2D et 3D. Ces exemples permettent une validation de la méthode de manière qualitative ainsi qu’une description de la répartition des temps de calcul en vue d’éventuelles optimisations plus poussées. 855. Mise en œuvre sur cartes graphiques 5.1. Implémentations GPU de méthodes semi-Lagrangiennes 5.1.1. Méthodes semi-Lagrangiennes Une première implémentation sur GPU d’une méthode semi-Lagrangienne a été proposée par Rossinelli et al. (2008) pour la simulation de fluides incompressibles en 2D. La diffusion et l’équation de Poisson sont résolues par différences finies sur la grille et les particules sont transportées de manière Lagrangienne puis remaillées à l’aide d’une formule du second ordre M0 4 . Cette implémentation se base sur l’utilisation de la mémoire de textures. Cette mémoire spécifique aux GPU permet un stockage de pixels de telle sorte que les données voisines correspondent aux pixels voisins en 2D. Les particules sont représentées par des pixels où les composantes RGB sont associées respectivement aux positions et la vorticité des particules. Les auteurs montrent une performance globale de 10 itérations par seconde pour un problème de taille 1 0242 en simple précision en utilisant une méthode de RungeKutta du second ordre. Plus récemment, Rossinelli et al. (2010) présentent des résultats pour des simulations 2D d’écoulements en présence d’obstacles solides. La méthode employée est similaire à celle utilisée précédemment avec l’ajout de la prise en compte des obstacles par une méthode de pénalisation. Là encore, le remaillage est effectué par la formule M0 4 en utilisant les fonctions intrinsèques OpenGL pour le rendu graphique et des textures sont utilisées pour le stockage des données. L’équation de Poisson est résolue par un solveur spectral utilisant l’implémentation de la FFT fournie par Nvidia en CUDA dont la résolution occupe 96% du temps de calcul total. Les simulations considérées pour ces études de performances impliquent jusqu’à 2 0482 particules en simple précision. L’inconvénient majeur de l’utilisation des textures est que les données sont arrangées en tableaux de structures. Ce stockage n’est pas le plus approprié pour des opérations n’impliquant pas toutes les composantes des éléments. D’autre part, les équivalents 3D de cette mémoire sont uniquement proposés par les dernières générations de cartes graphiques. Ainsi, le passage à une méthode de résolution de problèmes 3D nécessite une attention particulière pour l’exploitation de structures de données essentiellement 2D. 5.1.2. Deux types d’interpolations Les méthodes semi-Lagrangiennes utilisent deux algorithmes majeurs pour les interactions entre les particules et le maillage basés sur des interpolations. Une interpolation maillage-particule permet d’évaluer sur les particules une quantité connue sur le maillage et inversement pour une interpolation particule-maillage. Le premier type d’interpolation est utilisé lors de l’advection des particules pour connaître leur vitesse alors que le remaillage exploite le second type. Stantchev et al. (2008) introduisent les stratégies particle-push et particle-pull pour réaliser l’étape d’interpolation particule-maillage. Ces deux stratégies diffèrent au niveau de l’organisation de la charge de travail. La première consiste en un traitement centré sur les particules dont le principe est de les remailler sur les points de grille de leur voisinage. Elle permet un calcul simple des points de grille contenus dans le support 865.1. Implémentations GPU de méthodes semi-Lagrangiennes de la particule à partir de ses coordonnées et permet également, dans un cas tensoriel, une réutilisation des poids de remaillage. Cependant, des accès conflictuels en mémoire peuvent survenir lors du traitement en parallèle de plusieurs particules situées dans la même cellule. La seconde est centrée sur le maillage de telle sorte qu’en chaque point de grille on agrège les contributions des particules voisines. Le seul avantage de la seconde stratégie est de ne pas conduire à des accès concurrents en mémoire. Dans cette stratégie, une recherche des particules les plus proches est nécessaire. Les méthodes de type particle-in-cell sont basées sur ces interpolations. Pour les interpolations particule-maillage, la majeure partie des implémentations exploitent des stratégies particle-pull et relaxent les éventuels problèmes d’accès concurrents par un regroupement des particules voisines en blocs qui sont traités de manière séquentielle par un même processus. Ainsi, un tri des particules à deux niveaux est nécessaire, d’abord par blocs puis au sein d’un bloc. Différentes techniques sont employées comme par exemple le maintien d’une structure de données triée (Rossi et al., 2012) ou un tri à chaque itération (Kong et al., 2011). Quelque soit la méthode employée pour le tri, cela implique des réarrangements de données au gré des déplacements des particules afin d’assurer un haut niveau de localité des données. Les interpolations de type maillage-particule sont plus simples à mettre en œuvre puisque l’interpolation se fait sur la grille dont la structure est régulière. Pour ce qui est des méthodes particulaires avec remaillage, les premières implémentations GPU exploitaient les primitives OpenGL du rendu graphique. En particulier, Rossinelli et al. (2008) montrent que le remaillage des particules est bien plus efficace, avec une facteur d’accélération de 1.5, lorsque qu’il est effectué par le moteur de rendu OpenGL plutôt que par une implémentation CUDA. Cette implémentation se base sur des objets point-sprites permettant la génération d’une texture contenant, après exécution du rendu en chaîne, les sommes des contributions de l’ensemble des point-sprites. Ainsi, l’étape exécutée par le fragment processor consiste à calculer les pixels de la texture par la formule de remaillage en fonction de la distance aux point-sprites et de leur valeur. Les auteurs soulignent ici un inconvénient de l’utilisation du langage CUDA qui est de ne pas permettre une exploitation des fonctionnalités natives du matériel, en particulier les opérations du rendu graphique. L’étape du vertex processeur permet, en amont du remaillage, de traiter les conditions aux bords périodiques par une réplication des particules situées à proximité des bords ainsi que d’écarter les particules transportant une quantité nulle ou inférieure à un certain seuil. Cette approche est ensuite complétée (Rossinelli et al., 2010) pour le cas de domaines ouverts. Les auteurs traitent les particules quittant le domaine local en les écartant au moment de l’étape du vertex processor qui précède le remaillage. D’autre part, dans leur implémentation, un remaillage systématique est effectué à chaque itération ce qui fait que les particules sont toujours situées sur un point de grille au début de l’étape d’advection et permet ainsi d’éviter une interpolation maillage-particule du champ de vitesse. Une interpolation reste nécessaire pour la seconde étape du schéma d’intégration Runge-Kutta du second ordre. Une étude spécifique de l’interpolation maillage-particule est menée par Rossinelli et al. (2011) sur des architectures multicœurs CPU et GPU. Comme précédemment, l’implémentation GPU se base sur un stockage des particules en mémoire de textures. Les données d’une même particule ne sont plus stockées dans un pixel mais par composantes dans plusieurs textures. Chaque pixel contient les données de quatre points de grille dans la direction 875. Mise en œuvre sur cartes graphiques des pixels. Dans leur étude, les auteurs utilisent la formule M0 4 pour une interpolation tensorielle en 2D. Ainsi dans un traitement ligne par ligne, deux pixels consécutifs contiennent nécessairement toute l’information pour traiter une particule. Parmi les 8 données lues, seules 4 sont nécessaires, les auteurs utilisent des poids booléens afin de s’affranchir de branchements conditionnels. L’inconvénient de cette approche est qu’il est nécessaire de charger en mémoire 8 éléments (2 pixels) dans la direction des pixels pour n’utiliser que les quatre éléments du support de la particule. Les auteurs atteignent 72% de la performance maximale atteignable en simple précision et les performances chutent fortement en double précision. Plus récemment, Büyükkeçeci et al. (2012) réalisent une étude des deux types d’interpolations maillage-particule et particule-maillage basées sur des stratégies respectivement mesh-pull et particle-push ce qui conduit à des algorithmes centrés sur les particules dans les deux cas. Les auteurs proposent une implémentation générique dans laquelle les particules sont réarrangées dans une structure de donnée hiérarchique permettant un stockage contigu des particules de la même région de l’espace. Cette structure se base sur un traitement séquentiel des particules dans une même cellule en utilisant autant de copies du domaine que du nombre maximal de particules par cellule. Cela conduit à n’avoir qu’une seule particule par cellule et par copie ainsi que des cellules vides. Les cellules vides sont peuplées de particules factices, écartées à la fin de l’interpolation, ce qui permet d’éviter des branchements conditionnels. Des études systématiques de performances sont réalisées sur plusieurs cartes graphiques pour chaque interpolation avec des formules linéaire ou M0 4 et pour des problèmes 2D et 3D. Les auteurs soulignent que les meilleures performances sont obtenues pour les cas 3D utilisant la formule M0 4 . Ils montrent des accélérations significatives du temps de calcul entre leur implémentation GPU et une référence multicœur CPU. Même si cette implémentation est efficace, les performances globales restent limitées par l’intégration à la librairie PPM. En effet, l’utilisation de ce remaillage nécessite un transfert des données en entrée ainsi que de retourner les résultats sur la mémoire de la machine hôte avant de réaliser les autres parties de la résolution. Le facteur d’accélération obtenu est généralement inférieur à 10, et même inférieur à 1 dans certains cas, en prenant en compte ce temps de transfert. À partir des différentes implémentations existantes de méthodes semi-Lagrangiennes et en particulier des interpolations entre le maillage et les particules, nous proposons une implémentation qui exploite les différents aspects inhérents à la méthode considérée. En effet, l’utilisation d’un splitting dimensionnel est à l’origine de bon nombre de choix présentés dans ce qui suit. Les données sont stockées dans des tableaux classiques, sans aucune utilisation de structures de données spécifiques aux cartes graphiques comme les textures ou les pixels. Après une description de ces choix, nous présentons les performances de chaque fonction de la méthode pour la carte Nvidia K20m. La restriction à une seule carte permet de simplifier la présentation des résultats et l’extension à d’autres cartes se fait par adaptation des configurations aux caractéristiques techniques de ce nouveau matériel. Les performances sont données dans les métriques adaptées à chaque cas. 885.2. Implémentation et performances 5.2. Implémentation et performances 5.2.1. Adéquation de la méthode au matériel Les implémentations réalisées dans le cadre de ce travail sont basées, à l’instar de Büyükkeçeci et al. (2012), sur des stratégies mesh-pull pour les interpolations de type maillage-particule ainsi que particle-push pour le type particule-maillage. Toutefois, l’utilisation d’un splitting dimensionnel nous permet d’envisager l’emploi de formules de remaillage d’ordre élevé ayant un large support. Du point de vue de l’implémentation, cela conduit à un algorithme avec une localité des données plus forte que dans le cadre de méthodes classiques. En effet, le traitement d’une donnée (particule ou point de grille) ne nécessite que quelques données voisines uniquement dans la direction courante. La méthode revient à la résolution de nombreux sous-problèmes monodimensionnels ce qui pousse naturellement à l’emploi d’une structure de donnée également 1D. Ainsi, nous utilisons des objets mémoire linéaires comme les buffers qui correspondent à des tableaux classiques. Le découpage par splitting dimensionnel permet également de considérer séparément les composantes des vecteurs, en particulier de la vitesse, lors de l’étape d’advection. Nous employons donc une structure de donnée en tableaux par composantes et non pas en tableau de structures. En pratique les composantes d’un vecteur sont stockées sous la forme de plusieurs tableaux de scalaires. Dans la suite de cette thèse, nous prenons comme convention, sans que cela n’implique aucune restriction, que les données sont stockées dans un ordre en colonne, à l’instar du langage Fortran. Le stockage monodimensionnel des données d’un tableau de taille (NX, NY , NZ) dans un espace de taille NX × NY × NZ est illustré en figure 5.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . NX NZ NY Tableau 3D : (NX, NY , NZ ) ←→ Tableau 1D : NX × NY × NZ Figure 5.1. – Convention de stockage des données multidimensionnelles Ainsi, lors des différentes étapes de splitting, le traitement de la première direction de stockage des données conduit à des accès contigus en mémoire. Ce qui n’est plus le cas lors du traitement des autres directions. Afin d’éviter une dégradation des performances due à ces accès, nous mettons en place des transpositions des données pour le traitement des différentes directions de l’espace. En effet, les performances des accès en mémoire globale sont généralement plus faibles lors d’accès avec un saut, même constant, comme représenté par les flèches vertes et bleues sur la figure 5.1. Ainsi, l’accès aux données est toujours contigu en mémoire pour toutes les directions. Ce choix conduit à trois remarques à propos de la mise en œuvre de ces transpositions. Premièrement, le champ de vitesse u n’est 895. Mise en œuvre sur cartes graphiques utilisé que composantes par composantes dans les étapes de splitting. Lors de l’advection dans la direction X, seule la composante uX est utilisée. Par conséquent, les composantes des vecteurs, en particulier de la vitesse, sont toujours stockées de manière a avoir un accès contigu dans la direction concernée. Deuxièmement, les positions des particules à l’issue de l’étape d’advection ne changent que dans leur composante correspondant à la direction courante, les autres composantes restent inchangées car le déplacement est 1D. Cela nous permet de réduire le vecteur position des particules à un scalaire correspondant à la composante de la direction courante et ainsi de réduire l’emprunte mémoire de la méthode. Enfin, en dehors des transpositions, toutes les directions sont traitées de manière identique. En pratique, le même code s’applique dans toutes les directions moyennant une paramétrisation des dimensions des tableaux dans les cas de grilles non cubiques. Comme nous l’avons détaillé au chapitre 2, les trois étapes de résolution consistent en une initialisation en chaque point de grille, un déplacement puis un remaillage des particules. Lors de l’étape d’initialisation, la position des particules est directement donnée par la coordonnée du point de grille associé et la quantité transportée par la particule est simplement une copie de la valeur au point de grille. Ainsi dans notre implémentation, cette initialisation est remplacée par une transposition lorsque la direction courante change. En effet, une simple copie suffit dans le cas contraire car les données sont déjà dans le bon ordre de stockage. Les algorithmes 1 à 4 détaillent les étapes d’une itération complète de la méthode. Les données manipulées sont limitées aux composantes du champ de vitesse, aux valeurs sur la grille des quantités transportées, à un scalaire pour la position des particules et aux valeurs transportées par les particules. La figure 5.2 illustre l’algorithme 2 dans le cas d’un splitting du second ordre en 2D et pour un domaine rectangulaire. Les données manipulées par les opérations d’advection et de remaillage pour un sous-problème 1D sont représentées par une bande rouge verticale dans les tableaux. Algorithme 1 : 2D, splitting d’ordre 1 Direction X : 1. u˜ ← Copie (u) 2. x˜ ← Advection (dt, aX) 3. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction Y : 4. u˜ ← TranspositionXY (u) 5. x˜ ← Advection (dt, aY ) 6. u ← Remaillage (x˜, u˜) Réarrangement des données : 7. u˜ ← TranspositionXY (u) 8. u ← Copie (u˜) Algorithme 2 : 2D, splitting d’ordre 2 Direction X : 1. u˜ ← Copie (u) 2. x˜ ← Advection (dt/2, aX) 3. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction Y : 4. u˜ ← TranspositionXY (u) 5. x˜ ← Advection (dt, aY ) 6. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction X : 7. u˜ ← TranspositionXY (u) 8. x˜ ← Advection (dt/2, aX) 9. u ← Remaillage (x˜, u˜) Dans tous les algorithmes (1 à 4), les deux premières étapes de chaque direction sont indépendantes. Ainsi, lors de l’exécution, un parallélisme par tâches pourra être exprimé et conduira à une exécution simultanée des étapes d’advection et des étapes de copie et de transposition. Une étape de réarrangement des données apparaît en fin d’algorithme 905.2. Implémentation et performances Algorithme 3 : 3D, splitting d’ordre 1 Direction X : 1. u˜ ← Copie (u) 2. x˜ ← Advection (dt, aX) 3. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction Y : 4. u˜ ← TranspositionXY (u) 5. x˜ ← Advection (dt, aY ) 6. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction Z : 7. u˜ ← TranspositionXZ (u) 8. x˜ ← Advection (dt, aZ) 9. u ← Remaillage (x˜, u˜) Réarrangement des données : 10. u˜ ← TranspositionXZ (u) 11. u ← TranspositionXY (u˜) Algorithme 4 : 3D, splitting d’ordre 2 Direction X : 1. u˜ ← Copie (u) 2. x˜ ← Advection (dt/2, aX) 3. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction Y : 4. u˜ ← TranspositionXY (u) 5. x˜ ← Advection (dt/2, aY ) 6. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction Z : 7. u˜ ← TranspositionXZ (u) 8. x˜ ← Advection (dt, aZ) 9. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction Y : 10. u˜ ← TranspositionXZ (u) 11. x˜ ← Advection (dt/2, aY ) 12. u ← Remaillage (x˜, u˜) Direction X : 13. u˜ ← TranspositionXY (u) 14. x˜ ← Advection (dt/2, aX) 15. u ← Remaillage (x˜, u˜) dans les cas d’un splitting du premier ordre. Cette étape est nécessaire pour retrouver le scalaire dans l’ordre de stockage initial de l’algorithme, afin de rendre ces transformations transparentes. En effet, dans tous les cas, les données du scalaire sur la grille sont stockée en fin d’algorithme dans le même ordre qu’au début. Les kernels sont donc développés indépendemment de la direction de résolution. Nous séparons les développements de kernels de l’étape d’initialisation de ceux du calcul. Les premiers regroupent les opérations de copie et les transpositions qui ne nécessitent aucun calcul. Leurs performances sont analysées en terme de bande passante. Les performances des seconds sont données dans le modèle roofline. 5.2.2. Préambule à l’étude des performances Sauf mention contraire, dans la suite de ce chapitre, nous présenterons des résultats en double précision pour la carte Nvidia K20m. En l’absence d’outils d’optimisation automatique, nous exploitons les caractéristiques du matériel pour paramétrer les exécutions des kernels. En particulier, le lien entre la taille des données et l’espace d’indice OpenCL ne suffit pas à déterminer complètement le nombre et la taille des work-groups. Dans l’état actuel de la librairie, cette paramétrisation des noyaux est réalisée de manière explicite pour les différents cas d’utilisation tels que le nombre de dimensions du problème, la précision utilisée et le matériel employé. Les paramètres donnant les meilleures performances ont été obtenus par petites variations autour de valeurs en 915. Mise en œuvre sur cartes graphiques 1. copie 2. advection 3. remaillage 4. Transposition XY 5. advection 6. remaillage 7. Transposition XY 8. advection 9. remaillage Direction X, dt/2 Direction Y , dt Direction X, dt/2 X Y Y X X Y Grille : Particules : Vitesse Scalaire Scalaire Positions Figure 5.2. – Algorithme pour une itération en 2D, splitting de Strang 925.2. Implémentation et performances adéquation avec le matériel. Le tableau 5.1 rappelle et détaille les principales caractéristiques pour la carte K20m. Le vocabulaire employé dans ce tableau est celui du langage CUDA pour les cartes Nvidia. Pour les cartes ATI, l’architecture est similaire et les warps sont appelés wavefronts. D’autre part les termes thread et thread block sont les équivalents CUDA de ce que sont les work-items et work-groups pour OpenCL. Puissance double (simple) précision 1 173 (3 519) GFLOPS Cœurs double (simple) précision 832 (2496) Bande passante 208 GByte/s Multiprocesseurs (MP) 13 Cœurs double (simple) précision par MP 64 (192) Mémoire partagée par MP 48 kByte Registres 32-bit par MP 65536 Nb. Threads par warp 32 Nb. max. de warps par MP 64 Nb. max. de threads par MP 2048 Nb. max. de thread blocks par MP 16 Nb. max. de registres par thread 255 Nb. max. de threads par thread blocks 1024 Tableau 5.1. – Caractéristiques techniques de la carte Nvidia K20m (Nvidia, 2012b ; Nvidia, 2012a) De manière générale l’obtention de bonnes performances sur GPU se fait en considérant finement les caractéristiques du matériel. Comme nous l’avons souligné précédemment, la mesure des performances se fait par diverses métriques souvent complémentaires comme la puissance de calcul ou la bande passante. L’occupation est une métrique spécifique aux cartes graphiques qui permet de mesurer l’utilisation des multiprocesseurs. Lors de l’exécution d’un kernel, les work-item sont associés aux cœurs physiques de la carte par groupes constituant un warp. Les multiprocesseurs possèdent un planificateur permettant une exé- cution simultanée de plusieurs warps. L’occupation est donc simplement le rapport entre le nombre de warps exécutés simultanément par multiprocesseur et le nombre maximal supporté. Ainsi, lors d’une exécution d’un kernel, la spécification de l’espace d’index ainsi que la quantité de mémoire partagée et le nombre de registres utilisés peuvent limiter l’occupation. Des outils de calcul d’occupation sont proposés à la fois par Nvidia 1 et AMD 2 . Le calcul de l’occupation nécessite la connaissance du nombre de registres utilisés par work-item. Cette information peut être obtenue par l’analyse des binaires produits par les compilateurs pour une carte spécifique. L’option de compilation -cl-nv-verbose permet d’obtenir ce nombre lors de la compilation avec OpenCL sur une carte Nvidia. Toutefois, comme le montre Volkov (2010) sur des exemples simples, la maximisation de l’occupation ne permet pas toujours de maximiser les performances. En effet, le temps que les unités de calculs mettent à effectuer les opérations arithmétiques ou à réaliser un accès en mémoire peut être exploité afin d’augmenter les performances. La latence arithmétique peut 1. http://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/CUDA_Occupancy_calculator.xls 2. http://developer.amd.com/tools-and-sdks/archive/amd-app-profiler/user-guide/ app-profiler-kernel-occupancy/ 935. Mise en œuvre sur cartes graphiques être cachée en augmentant la charge de travail par work-item afin de bénéficier d’opérations non interdépendantes pouvant être exécutées simultanément. De même, il est possible de cacher la latence mémoire en utilisant d’avantage de registres et en réduisant le nombre de work-item. Ces optimisations au niveau des instructions (Instruction Level Parallelism) impliquent généralement une augmentation du nombre de registres et une diminution du nombre de work-item ce qui peut conduire à une diminution de l’occupation. De manière générale, il n’est pas possible de connaître a priori quelles optimisations sont préférables entre les instructions et l’occupation. C’est pourquoi dans les résultats qui vont suivre, les noyaux n’ont pas été optimisés systématiquement à différents niveaux. De plus, dans un souci de portabilité et de non spécialisation à une carte en particulier, les optimisations restent générales et basées uniquement sur les connaissances des caractéristiques techniques. 5.2.3. Initialisation des particules Les étapes d’initialisation des particules se caractérisent par une absence totale de calculs. Les opérations consistent uniquement en des transferts de données. Ainsi, les performances sont mesurées en terme de bande passante. Copie Cette opération consiste en une simple copie des données entre deux zones mémoire. Une fonction de copie directe est proposée par l’interface OpenCL. Dans cette comparaison, nous utilisons la fonction clEnqueueCopyBuffer pour la copie d’un buffer complet vers un autre. La figure 5.3 illustre le fonctionnement simple de ce kernel. La copie est réalisée directement par blocs successifs, en pointillés sur la figure. Chaque bloc est traité par un work-group dont les work-items, en pointillés, traitent un seul élément du tableau. La taille du workgroup est fixée à 256 work-item ce qui permet d’atteindre une occupation maximale avec 8 warps par multiprocesseur. Entrée Sortie Figure 5.3. – Fonctionnement du kernel de copie La figure 5.4 présente les performances atteintes par le kernel et la fonction OpenCL pour différentes tailles de tableaux en 2D (5.4a) et 3D (5.4b). Les résultats obtenus sont comparables et atteignent la bande passante maximale mesurée dès lors que la taille des tableaux est suffisamment grande. En effet, l’exécution sur des données trop petites ne permettent pas une occupation maximale de la carte et donc conduit à de mauvaises performances. Ainsi, nous donnons les performances pour les petites tailles, inférieures à 10242 ou à 1283 , seulement à titre indicatif. 945.2. Implémentation et performances OpenCL clEnqueueCopyBuffer kernel 0 10 20 30 40 50 60 70 80 322 1282 5122 20482 81922 Max. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 10−2 10−1 1 101 102 103 % bande passante théorique Bande passante (GByte/s) Taille des tableaux (MByte) (a) 2D 0 10 20 30 40 50 60 70 80 323 643 1283 2563 5123 Max. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 101 102 103 % bande passante théorique Bande passante (GByte/s) Taille des tableaux (MByte) (b) 3D Figure 5.4. – Performances des copies Transposition XY Nous appelons transposition XY une transposition 2D dans le plan XY . Dans le cas de données 2D, cela revient à une transposition classique. Cette opération est bien connue et l’implémentation proposée ici se base sur l’exemple donné par Ruetsch et al. (2009) pour la transposition d’une matrice de taille 2 0482 en simple précision. Les auteurs présentent différentes optimisations permettant d’obtenir une bande passante pour la transposition égale à 70% de celle obtenue pour une copie. Nous étendons cette approche à différentes tailles de tableaux 2D et 3D en double précision. Pour les données 3D, une telle transposition est effectuée pour chaque plan dans la direction Z. La transposition optimale est schématisée en figure 5.5 et fait apparaître les trois niveaux d’optimisation que nous détaillons ci-après. Les données représentées en rouge et en vert sont traitées par les work-items d’un même work-group et une boucle permet de compléter les sous-tableaux en pointillés. Une transposition naïve, similaire au kernel de copie, réalisant une écriture directe dans le tableau de sortie conduit à de très mauvaises performances. En effet, une telle implémentation implique des accès en mémoire globale non contigus. Une solution consiste à utiliser un tableau intermédiaire en mémoire partagée permettant de réaliser des accès contigus à la fois en lecture et en écriture pour les tableaux en mémoire globale. Dans ce cas, l’écriture des données en colonnes dans le tableau de sortie revient à lire des lignes en mémoire locale. Cependant, cette approche provoque des conflits de banc lors de la lecture des données en ligne dans la mémoire partagée. Ce phénomène vient du fait que la mémoire partagée est organisée en différents bancs, dont le nombre est en général égal à 32. Ces bancs ne permettent qu’un accès séquentiel aux données et on assiste à un conflit lorsque plusieurs 955. Mise en œuvre sur cartes graphiques processus accèdent simultanément à des données situées dans le même banc, les accès sont alors effectués de manière séquentielle. Du fait du choix de la taille de cette zone mémoire, 162 ou 322 , les données d’une même ligne sont situées dans le même banc. En suivant l’exemple de Ruetsch et al. (2009), on alloue une zone de taille 17×16 ou 33×32 pour décaler les données dans les bancs et ainsi avoir des accès sans conflits. Une autre approche consiste à accéder aux données du tableau en mémoire partagée dans un système de coordonnées diagonale (Baqais et al., 2013). Si x et y sont respectivement les indices de ligne et de colonne du sous-tableau traité par un work-group, les données correspondantes sont stockées aux indices x 0 et y 0 avec : x 0 = (x + y)%T avec T la taille du sous-tableau, y 0 = x. Ainsi, les accès ne provoquent pas de conflits et la mémoire allouée est entièrement utilisée. Cependant, cette approche n’a pas été envisagée pour l’instant car la version avec extension du tableau conduit à des performances satisfaisantes. D’autre part, la réduction d’utilisation de mémoire partagée n’est pas suffisamment importante pour influencer l’occupation de manière significative. Enfin, comme la mémoire partagée, la mémoire globale est organisée en partitions si bien que le traitement simultanée d’une colonne de sous-tableaux conduit à la lecture de données dans différentes partitions et à une écriture dans les même partitions. Une structuration des sous-tableaux en coordonnées diagonales permet des accès non restreints à un petit nombre de partitions (flèches pointillées sur la figure). Cependant, nos expérimentations sur des cartes plus récentes que celles utilisées par Ruetsch et al. (2009) montrent que ce réarrangement en diagonale ne conduit pas à une augmentation significative des performances. Mémoire partagée Entrée Sortie Figure 5.5. – Fonctionnement du kernel de transposition XY La figure 5.6 présente les performances obtenues pour les trois niveaux d’optimisation de la transposition XY en 2D et 3D pour différentes tailles de tableaux ainsi qu’une implémentation naïve. La mise en place de ces niveaux d’optimisation conduit à une bande passante pour la transposition supérieure à 80% de la bande passante maximale mesurée pour la copie. 965.2. Implémentation et performances Naif Mémoire partagée Mémoire partagée élargie Mémoire partagée élargie, coord. diagonales 0 10 20 30 40 50 60 70 80 322 1282 5122 20482 81922 Max. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 10−2 10−1 1 101 102 103 % bande passante théorique Bande passante (GBytes/s) Taille des tableaux (MByte) (a) 2D 0 10 20 30 40 50 60 70 80 323 643 1283 2563 5123 Max. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 101 102 103 % bande passante théorique Bande passante (GBytes/s) Taille des tableaux (MByte) (b) 3D Figure 5.6. – Performances des transpositions XY Lorsque la taille du sous-tableau alloué en mémoire partagée est fixé à 33 × 32, soit 8448Byte, et que les work-groups contiennent 512 work-items, 12 registres sont utilisés ce qui conduit à une occupation maximale avec l’exécution simultanée de 4 work-groups par multiprocesseurs. Transposition XZ Cette transposition est réalisée de manière similaire à la transposition XY comme illustré en figure 5.7a. L’opération se réalise par le traitement de sous-tableaux 2D formés dans les plans XZ successifs. Chacun de ces plans est traité séparément par plusieurs soustableaux avec l’utilisation d’une mémoire partagée élargie et avec des coordonnées diagonales pour les différents blocs. Cependant, bien que les accès soient contigus dans une même colonne des sous-tableaux, le passage d’une colonne à une autre dans les tableaux 3D se fait avec un saut bien plus important que pour la transposition XY . Ce phénomène pénalise grandement les performances sur des cartes plus anciennes et une seconde transposition a été implémentée par sous-tableau 3D, illustré par la figure 5.7b. Le principe reste le même mais les données sont lues également dans la direction Y , avec un saut bien plus faible. Comparativement à la version 2D, cela revient à réaliser les transpositions simultanées de plusieurs plans XZ. Cependant, les dimensions de la zone en mémoire partagée imposent une taille plus faible pour les work-groups. Les performances de cette transposition sont représentées sur la figure 5.8. Il apparaît clairement que l’utilisation d’une transposition par bloc 3D n’est pas optimale du fait d’une trop faible occupation (16%) induite par une très grande taille de mémoire partagée par 975. Mise en œuvre sur cartes graphiques Mémoire partagée Entrée Sortie (a) Par tranches 2D Mémoire partagée Entrée Sortie (b) Par blocs 3D Figure 5.7. – Fonctionnement du kernel de transposition XZ work-groups, (163 éléments). La meilleure configuration pour cette transposition est obtenue pour une occupation de 63%. 5.2.4. Advection et remaillage Advection Cette fonction permet de résoudre l’équation de mouvement des particules à partir du champ de vitesse connu sur la grille. Les particules sont initialisées en chaque point de grille, leur vitesse en ce point est donc directement lue sur la grille. Les schémas de Runge-Kutta d’ordre deux et quatre, notés respectivement RK2 et RK4, nécessitent des évaluations du champ de vitesse à plusieurs positions intermédiaires qui sont réalisées par des interpolations linéaires de type maillage-particule. Une stratégie centrée sur les particules permet de réaliser ces interpolations à la volée au cours de l’advection. Ainsi, une particule est traitée en une seule fois mais nécessite plusieurs accès aux données du champ de vitesse. De plus le schéma d’accès est inconnu car il dépend du champ de vitesse. Toutefois, du fait de la condition de non croisement des particules, ces accès restent ordonnés de la même manière que les particules. La stratégie de distribution des calculs sur l’espace d’indices des GPU est choisie de telle sorte qu’un sous-problème 1D est traité par les work-items d’un seul work-group. Ces sous-problèmes étant indépendants, plusieurs pourront être traités simultanément en 985.2. Implémentation et performances 0 10 20 30 40 50 60 70 80 323 643 1283 2563 5123 Max. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 10−2 10−1 1 101 102 103 % bande passante théorique Bande passante (GBytes/s) Taille des tableaux (MByte) 2D Naïf 2D Mémoire partagée 2D Optimisé 3D Naïf 3D Optimisé Figure 5.8. – Performances des transpositions XZ fonction de l’occupation des multiprocesseurs de la carte. Les multiples accès aux données du champ de vitesse peuvent être évités en utilisant une zone en mémoire partagée, comme illustré sur la figure 5.9. Cela permet, après un remplissage par accès contigus en mémoire globale, à des accès plus rapides et dont le schéma inconnu est moins pénalisant. Les workitems réalisent, dans une premier temps, un chargement en mémoire partagée des données du champ de vitesse nécessaires au traitement d’un problème 1D. Cette opération, qui s’apparente à une mise en cache, est réalisée de manière collaborative par les work-items et est nécessairement suivie d’une barrière de synchronisation des processus du work-group. Dans un second temps, l’intégration du champ de vitesse est réalisée à l’aide d’interpolations. Intégration Interpolations Vitesse (grille) Mémoire partagée Position (particules) Figure 5.9. – Algorithme pour le noyau d’advection Dans le cas où la grille est identique pour le champ de vitesse et pour les particules, les 3 ou 7 accès aux données de vitesse respectivement pour les schémas RK2 et RK4 nécessaires au calcul des positions des particules sont effectués en mémoire partagée et bénéficient ainsi de son temps de latence plus faible. La quantité de données lues et écrites en mémoire globale pour une étape d’advection est donc indépendante du schéma et est donnée par : MA,s = 2N uP, (5.1) 995. Mise en œuvre sur cartes graphiques où Nu est le nombre de points de grille du scalaire et P la taille d’un nombre en virgule flottante (P = 8 en double précision). On note Na le nombre de points de grille du champ de vitesse. Pour ce qui est du cas multiéchelle, deux interpolations supplémentaires sont nécessaires. Le cache pour le champ de vitesse, de Na X éléments, est complété par une première interpolation linéaire tensorielle des points de grille dans les directions Y et Z en la coordonnée du sous-problème 1D. Ainsi, les données du champ de vitesse sont lues plusieurs fois, et conduisent à une quantité totale exprimée par : MA,m = ( (2N a + N u )P pour un problème 2D, (4N a + N u )P pour un problème 3D. (5.2) La seconde interpolation se fait dans la mémoire partagée pour l’évaluation de la vitesse initiale des particules dont la position est un point de la grille fine. Le calcul d’un problème 1D étant effectué par un work-group, plusieurs particules peuvent être traitées par le même work-item. Ainsi les opérations effectuées en dehors de la boucle interne sont mutualisées pour ces particules. On note nwi le nombre de work-item par work-group. Les nombres d’opérations nécessaires à la réalisation d’une étape d’advection simple échelle sont données par : FA,s =    4N u pour un schéma d’Euler 12N u pour un schéma de Runge-Kutta d’ordre 2 32N u pour un schéma de Runge-Kutta d’ordre 4 (5.3) Pour les cas multiéchelle, le nombre d’opérations est : FA,m = FA,s + ( (4nwi + 3N a X)N u /Nu X en 2D (8nwi + 11N a X)N u /Nu X en 3D (5.4) Le choix de l’espace d’index se fait en fixant le nombre de particules traitées par un workitem. Les figures 5.10 représentent les performances pour 1, 2 ou 4 particules respectivement notées v1, v2 et v4 dans la légende. Dans un souci de clarté, nous ne présentons pas ici les autres choix qui ont été envisagés d’autant qu’ils ont conduit à des performances plus faibles. L’augmentation de la complexité arithmétique due à l’augmentation de l’ordre des schémas se traduit directement par une hausse de la puissance obtenue. Cela sera analysé par la suite à l’aide du modèle roofline. Une différence structurelle entre les problèmes 2D et 3D est que la résolution est constituée de sous-problèmes 1D bien plus petits en 3D. Ainsi, l’usage de la mémoire partagée est plus faible en 3D qu’en 2D et implique donc une plus grande occupation de la carte pour les grands problèmes. Un traitement de plusieurs particules par work-item permet de diminuer la taille des work-groups ce qui, là encore permet une augmentation de l’occupation. Cependant la limite des 1 024 work-items est rapidement atteinte en 2D. Ce qui explique la chute de performances à partir de 1 0242 . L’effet inverse se produit en 3D où trop peu de work-items sont assignés ce qui conduit à une faible occupation en raison de la limite du nombre de work-group exécutables simultanément par multiprocesseur. Pour ce qui est de l’advection multiéchelle, nous donnons les performances atteintes pour différentes tailles de problèmes sur les figures 5.11. Seules les performances de la version 1005.2. Implémentation et performances Euler v4 Euler v2 Euler v1 RK2 v4 RK2 v2 RK2 v1 RK4 v4 RK4 v2 RK4 v1 0 50 100 150 200 250 300 322 1282 5122 20482 Puissance (GFLOPS) Taille de problème (a) 2D 0 50 100 150 200 250 300 323 643 1283 2563 5123 Puissance (GFLOPS) Taille de problème (b) 3D Figure 5.10. – Performances des noyaux d’advection 1015. Mise en œuvre sur cartes graphiques pour laquelle chaque work-item traite 4 particules sont présentées. Les rapports d’échelle entre les grilles des particules et celle du champ de vitesse sont fixés à 2, 4 et 8 et conduisent aux courbes dans l’ordre indiqué par les flèches. Ces résultats montrent que les performances suivent l’évolution du rapport d’échelle, à taille de grille fine fixée. Cette évolution est, en partie, due au fait que l’augmentation du rapport d’échelle implique une diminution à la fois du nombre de données nécessaires pour le calcul, d’après l’équation (5.2), et du nombre d’opérations arithmétique à réaliser, équation (5.4). 0 50 100 150 200 250 300 1282 5122 20482 Puissance (GFLOPS) Taille de problème (grille fine) RK2 RK4 Euler (a) 2D 0 50 100 150 200 250 300 643 1283 2563 5123 Puissance (GFLOPS) Taille de problème (grille fine) RK2 RK4 Euler (b) 3D Figure 5.11. – Performances des noyaux d’advection multiéchelle Le modèle roofline nous permet de réaliser une analyse de performances relativement à la puissance maximale atteignable. Nous représentons sur les figures 5.12 les résultats pour quelques tailles de problèmes. En simple échelle, l’intensité opérationnelle FA,s/MA,s est constante lorsque la taille du problème change. Ces intensités sont représentées par un trait vertical sur les figures 5.12. Dans le cas multiéchelle, les intensités ne sont plus constantes et donc les points qui leur correspondent ne sont pas sur les segments verticaux. Afin de remédier aux effets visuels des échelles logarithmiques du modèle roofline, nous représentons également les niveaux 0,5 et 0,1 de la puissance maximale atteignable. Remaillage Cette étape permet de réaliser l’interpolation particule-maillage en employant une stratégie centrée sur les particules. À partir de la coordonnée d’une particule, les points de la grille sur lesquels se remaille la particule sont calculés en fonction de la largeur du support de la formule utilisée. Les positions sont dépendantes du champ de vitesse donc le schéma de remaillage en termes d’accès aux données de la grille ne peut pas être connu à priori. 1025.2. Implémentation et performances Euler RK2 RK4 10 100 1000 0.1 1 10 100 Euler RK2 RK4 50% 10% Puissance (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) 10242 20482 40962 (a) 2D 10 100 1000 0.1 1 10 100 Euler RK2 RK4 50% 10% Puissance (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) 1283 2563 5123 (b) 3D Figure 5.12. – Modèle roofline pour les noyaux d’advection Par conséquent, deux particules consécutives peuvent avoir exactement les mêmes points de remaillage. Cependant, du fait de la régularité des champs de vitesse traités, nous pouvons poser l’hypothèse que le nombre maximal de particules par cellule reste petit. On supposera que ce nombre ne dépasse pas deux. La distribution de l’espace d’index est similaire à celle de l’advection et chaque sousproblème 1D est traité par un work-group. La charge par work-item est modifiée pour remédier aux éventuels accès concurrents lorsque plusieurs particules sont situées dans la même cellule. Ainsi, chaque work-item traite au moins deux particules consécutives. En conservant les mêmes notations que dans le chapitre 2, le support des formules de remaillage est de largeur 2S. Par conséquent, le remaillage d’une particule nécessite 2S accès en lecture et autant en écriture pour les points de grille contenus dans son support. Ces nombreux accès sont effectués dans un tableau temporaire correspondant au sous-problème 1D en mémoire partagée, comme illustré sur la figure 5.13. Une fois toutes les particules traitées et après une barrière de synchronisation, les données sont copiées en mémoire globale. Scalaire (particules) Position (particules) Scalaire (grille) Mémoire partagée Λp,r Figure 5.13. – Algorithme pour le noyau de remaillage 1035. Mise en œuvre sur cartes graphiques Le nombre d’accès en mémoire globale est donné par l’expression suivante, en fonction du nombre de composantes remaillées c : MR = (2c + 1)N uP. (5.5) Pour ce qui est du nombre d’opérations en virgule flottante, il dépend de la largeur du support 2S, de la formule de remaillage et du degré q des polynômes dont l’évaluation est effectuée par la méthode de Horner en utilisant les opérations FMA de la carte. FR = (2S(2c + 2q + 1) + 5) N u (5.6) Nous donnons les performances des noyaux pour quelques formules de remaillage. Les meilleurs résultats ont été obtenus lorsque chaque work-item traite exactement deux particules. Une augmentation du nombre de particules par work-item implique une occupation plus faible car la quantité de mémoire employée ne change pas et la taille des work-groups diminue. Un nombre plus grand implique une utilisation d’un grand nombre de registres et donc une diminution de l’occupation des multiprocesseurs. Comme pour les noyaux d’advection on assiste à une chute des performances en 2D à partir d’une taille de 4 0962 à cause d’une trop grande consommation de mémoire partagée. 0 50 100 150 200 250 300 350 322 1282 5122 20482 Puissance (GFLOPS) Taille de problème Λ2,1 Λ2,2 Λ4,2 Λ4,4 Λ6,4 Λ6,6 Λ8,4 (a) 2D 0 50 100 150 200 250 300 350 323 643 1283 2563 5123 Puissance (GFLOPS) Taille de problème Λ2,1 Λ2,2 Λ4,2 Λ4,4 Λ6,4 Λ6,6 Λ8,4 (b) 3D Figure 5.14. – Performances des noyaux de remaillage Les performances relatives à la puissance maximale atteignable sont représentées dans un modèle roofline sur les figures 5.15. À l’instar de Büyükkeçeci et al. (2012), nous observons de plus hautes performances en 3D qu’en 2D essentiellement à cause d’une utilisation du tableau en mémoire partagée plus efficace du fait de la différence des tailles des sousproblèmes 1D. 1045.2. Implémentation et performances Λ2,1 Λ2,2 Λ4,2 Λ4,4 Λ6,4 Λ6,6 Λ8,4 10 100 1000 0.1 1 10 100 50% 10% Puissance (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) 10242 20482 40962 (a) 2D 10 100 1000 0.1 1 10 100 50% 10% Puissance (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) 1283 2563 5123 (b) 3D Figure 5.15. – Modèle roofline pour les noyaux de remaillage Noyau complet Une approche regroupant les opérations d’advection et de remaillage en un seul noyau est également envisagée. Le principal intérêt est de supprimer le tableau en mémoire globale pour la position des particules. En effet, cette variable intermédiaire est simplement locale au processus. Cependant, cette approche nécessite deux tableaux temporaires en mémoire partagée, comme illustré sur la figure 5.16. En pratique, cette implémentation n’est pas Intégration Interpolation Vitesse (grille) Scalaire (particules) Scalaire (grille) Mémoire partagée Mémoire partagée Λp,r Figure 5.16. – Algorithme pour le noyau d’advection et remaillage pertinente pour les grandes tailles de problèmes 2D. Cependant, comme la mémoire partagée n’est pas un facteur limitant en 3D, son utilisation semble intéressante. Dans ce noyau, nous réutilisons les fonctions employées précédemment, ce qui conduit à une quantité d’accès 1055. Mise en œuvre sur cartes graphiques mémoire en simple et multiéchelle : MAR,s = MR,s = (1 + 2c)N uP, (5.7) MAR,m = ( (2N a + 2cNu )P en 2D (4N a + 2cNu )P en 3D. (5.8) Pour ce qui est du nombre d’opérations, il est simplement donné par la somme des opérations des noyaux d’advection et de remaillage. Les performances obtenues sont représentées en figures 5.17 et dans un modèle roofline en figures 5.18. Nous considérons le cas d’une advection par un schéma Runge-Kutta d’ordre 2 ainsi que l’utilisation des formules de remaillage Λ2,1, Λ4,2 et Λ8,4. L’évolution des performances selon la formule de remaillage utilisée est identique à celle observée pour le noyau de remaillage seul. De même, les performances pour une advection avec un schéma d’Euler et Runge-Kutta d’ordre 4 sont respectivement inférieures et supérieures à celles représentées lorsque la formule de remaillage est fixée. Les courbes notées MS dans la légende correspondent à une advection multiéchelle pour un facteur d’échelle égal à 4. Comparativement au cas simple échelle, cela induit une petite augmentation de performances ainsi qu’une augmentation de l’intensité opérationnelle du noyau qui est renforcée par l’effet de la complexité de la formule de remaillage. Cependant, une comparaison des performances relatives des modèles roofline avec les noyaux simples montrent que cette approche n’apporte pas une meilleure efficacité. Toutefois, comme nous le verrons par la suite, l’utilisation de ce noyau conduit à un temps de calcul légèrement inférieur à la somme des deux noyaux simples ce qui permet de bénéficier de la réduction de l’empreinte en mémoire globale. 0 50 100 150 200 250 300 350 322 1282 5122 20482 Puissance (GFLOPS) Taille de problème Λ2,1 Λ4,2 Λ8,4 MS Λ2,1 MS Λ4,2 MS Λ8,4 (a) 2D 0 50 100 150 200 250 300 350 323 643 1283 2563 5123 Puissance (GFLOPS) Taille de problème Λ2,1 Λ4,2 Λ8,4 MS Λ2,1 MS Λ4,2 MS Λ8,4 (b) 3D Figure 5.17. – Performances des noyaux d’advection et remaillage pour un schéma RK2 1065.3. Application simple GPU Λ2,1 Λ4,2 Λ8,4 MS Λ2,1 MS Λ4,2 MS Λ8,4 10 100 1000 0.1 1 10 100 50% 10% Puissance (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) 10242 20482 40962 (a) 2D 10 100 1000 0.1 1 10 100 50% 10% Puissance (GFLOPS) Intensité opérationnelle (FLOP/Byte) 1283 2563 5123 (b) 3D Figure 5.18. – Modèle roofline pour les noyaux d’advection et remaillage pour un schéma RK2 Les performances individuelles des différents noyaux se retrouvent directement dans les exécutions du code complet. Ainsi, nous exposons la validité de la méthode et de l’implé- mentation à travers quelques exemples simples de transport de scalaire. Dans un premier exemple, la vitesse est donnée par une fonction analytique dépendant de l’espace et du temps alors qu’elle ne dépend pas du temps dans le second exemple. Le cas multiéchelle est illustré sur l’exemple 3D. Les résultats des exemples sont analysés de manière qualitative permettant une validation de la méthode. Les résultats en terme de temps de calcul sont présentés et comparés entre les différentes fonctions. Dans tous les cas, la vitesse est donnée en entrée sous la forme des valeurs aux points de grille, permettant ainsi de se placer dans un cadre général indépendant de la manière dont est calculé le champ de vitesse. 5.3. Application simple GPU 5.3.1. Transport de scalaire 2D Un premier exemple d’utilisation de la méthode compète sur GPU est réalisé pour le transport d’une fonction levelset dans un champ de vitesse analytique 2D. Ce champ correspond à un mouvement de rotation incompressible périodique en temps. Ainsi, la fonction levelset est déformée au cours du temps puis retrouve sa valeur initiale après un nombre entier de périodes. Le champ de vitesse est défini par l’expression suivante : a(x, y, t) =  − sin2 (πx) sin(2πy) sin(2πx) sin2 (πy)  cos  πt 12 (5.9) 1075. Mise en œuvre sur cartes graphiques Le scalaire est initialisé par une fonction indicatrice d’un disque de rayon 0,15 centré au point de coordonnée (0, 5; 0, 75). À chaque itération de la méthode, le champ de vitesse analytique est évalué sur les points de grille puis la méthode décrite précédemment s’applique avec une étape d’advection suivie d’un remaillage des particules. Le contour de niveau 0,5 de la fonction transportée est représenté à différents instants sur la figure 5.19. À l’instant t = 12, soit après une période, le contour a retrouvé sa forme initiale. La difficulté de cet exemple réside en la représentation du contour à l’extrémité de la spirale. En effet, selon la qualité de la méthode employée, la séparation du contour ainsi que l’apparition d’éventuelles oscillations numériques ne permettent plus de retrouver la condition initiale. Nous rappelons que le pas de temps est contraint par la condition de CFL Lagrangienne suivante : ∆t 6 M |∇a|∞ . La simulation suivante a été réalisée en utilisant 1 0242 points de grille. La constante M est prise égale à 0,35, ce qui pour cette résolution, conduit à une CFL équivalente de |a|∞∆t/∆x = 57. Ainsi, une première validation de l’implémentation est effectuée car à l’instant t = 12, on retrouve bien la condition initiale en utilisant de grands pas de temps, comme le montre la figure 5.19. La simulation est réalisée en utilisant un schéma d’intégration RK2 et une formule de remaillage Λ6,4. Les temps de calcul par particule, hors initialisation et hors calcul du champ de vitesse, sont donnés en figure 5.20 pour différentes formules de remaillage et schémas d’advection. Comme prévu par les performances individuelles des noyaux, les petites résolutions conduisent à des temps de calcul assez grands. Nous les considérons comme non signifi- catives car elles ne sont jamais utilisées en pratique dans les applications. Un temps de traitement compris entre 1,5 et 3 ns est obtenu pour un remaillage avec la formule Λ2,1 et augmente avec l’ordre et la complexité de la formule pour atteindre des valeurs entre 2 et 4 ns pour Λ8,4. Les autres formules conduisent à des temps intermédiaires. Cette figure propose également une comparaison de la version à un seul noyau de calcul avec celle à deux noyaux séparés. Cette dernière conduit à des temps de calculs plus élevés mais permet de traiter des problèmes de plus grande taille. Cela est dû, à l’utilisation d’une plus grande zone de mémoire partagée pour la version à un noyau. Enfin, la hausse des temps de calcul lorsque les problèmes traités sont de taille supérieure à 2 0482 est conforme avec la chute de puissance observée dans la section précédente. Là encore, l’utilisation de la mémoire partagée est à l’origine de cette évolution notamment à travers une baisse de l’occupation des multiprocesseurs dans les étapes de calcul. La figure 5.21 donne la répartition du temps de calcul dans les différentes fonctions présentées dans la section précédente. Les couleurs claires correspondent à l’étape de splitting dans la direction X et occupent 2/3 du temps de calcul alors que les teintes foncées représentent la direction Y et occupent le 1/3 restant. Ces simulations ont été réalisées avec un splitting de Strang où deux étapes sont nécessaires dans la direction X. Les portions du temps de calcul attribuées à l’hôte deviennent négligeables lorsque la taille dépasse 4 0962 . Elles correspondent à des opérations réalisées par le CPU pour la gestion des étapes de splitting et des lancements de kernels OpenCL. Les opérations d’initialisation à l’aide de copies et de transpositions n’occupent que 10 à 20% du temps de calcul. 1085.3. Application simple GPU t = 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t = 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t = 6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t = 12 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Figure 5.19. – Exemple de transport de fonction levelset 2D 1095. Mise en œuvre sur cartes graphiques 2 4 8 1 10 1282 10242 20482 40962 61442 Temps de calcul par particule (ns) Taille des tableaux 1k : RK2, Λ2,1 2k : RK2, Λ2,1 1k : RK4, Λ2,1 2k : RK4, Λ2,1 1k : RK2, Λ8,4 2k : RK2, Λ8,4 1k : RK4, Λ8,4 2k : RK4, Λ8,4 Figure 5.20. – Performances globales de la méthode pour un transport de scalaire 2D Copie Transposition XY Hôte Advection Remaillage Advection et remaillage 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1024 2 2048 2 4096 2 6144 2 1024 2 2048 2 1024 2 2048 2 4096 2 6144 2 1024 2 2048 2 1024 2 2048 2 4096 2 6144 2 1024 2 2048 2 1024 2 2048 2 4096 2 6144 2 1024 2 2048 2 RK2, Λ2,1 RK4, Λ2,1 RK2, Λ8,4 RK4, Λ8,4 X Y % du temps de calcul Taille des problèmes Figure 5.21. – Répartition du temps de calcul des différentes fonctions pour un transport de scalaire 2D 1105.3. Application simple GPU 5.3.2. Transport de scalaire 3D Une application similaire est réalisée en 3D. Le scalaire est initialisé comme la fonction caractéristique d’une sphère de centre (0, 35; 0, 35; 0, 35) et de rayon 0,15. Le champ de vitesse, correspondant à une rotation incompressible, est défini par : a(x, y, z, t) =   2 sin2 (πx) sin(2πy) sin(2πz) − sin(2πx) sin2 (πy) sin(2πz) − sin(2πx) sin(2πy) sin2 (πz)   (5.10) Nous nous intéressons ici à l’évolution de la surface de niveau 0,5 au cours du temps qui est soumise à une déformation de plus en plus forte. Nous comparons les effets des différentes formules de remaillage à travers l’évolution du volume représenté par cette surface. La figure 5.22 représente la surface de niveau 0,5 à l’instant t = 4, pour deux formules de remaillage différentes. L’utilisation d’une formule d’ordre plus élevé, sur la figure 5.22b, retarde l’apparition de « trous » ainsi que leur disparition comparativement à l’utilisation de la formule Λ2,1, sur la figure 5.22a. (a) Remaillage par Λ2,1 (b) Remaillage par Λ8,4 Figure 5.22. – Exemple de transport de fonction levelset en 3D L’évolution du volume délimité par la surface de niveau 0,5 est donnée en fonction du temps pour quelques noyaux de remaillage sur la figure 5.23. Ainsi, les formules d’ordre élevé préservent mieux le volume ce qui est conforme à l’observation des figures 5.22. Ces simulations ont été réalisées pour une constante LCFL égale à 0,35 et pour une résolution de 3203 . Cela équivaut à une CFL de 17,8. Les temps de calcul pour cette simulation sont donnés sur les figures 5.24 en fonction de la taille du problème pour différentes formules de remaillage dans les cas simple échelle et multiéchelle. Les temps de calculs sont indépendants de la taille du problème et sont de l’ordre de 1 à 2 ns, excepté pour les petites tailles non significatives. Comme pour le cas 2D, seules les formules de remaillage Λ2,1 et Λ8,4 sont représentées, les autres se répartissent sur des temps de calculs intermédiaires. Là encore, la version avec un seul noyau de calcul pour l’advection et le remaillage donne de meilleurs temps de calcul. Contrairement au 1115. Mise en œuvre sur cartes graphiques 0.0105 0.011 0.0115 0.012 0.0125 0.013 0.0135 0.014 0.0145 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 75 80 85 90 95 100 Volume % du volume initial Temps Volume initial Λ2,1 Λ4,2 Λ6,4 Λ8,4 Figure 5.23. – Évolution du volume défini par le niveau 0,5 d’une fonction levelset cas 2D, cette version permet de traiter des résolutions plus grandes car l’empreinte en mémoire globale est plus faible et la mémoire partagée n’est pas limitante. Ainsi la résolution maximale en simple échelle est de 4483 mais il est possible de traiter une résolution de 5123 pour le scalaire lorsque la résolution de la vitesse est inférieure à 3843 . Copie Transposition XY Transposition XZ Hôte Advection Remaillage Advection et remaillage 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 128 3 256 3 128 3 256 3 128 3 256 3 128 3 256 3 Λ2,1 Λ8,4 % du temps de calcul Taille des problèmes (a) Simple échelle 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 128 3 256 3 512 3 128 3 256 3 512 3 128 3 256 3 512 3 128 3 256 3 512 3 Λ2,1 Λ8,4 % du temps de calcul Taille des problèmes (b) Multiéchelle (Nu = 43Na) Figure 5.25. – Temps de calcul des différentes fonctions pour un transport de scalaire 3D 1125.3. Application simple GPU 1k : RK2, Λ2,1 2k : RK2, Λ2,1 1k : RK4, Λ2,1 2k : RK4, Λ2,1 1k : RK2, Λ8,4 2k : RK2, Λ8,4 1k : RK4, Λ8,4 2k : RK4, Λ8,4 2 4 8 1 10 643 1283 2563 3843 5123 Temps de calcul par particule (ns) Taille des tableaux (a) Simple échelle 2 4 8 1 10 643 1283 2563 3843 5123 Temps de calcul par particule (ns) Taille des tableaux (b) Multiéchelle (Nu = 43Na) Figure 5.24. – Performances globales de la méthode pour un transport de scalaire 3D Comme pour le cas 2D, nous donnons, sur la figure 5.25, les répartitions du temps de calcul à travers les différentes fonctions de la méthode. Les contributions issues des différentes directions de splitting sont différenciées par les nuances de couleurs. Comme pour le cas 2D, les directions X, Y et Z se partagent le temps de calcul total et en occupent respectivement les 2/5, 2/5 et 1/5. Les deux premières sont traitées deux fois sur des demi pas de temps. Les opérations d’initialisation occupent entre 15 et 30% du temps de calcul. Conclusion Dans ce chapitre, nous avons présenté une implémentation spécifique aux architectures multicœurs telle que les cartes graphiques de la méthode semi-Lagrangienne. La straté- gie d’implémentation a été élaborée en se basant sur les études similaires existantes. Les différentes fonctions de la méthode ont été étudiées à travers leurs performances respectivement à des optimisations génériques basées sur les caractéristiques techniques des cartes graphiques. Ces optimisation peuvent également conduire à de bonnes performances sur d’autres cartes que celle présentée ici. Les performances individuelles des noyaux d’initialisation, comme fonctions de manipulation de données, atteignent jusqu’à 73% de la bande passante maximale pour la copie. Les transpositions permettent d’obtenir une bande passante respectivement de 64%, 71% et 63% pour la transposition XY en 2D et 3D et pour la transposition XZ. Ces performances sont assez satisfaisantes en comparaison avec celles obtenues pour la copie. En effet, les bandes passantes atteintes pour les transpositions sont supérieures à 86% de celle de la meilleure 1135. Mise en œuvre sur cartes graphiques copie. Comme pour les noyaux d’initialisation, les performances des noyaux de calcul sont fortement dépendantes des tailles de tableaux traitées. Pour les tailles les plus adaptées, les puissances de calcul développées par les noyaux d’advection dans le modèle roofline sont supérieures 50% de la puissance maximale atteignable et légèrement inférieures dans les cas multiéchelle. L’augmentation de l’ordre des formules de remaillage implique une augmentation de puissance de calcul des kernels de remaillage pour obtenir des performances proches de 50% de la puissance maximale. Pour ce qui est des noyaux réalisant les opérations d’advection et de remaillage en une seule passe, les performances se situent au voisinage de 20% de la puissance maximale. Toutefois, ces noyaux montrent un temps de calcul global géné- ralement meilleur que lorsque deux noyaux séparés sont employés. La quantité de mémoire partagée requise par ce noyau interdit son usage pour les grandes tailles en 2D. Au contraire, en 3D, ce noyau permet de traiter de plus grandes résolutions du fait de l’utilisation d’une plus faible quantité de mémoire globale. Par conséquent, il est préférable d’utiliser la version en deux noyaux pour les simulations 2D du fait de la limitation en mémoire partagée. De même, le noyau complet est mieux adapté aux problèmes 3D car il permet de diminuer l’empreinte en mémoire globale. Enfin, les deux exemples de transport de fonction levelset proposent une validation qualitative de la méthode. Bien que ces résultats soient obtenus sur une machine de calcul, des expériences conduisant à l’obtention de performances similaires sont menées sur des machines de bureau ou portables, montrant ainsi la portabilité de notre implémentation. Toutefois, nous ne présentons pas ces résultats dans ce manuscrit par souci de simplification car ces machines sont dotées de cartes d’anciennes générations n’offrant pas les même facilités de développement. De plus les cartes sont utilisées par les systèmes d’exploitation pour l’affichage à l’écran. Sur ces configurations, le calcul est en concurrence avec l’affichage pour l’utilisation des ressources, ce qui donne lieu à des variations de performances non reproductibles et pouvant être importantes. 1146. Implémentation sur architectures hétérogènes Nous avons vu dans le chapitre 5 que la méthode semi-Lagrangienne, telle que présentée au chapitre 2 avec splitting dimensionnel et formules de remaillage d’ordre élevé, est bien adaptée pour tirer profit de l’architecture des cartes graphiques. En effet, l’analyse des performances dans un modèle roofline montre des puissances de calcul généralement supérieures à 50% de la puissance maximale atteignable. Les temps de calculs ainsi obtenus sont assez faibles et incitent à passer à l’échelle avec une exécution parallèle sur plusieurs cartes graphiques. L’objectif de ce chapitre est de réaliser des simulations de transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent tel que décrit dans le chapitre 1. La stratégie de résolution, exposée dans le chapitre 3, vise à exploiter les différentes ressources des machines de calcul hétérogène en réalisant le calcul du fluide sur des architectures multi-CPU et le transport du scalaire sur plusieurs GPU. La conception de la librairie, détaillée au chapitre 4, facilite l’intégration des méthodes de résolution des autres éléments des équations du problème complet de transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent tels que les termes de d’étirement, de diffusion et l’équation de poisson. Dans un premier temps, nous détaillerons l’architecture hétérogène considérée ainsi que les différentes stratégies de parallélisme usuelles. Notre approche se base sur l’exploitation de toutes les ressources de calcul disponibles en maximisant leur occupation. Cela se traduit par l’emploi combiné de parallélismes à mémoire distribuée et partagée. Dans un second temps, nous détaillerons l’adaptation de la méthode à la résolution d’un problème de transport de scalaire sur une architecture multi-GPU. L’accent sera mis sur l’analyse des performances des communications entre les cartes à travers l’illustration sur l’exemple de transport de fonction levelset 3D du chapitre 5. Enfin, nous présenterons la méthode de résolution pour l’application au transport turbulent de scalaire passif à travers un exemple d’application à la simulation d’un jet plan turbulent. 1156. Implémentation sur architectures hétérogènes 6.1. Lien entre la méthode et l’architecture hybride 6.1.1. Description d’une machine hybride Comme nous l’avons évoqué dans le chapitre 1, les machines de calcul parallèles actuelles sont caractérisées par des architectures hétérogènes regroupant de nombreux processeurs multicœurs et accélérateurs. Généralement, elles présentent une organisation hiérarchique de leurs composants. Une machine de calcul est constituée d’un ensemble de nœuds connectés par un réseau local à très haut débit permettant des vitesses de transfert de plusieurs dizaines de GByte/s. Un nœud de calcul possède les mêmes caractéristiques qu’un ordinateur personnel utilisé comme serveur. Ainsi, il est constitué, au minimum, d’un processeur, de mémoire vive et d’un espace disque. Ces ressources sont gérées par un système d’exploitation qui lui est propre. Les composants présents sur un nœud varient d’une machine à l’autre et éventuellement d’un type de nœud à l’autre sur une même machine. De manière générale, ils contiennent plusieurs processeurs multicœurs et éventuellement des accélérateurs tels que les cartes graphiques ou des coprocesseurs. Un exemple d’une telle architecture est donnée en figure 6.1 où les nœuds sont connectés à travers le même réseau et certains contiennent des accélérateurs. Cœur CPU CPU multicœur Mémoire vive Accélérateur Réseau local Nœud Figure 6.1. – Exemple d’architecture hybride Dans la suite de ce chapitre, nous utilisons la machine de calcul Froggy du mésocentre CIMENT 1 qui possède notamment sept nœuds contenant chacun deux processeurs octocœurs Intel Sandy Bridge EP E5-2670 partageant 32 GByte de mémoire vive et deux cartes graphiques Nvidia K20m. 1. http://ciment.ujf-grenoble.fr 1166.1. Lien entre la méthode et l’architecture hybride 6.1.2. Différents niveaux de parallélisme Parmi les paradigmes de programmation parallèle usuels, le parallélisme de données et le parallélisme par tâches se distinguent par l’organisation des calculs par rapport aux données à traiter (Dongarra et al., 2003). Dans le premier, on réalise l’exécution simultanée de tâches identiques sur des données différentes. En revanche, le second consiste en l’exécution simultanée de tâches différentes sur des données identiques ou non. Ces deux approches sont couramment employées pour l’exploitation de machines de calcul parallèles hétérogènes, à travers l’utilisation des librairies telles que MPI et OpenMP. Différentes techniques sont à considérer pour la mise en œuvre de ces paradigmes selon la nature de la mémoire, partagée ou distribuée. La littérature étant abondante sur le sujet, dans cette section nous ne donnerons que quelques éléments concernant l’implémentation de ces paradigmes. Au sein d’un nœud, la mémoire est partagée par l’ensemble des cœurs des processeurs. Dans ce contexte, les taches sont distribuées sur l’ensemble des cœurs physiques à l’aide d’une librairie telle que OpenMP. Ce paradigme permet l’exploitation, au maximum, de l’ensemble des cœurs CPU d’un seul nœud car les données manipulées doivent être référencées dans le même espace d’adressage En complément de cette stratégie se trouve le parallélisme par envoi de message tel que proposé par le standard MPI. Il permet de réaliser des communications d’un processus à un autre dans un contexte de mémoire distribuée. Dans le cas général, il n’est pas possible à un processus de lire ou d’écrire dans une zone mémoire attribuée à un autre processus. Le principe de ce paradigme est que les données à transmettre sont empaquetées dans un message qui est envoyé au processus destinataire à travers le réseau de la machine. Une gestion fine de l’envoi et de la réception de ces messages est nécessaire afin que les données soient correctement traitées, éventuellement par l’utilisation de zones mémoires temporaires. Une très grande précision des communications est possible à travers l’utilisation des nombreuses variantes proposées par la librairie telles que, entre autres, les communications point à point ou globales ainsi que leurs versions bloquantes ou non. Ce paradigme s’utilise dans un environnement à mémoire distribuée mais fonctionne également avec une mémoire partagée. Une implémentation hybride associe plusieurs stratégies de parallélisme pour exploiter au mieux une architecture donnée. Ainsi, sans tenir compte des accélérateurs dans un premier temps, les utilisations courantes suivent deux stratégies distinctes pour l’exploitation de l’ensemble des cœurs CPU d’une machine. L’intégration d’une librairie d’envoi de message permet une utilisation d’un ensemble de processeurs multicœurs de plusieurs nœuds d’une machine. Ce fonctionnement se base sur fait que les librairies d’envoi de message, comme MPI, sont utilisables dans un contexte mixte de mémoire partagée et distante. Cependant, l’intégration d’un tel parallélisme implique généralement d’importants changements dans le code. Une réécriture de certaines parties est nécessaire lorsque l’utilisation de ce paradigme n’a pas été prévue à la conception. La seconde stratégie consiste combiner des paradigmes spécifiques à un environnement à mémoire partagée et à mémoire distribuée. Une approche basée sur les librairies MPI et OpenMP est couramment utilisée. Ces deux stratégies que l’on notera respectivement MPI et MPI+OpenMP permettent d’utiliser l’ensemble des cœurs CPU d’une machine de calcul. La principale différence est que la mé- moire partagée par les processus d’un même nœud est gérée par un parallélisme spécifique dans le cas MPI+OpenMP, ce qui permet une plus grande finesse d’optimisation et donc 1176. Implémentation sur architectures hétérogènes potentiellement l’obtention de meilleures performances. En revanche, le développement et le débogage sont généralement plus complexes. L’ensemble des processus déployés sur les cœurs physiques des nœuds peuvent ne pas réaliser des opérations similaires sur des données différentes. Un paradigme de parallélisme par tâches permet d’affecter des ensembles de processus à différentes tâches. Dans ce cas, au sein d’un même groupe, une tâche est traitée de manière collaborative. En revanche, deux processus associés à deux tâches distinctes sont amenés à exécuter des instructions totalement différentes. Toutefois, des communications sont généralement nécessaires pour échanger des données entre les processus des différentes tâches lorsqu’elles ne sont pas totalement indépendantes. L’exploitation des cartes graphiques comme accélérateurs se réalise de manière identique au cas d’une utilisation exclusive de l’accélérateur, comme présentée au chapitre 5. Un processus peut exploiter un accélérateur à l’aide des différentes techniques telles que CUDA ou OpenCL. Les cartes graphiques récentes sont capables de gérer l’exécution d’un ensemble de tâches provenant de plusieurs processus. Par conséquent, tous les processus placés sur un même nœud peuvent exploiter une même carte graphique. De même, dans le cas où plusieurs cartes sont présentes, un même processus peut utiliser simultanément l’ensemble des cartes graphiques. Ainsi, les machines hybrides doivent être exploitées en utilisant à la fois un parallélisme à mémoire distribuée, à mémoire partagée ainsi que des accélérateurs. On complète les notations précédentes par MPI+OpenCL ou MPI+OpenMP+OpenCL si OpenCL est utilisé sur les accélérateurs. 6.1.3. Stratégie d’utilisation La stratégie que nous employons dans ce travail se limite à une exploitation des processeurs multicœurs à l’aide du seul niveau de parallélisme par envoi de message. Cette approche, complétée par l’utilisation de la librairie OpenCL, nous permet de traiter à la fois les cas multi-GPU et hétérogènes. En effet, pour une exploitation de plusieurs cartes graphiques, il est nécessaire de placer un processus par nœud pour exploiter l’ensemble des cartes du nœud. Ces différents processus, se situent nécessairement dans un environnement à mémoire distribuée, d’où le choix de l’utilisation de MPI pour la gestion du parallélisme des processus hôtes. En pratique, dans notre implémentation, chaque GPU n’est géré que par un et un seul processus hôte. En effet, des études préliminaires ont montré une dégradation des performances lorsque plusieurs processus exploitent la même carte graphique de manière concurrente comparativement au cas où une carte est associée à un processus. Ce phénomène est en partie dû au fait que notre implémentation est plus efficace pour traiter de grandes tâches comparativement au traitement de plusieurs tâches plus petites. D’autre part, il nous semble plus avantageux de ne pas exploiter plusieurs cartes à partir du même processus hôte car le découpage des tâches est déjà réalisé au niveau des différents processus hôtes. Il apparaît donc inutile d’ajouter un second niveau de découpage interne au processus. Ainsi, l’exploitation de n cartes graphiques est obtenue par le placement de n processus MPI répartis sur l’ensemble des nœuds contenant les cartes. 1186.2. Application multi-GPU L’inconvénient majeur de cette stratégie est qu’un nœud de calcul dispose généralement d’un plus grand nombre de cœurs CPU que de cartes graphiques. Dans l’exemple de la machine Froggy, le rapport est de 8. Lors d’une utilisation multi-GPU, de nombreux cœurs CPU sont inutilisés. L’approche que nous proposons dans la section 6.3 à travers la mise en œuvre de la méthode hybride nous permettra d’explorer une solution à ce problème d’occupation. La suite de ce chapitre est consacrée à la mise en œuvre de cette stratégie dans un cadre multi-GPU puis hybride multi-CPU et multi-GPU. 6.2. Application multi-GPU 6.2.1. Mécanisme de communication La résolution de l’équation de transport sur plusieurs cartes graphiques nécessite des communications entre ces GPU. À chaque carte est associée une partie du domaine de calcul. Ainsi, le domaine de calcul est séparé le long de plans orthogonaux à une direction de découpe. Nous appelons direction de découpe une direction dont le traitement nécessite des communications. Le principal avantage de ce découpage est de conserver une méthode de résolution identique au cas simple GPU lors du traitement des directions de l’espace autres que celles de découpe. Dans ces dernières, les données correspondant aux sous-problèmes 1D sont distribuées sur plusieurs cartes ce qui implique des communications entre ces cartes. Nous distinguons alors les données locales calculées par une carte et les données non locales qui sont calculées par une autre carte et qui doivent être transférées. Deux communications sont nécessaires : une pour l’étape d’advection et l’autre pour le remaillage. Pour l’advection, les interpolations du champ de vitesse nécessaires au calcul des positions des particules sont faites sur des données non locales pour les particules ayant quitté le domaine. Ces données devront être transférées au préalable depuis les cartes voisines. La quantité de ces données dépend directement du champ de vitesse lui-même. Toutefois, une majoration de leur taille est possible à partir du nombre CFL maximal. En effet, ce dernier correspond au nombre maximal de cellules traversées par les particules en une itération. Une particule au bord du domaine n’aura pas besoin de plus de données distantes qu’elle ne peut traverser de cellules. Cet algorithme est schématisé sur la figure 6.2a. De la même manière, lors du remaillage, la taille des zones de communications dépend du nombre CFL maximal ainsi que de la largeur du support de la formule de remaillage employée. Lors du calcul, le domaine local est bordé par des zones mémoire qui représentent les points de grille voisins distants et récupèrent les contributions des particules sur ces points. Ces derniers sont parfois appelés points fantômes ou ghosts. Les données de ces zones sont ensuite envoyées aux processus voisins puis ajoutées aux données locales. L’adaptation de cet algorithme est schématisé sur la figure 6.2b. Les communications se font exclusivement avec les processus voisins dans la direction de calcul. Dans les deux algorithmes, une utilisation de la mémoire partagée comme un cache similaire au cas simple GPU est employée pour les données du champ de vitesse non local ainsi que pour les points de grille exté- rieurs. Les échanges de données à l’issue du remaillage se caractérisent par un ajout des 1196. Implémentation sur architectures hétérogènes valeurs distantes du scalaire aux valeurs locales, alors que pour le champ de vitesse, il s’agit simplement d’une copie des données qui sont utilisées en lecture uniquement. GPUn GP Un−1 GPUn+1 Intégration Interpolations Vitesse (grille) Mémoire partagée Position (particules) Copies de données Utilisation des données Communication inter-GPU Données non locales (a) Advection GPUn GPUn−1 GPUn+1 Scalaire (particules) Position (particules) Scalaire (grille) Mémoire partagée += += += += Λp,r Copies de données Utilisation des données Communication inter-GPU Données non locales (b) Remaillage Figure 6.2. – Adaptation des algorithmes d’advection et remaillage au cas multi-GPU Ces communications inter-GPU consistent en des échanges de données entre les mé- moires globales des cartes graphiques. Généralement, les implémentations MPI ne sont pas capables de lire et écrire des données directement dans la mémoire des cartes sans faire intervenir l’hôte. Toutefois, certaines implémentations spécifiques telles que MPI-ACC (Aji et al., 2012) ou MVAPICH (Wang et al., 2011) permettent de réaliser des envois de messages directement de la mémoire d’une carte à l’autre. Dans cette dernière, les transferts utilisent les technologies telles que proposées par les versions récentes de CUDA sur les cartes Nvidia (GPUDirect). La librairie MVAPICH est disponible au téléchargement 2 mais ne permet qu’une exploitation des seules cartes NVIDIA et, à notre connaissance, la librairie générique MPI-ACC n’a pas été encore distribuée. Ces travaux font état de gains en termes de per- 2. http ://mvapich.cse.ohio-state.edu/downloads/ 1206.2. Application multi-GPU formances des communications pouvant atteindre 30% par rapport à des transferts naïfs. En l’absence de telles librairies, la méthode naïve consiste en une succession de transferts depuis la mémoire globale de la carte vers le CPU, entre les CPU hôtes et enfin du CPU vers la mémoire de la carte de destination. Ce mécanisme est illustré sur la figure 6.3 par l’enchaînement des flèches vertes et bleues. Réseau local host - device MPI GPU-aware MPI Figure 6.3. – Schémas de communications inter-GPU Les résultats de cette thèse sont obtenus à l’aide de transferts naïfs combinant explicitement un usage des fonctions OpenCL pour les transferts entre les cartes et les CPU hôtes ainsi que des envois de message MPI entre CPU. Nous précisons que l’utilisation technologies spécifiques aux cartes Nvidia n’a pas encore été intégré au standard OpenCL. De manière générale, ces transferts peuvent être optimisés par un découpage des données en blocs dont les envois sont traités en chaîne (Aji et al., 2013), comme illustré par la fi- gure 6.4. Ainsi, le message original est traité par un ensemble d’envois de plus petite taille permettant un recouvrement des opérations. La taille des blocs est un des paramètres qui doit être ajusté en fonction du matériel utilisé (PCIe et réseau). Transfert manuel GPU vers CPU MPI CPU vers GPU Transfert par blocs en chaîne temps Figure 6.4. – Optimisation des communications inter-GPU 6.2.2. Performances Les performances de cette implémentation dans un contexte multi-GPU sont étudiées à travers l’exemple de transport de fonction levelset 3D présenté en section 5.3.2. Des études de scalabilité, dont le principe a été introduit en section 1.2.2, permettent d’observer l’évolution du temps de calcul face à l’augmentation du volume total de communication induite par l’augmentation du nombre de ressources utilisées. La scalabilité forte d’un code démontre sa capacité à traiter un problème plus rapidement lorsque le nombre de 1216. Implémentation sur architectures hétérogènes ressources augmente. Idéalement, on attend que le temps de calcul soit réduit d’un facteur n lorsque les ressources sont augmentées d’un facteur n. Cette étude n’est pas adaptée à notre implémentation multi-GPU car elle conduit à la résolution de problèmes de tailles de plus en plus petite à mesure que le nombre de cartes utilisées augmente. Dans ce type d’étude, la taille du problème total est fixée et doit pouvoir être traitée par un seul GPU. De plus, comme nous avons vu dans le chapitre précédent, les meilleures performances sont obtenues lorsque le problème traité sur un GPU est suffisamment grand. Une étude de scalabilité faible est préférable dans ce contexte. Elle conduit à l’étude de l’évolution du temps de calcul lorsque le nombre de ressources augmente en conservant une charge de travail par GPU constante. Ainsi, en partant d’une taille de problème compatible avec les caractéristiques d’une carte graphique, l’influence des communications est directement mesurée. Les résultats de scalabilité, présentés sur la figure 6.5, sont obtenus en en utilisant un schéma RK2 et une formule de remaillage Λ6,4 pour résoudre des problèmes de taille (NX, NY , nNZ) où n est le nombre de GPU employés. Ainsi, chaque GPU est chargé d’un problème de taille (NX, NY , NZ). Nous ne considérons ici qu’une seule direction de découpe, dans la direction Z. La figure 6.5 représente l’évolution de la scalabilité en fonction du nombre de cartes graphiques utilisées. Deux cas sont considérés : le premier est une résolution identique de 2563 points de grille par GPU pour la vitesse et le scalaire. Le second est un cas multiéchelle où la vitesse est connue sur une grille de taille 1283 alors que le scalaire est résolu sur 5123 points. Les oscillations qui apparaissent pour les cas à 2563 par GPU sont dues à la distance variable entre deux cartes voisines. En effet, les communications au sein d’un même nœud sont plus rapides que d’un nœud à l’autre. En pratique, lorsqu’un GPU est ajouté à un nombre impair, on ajoute la seconde carte du dernier nœud à l’ensemble des cartes utilisées. Dans ce cas, les communications supplémentaires sont réalisées entre les deux cartes du même nœud, ce qui conduit à une amélioration de la scalabilité. La perte importante de scalabilité entre 1 et 2 GPU provient de l’absence totale de communications dans le cas 1 GPU ainsi que du manque d’optimisation des cas multi-GPU. Comme nous l’avons évoqué précédemment, leur taille dépend du nombre CFL de la simulation. Pour les cas Na = Nu = 2563 , le nombre CFL maximal est égal à 8 et implique des communications de taille 8×2562 éléments par voisins pour le champ de vitesse et le scalaire. Dans le cas multiéchelle Na = 1283 et Nu = 5123 , le pas de temps est identique et les tailles de communications par voisins sont de 4 × 1283 et 15 × 5123 respectivement pour la vitesse et le scalaire. D’autre part, dans l’état actuel du code, nous n’avons pas encore mis en place de stratégies de recouvrement des communications par des calculs, ce qui implique que les temps de calculs sont augmentés de la totalité des temps de communications. Ainsi la scalabilité du cas 2 GPU par rapport au cas 1 GPU est assez faible car elle revient à comparer les temps de communications à un cas sans aucune communication. Toutefois, la scalabilité par rapport au cas utilisant 2 GPU est satisfaisante car supérieure à 0.85 jusqu’à 12 GPU. La version avec un seul kernel donne des résultats similaires à celle avec deux kernels séparés avec des temps de calcul inférieurs de 3%. D’autre part, la chute de scalabilité entre 1 et 2 GPU peut être atténuée en diminuant le volume de communications par une réduction du pas de temps. La répartition du temps de calcul pour quelques cas tirés de l’étude précédente est représentée sur la figure 6.6. Elle donne la répartition du temps de calcul global d’une 1226.2. Application multi-GPU 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 2 2(N a , N u ) 4 4(N a , N u ) 6 6(N a , Nu ) 8 8(N a , N u ) 10 10(N a , Nu ) 12 12(N a , Nu ) Scalabilité : ˜S = T(1) 1 /Tn Nombre de GPU / Taille du problème 2 kernels, N a = N u = 2563 2 kernels, N a = 1283 , Nu = 5123 1 kernel, N a = N u = 2563 1 kernel, N a = 1283 , Nu = 5123 Figure 6.5. – Performances du transport de scalaire 3D multi-GPU itération entre les différentes directions. Comme annoncé précédemment, les temps de calcul issus des communications dans la direction Z apparaissent comme ajoutés au temps de calcul obtenu sans communications et sont inclus dans la partie associée à l’hôte pour cette direction. Ainsi, seul le temps de communication varie avec le nombre de GPU et les temps d’exécutions des kernels restent constants. Nous détaillons sur la figure 6.7a les éléments constituant la direction Z en distinguant les kernels OpenCL pour l’initialisation, les kernels d’advection et de remaillage ainsi que les étapes de transferts de données. Les communications entre CPU sont notées MPI et celles entre les cartes et les hôtes sont notées D→H ou H→D selon le sens de transfert. Enfin, l’étape d’ajout des contributions provenant des processus voisins est notée += et est effectuée par l’hôte de chaque carte. Les dépendances entre toutes ces étapes sont représentées sur la figure 6.8. Cette représentation de l’enchaînement des différentes étapes lors du traitement d’une direction de découpe montre que certaines peuvent être réalisées simultanément. En effet, l’initialisation des particules est indépendante du transfert des données du champ de vitesse. De même, la copie des données du scalaire correspondant à une partie du domaine local est indépendante des communications des contributions pour les domaines voisins. Le parallélisme par tâches OpenCL permet de démarrer ces opérations sans en attendre la complétion. Les détails du profilage des temps de calculs pour la figure 6.7a sont réalisés en forçant une synchronisation explicite des tâches permettant leur comparaison. Comme le montre la figure 6.7a, les étapes de calculs ne suffisent pas à couvrir les communications. La figure 6.7b illustre cette remarque en reprenant la figure 6.7a avec un code de couleur indiquant les étapes de calcul et celles de communication. Ces résultats suggèrent la nécessité d’une réduction des temps de communications. Une optimisation 1236. Implémentation sur architectures hétérogènes 8 4 2 1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 Nombre de GPU Simple échelle : N a = N u = 2563 Initialisation X Calcul X Host X Initialisation Y Calcul Y Host Y Initialisation Z Calcul Z Host Z 8 4 2 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Nombre de GPU Temps de calcul par itération (s) Multiéchelle : N a = 1283 , Nu = 5123 Figure 6.6. – Temps de calcul par itération envisageable consiste à améliorer les temps de transfert entre GPU en utilisant, par exemple, un traitement par blocs en chaîne. Après cette première optimisation, une stratégie de recouvrement des communications par les calculs pourra être envisagée. En particulier, les étapes de calculs peuvent être séparées en deux parties à l’issue d’un redécoupage du domaine local. Une première partie entièrement locale, ne nécessitant pas l’usage de données distantes, peut s’exécuter pendant les communications. La seconde partie consiste à traiter le reste du domaine à l’aide des données transférées. L’optimisation des communications ainsi que leur recouvrement constituent une des perspectives immédiates de ce travail. Les résultats présentés ici sont réalisés uniquement dans le cas d’une seule direction de découpe, par plans XY . L’implémentation que nous proposons ne se restreint pas à cette approche et permet notamment de considérer une découpe dans autre direction ainsi que dans plusieurs directions. Cette dernière est utile essentiellement dans les cas où un grand nombre de cartes graphiques est employé afin de réduire les disparités de nombre de points des domaines locaux. Par exemple, pour la résolution d’un problème global de taille (NX, NY , NZ) sur n cartes graphiques la résolution des domaines locaux est égale à (NX, NY , NZ/n) dans le cas d’une découpe dans la direction Z. Elle passe à (NX, NY /n1, NZ/n2), avec n = n1n2 pour une découpe dans les directions Y et Z. L’avantage est de conduire à des résolutions plus grandes dans les directions de découpes que dans le premier cas. En revanche un plus grand nombre de communication est nécessaire. Les configurations considérées dans ce manuscrit ne nécessitent pas l’utilisation d’un découpage dans plusieurs directions car le nombre de cartes graphiques reste relativement faible. Cette implémentation multi-GPU pour le transport de scalaire peut être employée en parallèle d’une résolution CPU de l’écoulement pour la simulation du problème complet. 1246.2. Application multi-GPU 8 4 2 1 Nombre de GPU N a = 1283 , Nu = 5123 Transposition XZ (kernel) Advection (kernel) Remaillage (kernel) Advec. et Remail. (kernel) Advection D→H Advection MPI Advection H→D Remaillage D→H Remaillage D→H local Remaillage MPI Remaillage += (hôte) Remaillage H→D local 8 4 2 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Nombre de GPU Proportion de la direction Z (% du temps de calcul) N a = N u = 2563 (a) Étapes de l’algorithme 8 4 2 1 Nombre de GPU N a = 1283 , Nu = 5123 Communications H↔D Communications MPI Calcul 8 4 2 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Nombre de GPU Proportion de la direction Z (% du temps de calcul) N a = N u = 2563 (b) Calculs et communications Figure 6.7. – Profilage de la direction de découpe 1256. Implémentation sur architectures hétérogènes Initialisation Vitesse D→H Vitesse MPI Vitesse H→D Advection Remaillage Scalaire local D→H Scalaire D→H Scalaire MPI Scalaire += Scalaire local H→D Figure 6.8. – Dépendances des étapes de communication multi-GPU 6.3. Transport turbulent d’un scalaire passif 6.3.1. Application hybride Le problème que nous considérons dans cette partie est le transport de scalaire passif dans un jet plan turbulent tridimensionnel, tel que présenté par Magni et al. (2012). Le domaine de calcul est une boite unitaire périodique [0; 1]3 . Le problème est modélisé par le couplage entre les équations de Navier-Stokes, en formulation vitesse vorticité, et d’une équation de transport du scalaire θ, rappelé ci-après :    div u = 0, ω = rotu, Dω Dt =  ∂ω ∂t + (u · ∇) ω  = (ω · ∇)u + ν∆u, Dθ Dt = ∂θ ∂t + (u · ∇)θ = κ∆θ. (6.1) L’écoulement est constitué d’un jet plan, modélisé par un champ de vitesse initialement nul dans tout le domaine excepté dans une région d’épaisseur w le long d’un plan XZ. Le champ de vitesse initial est perturbé par un champ aléatoire P de magnitude 0,05. Le scalaire passif est initialisé de la même manière que le champ de vitesse. Les valeurs initiales du champ de vitesse et du scalaire sont données par les expressions : θ(x, y, z) = (1 + 0.3 sin(8πx))  1 + tanh  0.1 − 2|y − 0.5| 4w  /2 (6.2) u X(x, y, z) = θ(x, y, z)P X, u Y (x, y, z) = P Y u Z (x, y, z) = P Z (6.3) La condition initiale du champ de vitesse est représentée en figure 6.9 pour la composante u X. L’écoulement se développe dans le plan du jet, dans la direction X. Les perturbations provoquent l’établissement d’un régime turbulent qui se traduit par l’évolution tridimensionnelle de l’écoulement. Le scalaire est ainsi transporté dans tout le domaine. L’écoulement est caractérisé par la largeur du jet w = 0.1, ce qui donne un nombre de Reynolds égal à 103 pour une viscosité ν = 10−4 . Différentes valeurs de nombre de Schmidt 1266.3. Transport turbulent d’un scalaire passif Figure 6.9. – Champ de vitesse initial, composante u X 1276. Implémentation sur architectures hétérogènes seront considérées en fonction du rapport d’échelle entre les grilles de résolutions du fluide et du scalaire. En effet, comme nous l’avons décrit au chapitre 1, le rapport des échelles de dissipation d’énergie est lié au nombre de Schmidt : ηκ √ Sc = ην, avec Sc = ν/κ où ν est la viscosité du fluide et κ la diffusivité du scalaire. Ces différentes échelles sont prises en compte par la résolution des discrétisations des variables. Le champ de vitesse est résolu sur une grille plus grossière que celle du scalaire. Nous rappelons que la méthode numérique hybride employée pour résoudre ces problèmes consiste en l’utilisation d’une méthode semi-Lagrangienne pour le transport du scalaire et de différences finies pour sa diffusion. L’écoulement est résolu en employant une méthode semi-Lagrangienne pour le transport de vorticité, des différences finies pour le terme d’étirement et une méthode spectrale pour la diffusion de vorticité. L’équation de Poisson pour le calcul du champ de vitesse est également résolue par une méthode spectrale. 6.3.2. Exploitation d’une machine hétérogène Comme nous l’avons évoqué précédemment, le transport du scalaire et le fluide sont suffisamment indépendants pour être résolus simultanément sur différents matériels. En effet, le couplage de ces sous-problèmes consiste simplement en une communication du champ de vitesse en début d’itération de la partie fluide vers le transport. Pour l’exemple de l’utilisation de la machine Froggy présentée en section 6.1, nous utilisons n GPU et les n cœurs CPU hôtes associés pour résoudre le transport du scalaire ainsi que les 7n cœurs CPU disponibles sur les nœuds pour calculer le champ de vitesse de l’écoulement. Cette distribution des tâches est représentée sur la figure 6.10. Réseau local Transport Navier-Stokes Figure 6.10. – Distribution des tâches pour l’application hybride En pratique, nous introduisons une notion de parallélisme par tâche. Les différents processus MPI sont associés à une tâche à travers un découpage du communicateur global. Une synchronisation globale est effectuée à l’occasion de la communication du champ de vitesse. Dans cette exemple, deux tâches sont définies : une pour l’écoulement et l’autre pour le transport. Pour simplifier la distribution des tâches sur l’ensemble des processus, la résolution globale du scalaire doit être un multiple de n. De même, les résolutions de la vitesse et de la vorticité doivent être égales et multiples du nombre de cœurs CPU associés à leur calcul. D’autre part, les opérations de FFT du solveur spectral donnent de meilleures performances pour des résolutions multiples d’une puissance de 2. Ainsi, sauf 1286.3. Transport turbulent d’un scalaire passif mention contraire, la résolution du fluide sera égale à un multiple de 4n et seulement 4 des 7 cœurs seront utilisés. 6.3.3. Résultats et performances L’évolution du jet est caractérisée par une phase de diffusion suivie d’une phase de création d’enstrophie qui correspond à l’apparition d’instabilités tridimensionnelles s’accompagnant de la production de petites échelles. L’enstrophie E décrit l’évolution des pertes d’énergie cinétique de l’écoulement E par la relation : dE dt = −νE, (6.4) avec E = 1 2 Z Ω ||u||2 dx et E = Z Ω ||ω||2 dx La figure 6.11a donne la variation de l’enstrophie de l’écoulement dont l’augmentation rapide, vers t = 2, indique l’apparition du régime turbulent. Les effets de dissipation d’énergie par diffusion deviennent ensuite prépondérants et se traduisent par une diminution de l’enstrophie et des valeurs extrêmes du champ de vitesse. Ces simulations sont réalisées en employant des formules de remaillage Λ6,4 et une intégration en temps par un schéma Runge-Kutta d’ordre deux pour les transports de la vorticité et du scalaire. Des schémas aux différences finies sont utilisés à l’ordre 4 pour le terme d’étirement et au premier ordre pour la diffusion du scalaire. Enfin, le pas de temps est calculé à chaque itération de manière à être maximal, tout en vérifiant la condition de CFL Lagrangienne : ∆t 6 M |∇u|∞ . Le choix de la constante M < 1 est laissé à l’utilisateur. Pour de grandes valeurs il peut conduire, selon les problèmes traités, à l’apparition d’instabilités numériques pouvant perturber l’écoulement de manière non physique. En pratique, une calibration de cette constante par rapport au problème et à ses conditions initiales est nécessaire. Dans cet exemple, nous constatons expérimentalement que des valeurs M > 0.2 ne permettent plus de capter la physique de l’écoulement surtout lorsque le régime turbulent est établi, pour t > 3. D’autre part, la perturbation aléatoire appliquée à la condition initiale conduit à des valeurs du gradient du champ de vitesse peu représentatives de l’écoulement, en début de simulation, et entraîne l’utilisation de pas de temps trop grands. Dans ce cas, il est nécessaire d’employer une stratégie de calcul différente en début de simulation. En particulier, une technique simple consiste à fixer le pas de temps à une valeur arbitraire. Une autre idée est d’ajouter une contrainte supplémentaire sous la forme d’une condition de CFL par rapport au champ de vitesse. L’évolution du pas de temps et du nombre CFL maximal de l’écoulement sont présentés sur la figure 6.11b pour deux modifications du calcul du pas de temps. Lorsque l’écoulement n’a pas encore atteint un régime turbulent, nous appliquons une condition de type CFL (cas 1) tel que : ∆t 6 1.5∆x u/|u|∞ ou bien (cas 2) une restriction à un pas de temps inférieur à 0.011. Dans tous les cas, le pas de temps utilisé vérifie la condition de CFL Lagrangienne. 1296. Implémentation sur architectures hétérogènes Cette dernière devient la contrainte la plus restrictive à partir de l’instant t = 1.5 et conduit à une diminution du pas de temps. Enfin, il augmente à nouveau sur la fin de la simulation, à mesure que l’énergie est dissipée par les petites échelles. Toutefois, les pas de temps obtenus sont assez grands et le nombre CFL varie entre 2 et 13, par rapport à la grille fine de résolution 1 0243 . L’avantage de l’approche couplant une condition de CFL et la condition Lagrangienne est qu’elle permet de conserver l’intérêt d’un pas de temps adaptatif en suivant la dynamique de l’écoulement. 20 40 60 80 100 120 140 0 1 2 3 4 5 Enstrophie : E = R ||ω|| 2d x Temps Cas 1 : M = 0.15, CF L 6 1.5 Cas 2 : M = 0.15, ∆t 6 0.011 (a) Enstrophie 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 ∆t 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Nombre CFL maximal |u|∞ ∆t/ ∆ x θ |u|∞ ∆t/ ∆ x u Temps (b) Pas de temps et CFL max. Figure 6.11. – Configuration du jet turbulent Le nombre CFL obtenu pour le transport du scalaire peut paraître relativement faible pour une méthode particulaire. En effet, dans cet exemple, nous employons le même pas de temps à la fois pour la résolution du fluide et celle du scalaire. Théoriquement, une condition moins restrictive que celle employée ici pour le transport du scalaire est envisageable et permettrait d’utiliser de plus grands pas de temps. Cela est illustré par les exemples de transports de fonctions levelset donnés dans le chapitre 5 où le nombre CFL atteint des valeurs de plusieurs dizaines. Une solution, exploitée notamment par Lagaert et al. (2014), consiste à réaliser des sous-itérations pour la partie fluide. Elle permet d’ajuster les contraintes sur le pas de temps indépendemment pour chaque sous-problème. En pratique, une condition LCFL est imposée pour la résolution du transport du scalaire, avec M grand, et un nombre de sous-itérations est calculé afin d’obtenir un pas de temps suffisamment petit pour la résolution du fluide. Dans cet exemple, il serait envisageable d’employer des pas de temps 6 fois plus grands pour le transport du scalaire, en prenant M = 0.9. Toutefois, l’intérêt de cette approche est limité ici car une itération du transport du scalaire est, dans la majorité des cas, totalement recouverte par le calcul de l’écoulement. Par conséquent, relativement au temps total de simulation, des sous-itérations pour la partie fluide condui- 1306.3. Transport turbulent d’un scalaire passif raient à un renforcement du déséquilibre de charge entre les CPU et les GPU, comme nous le verrons plus loin. Les figures 6.12 donnent les valeurs de la norme de la vorticité et du scalaire dans un plan XZ au centre du jet à l’instant t = 4.5. L’écoulement est complètement turbulent et on observe de nombreuses structures de tailles variables. Une comparaison de ces deux images permet d’illustrer les différentes échelles qui caractérisent ce problème pour un nombre de Schmidt élevé. En effet, les plus petites structures de la figure de gauche, correspondant au fluide, sont bien plus grandes que celles de la figure de droite, pour le scalaire. Le rapport entre les tailles des structures est égal à √ Sc et est égal à 8 dans cet exemple. ||ω|| 0 40 (a) Norme de la vorticité θ 0 1 (b) Scalaire Figure 6.12. – Champs instantanés dans le plan XZ, au centre du jet, à t = 4.5. Nu = 1283, Nθ = 1 0243, Sc = 64 Cette simulation a été réalisée en employant 32 cœurs CPU pour la résolution de l’écoulement et 8 GPU pour le transport du scalaire à raison de 1,4 secondes par itérations, soit 23 minutes de calcul pour atteindre t = 5. La répartition des temps de calcul pour les différentes parties de la résolution sont présentées en figure 6.13 pour différentes résolutions et configurations. Par notre stratégie de programmation hybride, les résolutions des deux parties du problème sont exécutées simultanément sur différentes ressources. Ainsi, le temps de calcul total est donné par la plus longue des parties. Les trois premières lignes de la figure correspondent à une étude de scalabilité forte car les résolutions restent identiques. La troisième ligne fait apparaître une large part de communication pour l’advection multi-GPU dans la direction Z. Le temps de calcul associé à cette étape est encore augmenté lorsque la résolution du scalaire passe à 1 0243 points. La nécessité d’une optimisation des communications entre GPU telle que suggérée par les résultats de la section 6.2 est ici moins prononcée. En effet, dans la plupart des confi- gurations employées pour cette application, la résolution du fluide est la partie limitante du temps de calcul global. Ainsi, les communications, même non optimisées, générées par 1316. Implémentation sur architectures hétérogènes le transport multi-GPU sont recouvertes par les calculs de l’écoulement sur CPU. Comme nous l’avons détaillé précedemment, notre implémentation se base sur une majoration de la quantité de données à échanger pour les communications inter-GPU. Dans ces exemples, cela conduit à un volume de communications par GPU pour les cas Nu = 1283 et Nu = 2563 respectivement de 2 × 1282 et 4 × 2562 points pour les données du champ de vitesse. Pour le scalaire, le nombre de points est de 10 × 5122 et 17 × 1 0242 pour les cas Nθ = 5123 et Nθ = 1 0243 . Cette estimation des tailles de communications est réalisée à priori par l’utilisateur à partir d’une majoration du pas de temps et du champ de vitesse. Une limite à cette approche est que les données échangées ne sont pas toujours entièrement utilisées. En effet, au gré de l’évolution du pas de temps, la taille des données nécessaires peut diminuer par rapport à l’estimation. De même, le maximum de vitesse n’est pas nécessairement atteint au voisinage des bords du domaine local. La mise en place d’un calcul de la taille des données à échanger à chaque itération a été envisagé mais n’a pas été retenu. En effet, la complexité algorithmique supplémentaire ne permet pas nécessairement de conduire à une réduction des temps de calcul liés à la diminution du volume des communications. Le code GPU que nous développons exploite des tableaux en mémoire partagée dans laquelle l’allocation dynamique n’est pas possible. Par conséquent, un changement dans la taille de ces tableaux nécessite une recompilation des noyaux OpenCL au cours de l’exécution. Cette recompilation peut être réalisée seulement dans les cas où la taille des tableaux augmente. Cependant, les communications et les transferts seraient effectués sur des données non contiguës, ce qui nuit aux performances. On notera que le temps de calcul associé aux communications induites par le découpage par tâches de l’implémentation hybride sont assez faibles car elles ne concernent que le champ de vitesse. Enfin, les temps de calculs pour l’advection de la vorticité sont assez longs relativement à la résolution du champ de vitesse. Une des causes de ce comportement est que l’implémentation multi-CPU développée par Lagaert et al. (2014) que nous utilisons est plutôt destinée à traiter de larges résolutions sur un très grand nombre de processeurs, jusqu’à 3 0643 points sur 2 048 cœurs. De plus, traiter un problème de taille 1283 sur 32 cœurs conduit à une charge par cœur de seulement 1282 × 4 points. Le volume de communications généré dans la direction Z devient relativement important car toutes les particules nécessitent un envoi, le support de la formule de remaillage étant plus large que le domaine local. Le cas 4 est le seul où le calcul du transport du scalaire est plus long que le calcul de l’écoulement sur CPU. Ce déséquilibre sera vraisemblablement atténué par une optimisation des communications entre GPU. Comme pour l’étude dans le cas multi-GPU, nous réalisons une étude de scalabilité faible, sur la figure 6.14a, dont les temps de calculs sont donnés sur la figure 6.14b. Deux cas d’occupation des nœuds sont considérés. Le premier consiste en la résolution d’un problème de taille Nu = 1283 et Nθ = 5123 pour un ensemble de ressources composé de 4 cœurs CPU pour la résolution du fluide et 1 GPU pour le transport du scalaire, ce qui correspond à une occupation de 5/8 = 62, 5%. Le second cas nous permet d’atteindre une occupation maximale en utilisant 7 cœurs. La taille du sous-problème de la partie fluide Nu = 1123 = (7 × 16)3 est ajustée pour être multiple de 7. Comme prévu par les résultats précédents, la résolution du fluide est effectuée en un temps plus long que le transport du scalaire. Dans les deux cas, l’évolution du temps de calcul du solveur multi-GPU donne lieu à une 1326.3. Transport turbulent d’un scalaire passif Cas 5 : N u = 2563 -32CPU N θ = 1 0243 -8GPU Cas 4 : N u = 1283 -32CPU N θ = 1 0243 -8GPU Cas 3 : N u = 1283 -32CPU N θ = 5123 -8GPU Cas 2 : N u = 1283 -8CPU N θ = 5123 -1GPU Cas 1 : N u = 1283 -4CPU N θ = 5123 -1GPU 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Temps de calcul par itération Temps total Calcul de ∆t Advection ω Étirement Diffusion ω Poisson Advection θ (dir. X) Advection θ (dir. Y) Advection θ (dir. Z) Advection θ (comm. dir. Z) Diffusion θ Comm. hybride Figure 6.13. – Répartition du temps de calcul pour le cas hybride scalabilité similaire à celle obtenue pour la figure 6.5. Les communications entre GPU sont pénalisées par la présence des communications induites par la résolution de l’écoulement sur CPU, en plus des raisons évoquées en section 6.2. En effet, toutes les communications internœuds passent nécessairement par le même réseau et se partagent sa bande passante, ce qui limite les performances en comparaison au cas où seuls les GPU sont utilisés. En revanche, la scalabilité reste supérieure à 85 et 70% respectivement dans les deux cas sur 48 et 84 cœurs pour le calcul de l’écoulement. Conclusion Dans ce chapitre nous avons vu comment les mécanismes habituels utilisés pour l’exploitation des CPU multicœurs des machines à mémoire distribuée s’étendent au cas des accélérateurs. L’approche étudiée consiste à compléter le parallélisme classique pour la gestion de la mémoire distribuée par un niveau de parallélisme spécifique à l’utilisation des accélérateurs. Ainsi, notre implémentation est capable d’exploiter l’ensemble des ressources d’une machine hétérogène, composée de CPU multicœurs et de cartes graphiques. Dans le modèle de programmation OpenCL, les cartes graphiques sont associées à un processus hôte sur le CPU. Dans le cas d’une utilisation seule des GPU, un grand nombre de cœurs sont donc inutilisés. Nous avons exploré une solution à ce problème d’occupation à l’occasion de l’exemple de transport de scalaire dans un écoulement turbulent. L’idée est de placer des processus sur l’ensemble des cœurs des nœuds et de les associer à différentes tâches. Un ensemble de processus est identifié comme hôtes des cartes graphiques permettent de 1336. Implémentation sur architectures hétérogènes Cas 1 : 1283 |5123 Ressources unitaires : (4CPU + 1GPU) Temps total Fluide Scalaire Cas 2 : 1123 |5123 Ressources unitaires : (7CPU + 1GPU) Temps total Fluide Scalaire 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 2 4 6 8 10 12 Scalabilité faible : ˜S = T(1) 1 /Tn Quantité de ressources (a) Scalabilité faible 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 2 4 6 8 10 12 Temps de calcul par itération (s) Quantité de ressources (b) Temps de calcul Figure 6.14. – Scalabilité faible pour le cas hybride calculer le transport du scalaire alors que les autres processus sont affectés à la résolution de l’écoulement. Ce chapitre nous a permis d’analyser les performances de la méthode dans un cadre multi-GPU à travers une étude de scalabilité faible. Il apparaît dans les résultats que la part de temps de calcul induite par les communications entre cartes graphiques nécessite des optimisations. En effet, diverses stratégies ont été évoquées telles qu’un découpage en blocs pour un traitement en chaîne ou encore un recouvrement par les calculs ne nécessitant pas de communications. Toutefois, lors de la résolution hybride du problème complet, le temps de calcul est généralement limité par la résolution du fluide sur les cœurs CPU. Le problème de transport de scalaire passif par un jet plan turbulent a été réalisé sur diverses configurations matérielles jusqu’à l’exploitation de 6 nœuds complets de la machine Froggy, soit 96 cœurs CPU et 8 GPU et pour des résolution de 2563 points pour le fluide et 1 0243 pour le scalaire. Une limitation de cette approche est que l’équilibrage de la charge entre les CPU et les GPU n’est pas possible autrement que par une modification des résolutions ou des paramètre des méthodes. Ainsi, le meilleur équilibrage de charge est obtenu dans le cas 4 de la figure 6.13 et pourrait être amélioré par l’optimisation des communications inter-GPU. Pour ce qui est du cas 5, correspondant aux résolutions les plus importantes, une solution consisterait à employer des ressources CPU supplémentaires, des nœuds sans GPU par exemple. 134Conclusion générale L’objectif principal de cette thèse était d’explorer les possibilités d’une exploitation de machines de calcul hétérogènes par une méthode hybride pour la résolution de problèmes multiéchelles de transport de scalaire passif. La méthode de résolution employée repose sur une méthode particulaire avec remaillage. Elle s’identifie à une classe de méthodes semi-Lagrangiennes dans laquelle les particules suivent les trajectoires de l’écoulement mais en traitant l’interpolation particule-grille de manière explicite par remaillage. L’intérêt majeur est de combiner les avantages des mé- thodes Lagrangiennes et Eulériennes. En effet, cette méthode permet l’utilisation de pas de temps plus grands que ceux obtenus sous une contrainte de CFL classique pour les méthodes de grille. De plus, elle est parfaitement adaptée à la résolution d’équations de conservation et permet une montée en ordre des schémas numériques lorsque des formules de remaillages conservant un grand nombre de moments et suffisamment régulières sont utilisées. Nous avons exposé, dans le chapitre 2, une méthode de construction de telles formules dont les caractéristiques influent directement sur l’ordre de la méthode. Dans ce même chapitre, nous avons exploité l’analogie avec la méthode des différences finies pour démontrer la consistance et la stabilité des schémas numériques ainsi obtenus. Le principe d’une méthode hybride tel que rappelé dans le chapitre 3 est de coupler différentes méthodes de résolution adaptées aux différents aspects physiques et numériques du problème considéré. Dans cette thèse, nous avons repris l’idée d’un couplage de la méthode semi-Lagrangienne avec des schémas aux différences finies et des méthodes spectrales pour la résolution de problèmes de transport de scalaire passif dans un écoulement turbulent. Cette approche consiste à combiner les trois niveaux d’hybridation : grilles de résolutions différentes pour l’écoulement et le transport du scalaire, méthodes numériques de diverses natures et calcul sur architectures hétérogènes. Le calcul hybride est un aspect émergent du calcul à hautes performances et découle directement de la volonté de s’adapter aux architectures des machines de calcul parallèles. Le constat de leur évolution rapide nous a poussé à développer un code multiarchitecture dans lequel l’accent a été mis sur la portabilité et la souplesse d’utilisation (chapitre 4). Ce code est ainsi capable de s’exécuter sur divers types d’architectures (CPU multicœur et GPU) et de machines (d’un portable jusqu’à un serveur de calcul parallèle). Le langage Python a été choisi pour sa portabilité, sa simplicité d’interfaçage avec d’autres langages et ses performances. Il nous permet d’orchestrer les simulations en utilisant, entre autres, les librairies MPI et OpenCL ainsi que des routines en Fortran. 135Conclusion générale L’utilisation de cartes graphiques est particulièrement bien adaptée à la méthode particulaire avec remaillage d’ordre élevé. En effet, comme nous l’avons montré dans le chapitre 5, la régularité des structures de données ainsi que l’intensité opérationnelle des schémas numé- riques nous permettent d’obtenir des performances de calcul intéressantes. En particulier, dans une analyse par le modèle roofline, elles atteignent des performances généralement supérieures à 50% de la puissance de calcul maximale atteignable. Les faibles temps de calculs ainsi obtenus incitent à traiter des résolutions importantes. Cependant, elles sont rapidement limitées par les tailles des différents niveaux de mémoire des cartes graphiques. C’est pourquoi, nous avons développé une version multi-GPU de la méthode dont les performances, en termes de scalabilité, ont été analysées dans le chapitre 6. Les résultats ont montré un fort potentiel de réduction du temps de calcul induit par les communications entre GPU sous réserve de leur optimisation et de leur recouvrement par des calculs. Cette implémentation multi-GPU nous permet d’atteindre l’objectif principal de réalisation de simulations de transport d’un scalaire passif dans un écoulement turbulent en exploitant une méthode hybride et une architecture hétérogène multi-CPU et multi-GPU. Nous avons proposé une approche permettant d’augmenter l’occupation des nœuds de calcul basée sur un parallélisme par tâches. Elle conduit à la résolution simultanée du transport du scalaire sur plusieurs cartes graphiques et de l’écoulement sur les cœurs CPU disponibles. Malgré des temps de communications entre GPU relativement importants, le calcul du transport du scalaire reste généralement plus rapide que celui de l’écoulement. Une limite à cette stratégie est que la résolution de deux sous-problèmes sur des architectures différentes peut conduire à un déséquilibre de charge qu’il est possible d’ajuster par une modification des paramètres des méthodes et des tailles de grilles. De nombreuses perspectives se dégagent des aspects mathématiques, numériques et applicatifs de ce travail. Au niveau de la méthode numérique, il serait intéressant d’étendre l’étude de montée en ordre aux schémas d’intégration des trajectoires des particules et de splitting dimensionnel. Pour les premiers, nous avons réalisé l’analyse de consistance pour des schémas d’advection d’ordre 1 et 2 ainsi que l’analyse de stabilité au premier ordre. Une poursuite de ces études pour le cas de schémas d’ordres plus élevés serait nécessaire afin de s’assurer de la validité de l’utilisation de schémas de type Runge-Kutta d’ordre 4, par exemple. En ce qui concerne le splitting, nous avons essentiellement employé un splitting de Strang d’ordre 2. La mise en œuvre d’un splitting d’ordre 3 ou 4 serait intéressante du point de vue numérique et algorithmique. D’autre part, lors de l’étude de la construction de formules de remaillage d’ordre élevés Λp,r, nous avons tenté, de produire des formules diffusives, sans obtenir de résultats satisfaisants. En pratique de telles formules ont été obtenues seulement à partir des noyaux Λ2,r. L’intérêt de ces formules serait de réaliser une diffusion de la quantité transportée par les particules directement dans l’étape de remaillage et ainsi d’éviter un second calcul dédié. En effet, le traitement de la diffusion du scalaire passif, par différences finies dans nos simulations, nécessite un parcours de l’ensemble des données en lecture et écriture dont la suppression conduirait à une diminution du temps de calcul. Cette amélioration serait vraisemblablement significative sur GPU mais devrait également être sensible sur des architectures CPU plus classiques. La méthode de construction des formules, développée dans le chapitre 2, consiste à résoudre un système linéaire dont les inconnues sont les coefficients polynômiaux. Ce système traduit l’expression des différentes contraintes parmi lesquelles la conservation des p premiers moments. Une étude plus fine que la simple modification de la 136contrainte de conservation du moment d’ordre 2 serait nécessaire pour la prise en compte de la diffusion. Du point de vue numérique, une perspective se dégage directement de l’analyse des performances de la résolution du transport de scalaire dans un cas multi-GPU. Comme nous l’avons souligné dans le chapitre 6, les communications entre cartes graphiques font état d’un temps de traitement assez long comparativement au temps de calcul total. Une réduction de ce temps de traitement est envisageable en deux étapes. Dans une première étape, il serait intéressant d’optimiser les transferts de données entre GPU en utilisant une approche similaire à celle employée dans la librairie MPI-ACC (Aji et al., 2012). L’idée est de traiter les messages en plusieurs envois successifs. Ce traitement par blocs en chaîne devrait permettre un recouvrement des différentes étapes et ainsi accélérer la communication. En effet, pendant l’envoi du message correspondant à un bloc, il est possible de réaliser la copie depuis l’hôte vers la carte de destination du bloc précédent ainsi que celle du bloc suivant depuis la carte vers l’hôte émetteur. Dans une seconde étape, un recouvrement de ces transferts par des calculs est possible en réalisant, par exemple, le calcul en deux passes. Les calculs locaux, indépendants des données distantes, peuvent être réalisés pendant leurs transferts. En ce qui concerne l’implémentation multi-GPU, l’occupation des ressources CPU est un problème délicat pour lequel nous avons proposé une solution dans le chapitre 6. En effet, les nœuds de calculs présentent généralement plus de cœurs CPU que de GPU et comme notre implémentation se base sur l’exploitation d’une carte par un seul processus, cela conduit à une inutilisation des cœurs restants. L’approche basée sur un parallélisme par tâches consiste, dans notre application, à réaliser le calcul de l’écoulement sur ces cœurs CPU disponibles. Sur l’exemple d’utilisation de la machine Froggy, le fluide est calculé sur 4 des 7 cœurs disponibles, soit une occupation de 5/8 = 62.5%. Une occupation maximale a été obtenue artificiellement en distribuant cette tâche sur l’ensemble des 7 cœurs en ajustant la taille de la grille de résolution. De même, une tentative de placement de 8 processus pour cette même tâche sur les 8 cœurs physiques sur lesquels est ajouté un 9e processus pour le calcul du scalaire a conduit à des performances largement dégradées. Nous atteignons ainsi les limites de notre parallélisme par tâche qui, par choix de simplification des communications, se restreint à la possibilité d’une seule tâche par processus. Cependant, une autre stratégie pour l’augmentation de l’occupation est envisageable. Dans le cas des octocœurs utilisés, les meilleurs résultats ont été obtenus en employant 1 cœur CPU associé à 1 GPU pour le calcul du scalaire et 4 cœurs CPU pour le calcul de l’écoulement. Les trois cœurs restants peuvent être assignés à d’autres tâches que celles de calcul telles que des opérations de post-traitement, de sorties sur fichiers ou encore pour la gestion de reprises des calculs en cours de simulation. D’autre part, l’implémentation que nous avons proposé est basée exclusivement sur un parallélisme par envoi de messages pour les tâches n’utilisant pas de GPU. Une perspective intéressante serait d’envisager l’ajout d’un paradigme à mémoire partagée pour l’exploitation des cœurs CPU. Ainsi, les cœurs d’un même nœuds seraient utilisés à travers un parallélisme spécifique tel que OpenMP, ou même OpenCL. Un parallélisme à trois niveaux serait donc obtenu en combinant l’utilisation de MPI entre les nœuds, OpenMP (ou OpenCL) pour les cœurs CPU d’un même nœud et OpenCL pour les GPU. La conception a été réalisée dans le but d’obtenir un code robuste dans lequel ces modifications peuvent 137Conclusion générale être apportées sans impacter l’ensemble de la librairie et de manière transparente pour l’utilisateur. Enfin, une perspective à ce travail, en termes d’application, serait de réaliser des simulations de transport de scalaire actif ayant un effet sur l’écoulement. Par exemple, lorsque le scalaire représente une densité dans un écoulement de fluide multiphasique. Ce problème se modélise par une équation de transport de la densité dont la vitesse est donnée par les équations de Navier-Stokes. Dans ces dernières un terme barotrope apparaît pour permettre la prise en compte de la densité comme force extérieure au modèle. En pratique la résolution du transport de la densité est toujours envisagée sur GPU et celle du terme barotrope sera mise en œuvre soit directement sur GPU soit sur CPU, selon la nature de la méthode numérique utilisée. Dans le premier cas, cela implique une modification du champ de vitesse sur GPU et donc son transfert vers le CPU pour la résolution de l’écoulement. Dans le second cas, un simple transfert de la densité vers le CPU est nécessaire. L’intérêt de cette application serait de conserver le caractère multiéchelle du problème en utilisant des grilles de résolutions différentes pour l’écoulement et la densité. Dans ce cas, il serait nécessaire de filtrer la densité, après son transport, à l’échelle de l’écoulement. Ce filtre serait réalisé sur les GPU afin de ne transférer vers les CPU qu’une densité filtrée, donc de taille réduite. 138Bibliographie Aji, A. M., J. Dinan, D. Buntinas, P. Balaji, W.-c. Feng, K. R. Bisset et R. 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Les poids de remaillage sont également donnés et exprimés en fonction de la distance y de la particule au point de grille le plus proche à gauche. A.1. Formules de type Λ2,r y w0 w1 w2 w3 Figure A.1. – Poids de remaillage pour les formules de type Λ2,r Formule Λ2,1 Λ2,1(x) = M0 4 (x) =    1 − 5 2 |x| 2 + 3 2 |x| 3 0 6 |x| < 1 2 − 4|x| + 5 2 |x| 2 − 1 2 |x| 3 1 6 |x| < 2 0 2 6 |x| (A.1) w[0] = (y * (y * (-y + 2.) - 1.)) / 2. w[1] = (y * y * (3. * y - 5.) + 2.) / 2. w[2] = (y * (y * (-3. * y + 4.) + 1.)) / 2. w[3] = (y * y * (y - 1.)) / 2. 145A. Formules de remaillage de type Λp,r Nom Moment maximal conservé Régularité Support Degré Λ2,1 2 C 1 [−2; 2] 3 Λ2,2 2 C 2 [−2; 2] 5 Λ2,3 2 C 3 [−2; 2] 7 Λ2,4 2 C 4 [−2; 2] 9 Λ4,2 4 C 2 [−3; 3] 5 Λ4,3 4 C 3 [−3; 3] 7 Λ4,4 4 C 4 [−3; 3] 9 Λ6,3 6 C 3 [−4; 4] 7 Λ6,4 6 C 4 [−4; 4] 9 Λ6,5 6 C 5 [−4; 4] 11 Λ6,6 6 C 6 [−4; 4] 13 Λ8,4 8 C 4 [−5; 5] 9 Tableau A.1. – Comparatif des formules de remaillage de type Λp,r. Formule Λ2,2 Λ2,2(x) =    1 − |x| 2 − 9 2 |x| 3 + 15 2 |x| 4 − 3|x| 5 0 6 |x| < 1 −4 + 18|x| − 29|x| 2 + 43 2 |x| 3 − 15 2 |x| 4 + |x| 5 1 6 |x| < 2 0 2 6 |x| (A.2) w[0] = (y * (y * (y * (y * (2. * y - 5.) + 3.) + 1.) - 1.)) / 2. w[1] = (y * y * (y * (y * (-6. * y + 15.) - 9.) - 2.) + 2.) / 2. w[2] = (y * (y * (y * (y * (6. * y - 15.) + 9.) + 1.) + 1.)) / 2. w[3] = (y * y * y * (y * (-2. * y + 5.) - 3.)) / 2. 146A.2. Formules de type Λ 4,r Formule Λ2,3 Λ2,3(x) = 1 − |x|2 − 15|x|4 + 752 |x|5 − 632 |x|6 + 9|x|7 0 6 |x| < 1 32 − 168|x| + 376|x|2 − 460|x|3 + 330|x|4 − 2772 |x|5 + 632 |x|6 − 3|x|7 1 6 |x| < 2 0 2 6 |x| (A.3) w[0] = (y * (y * (y * y * (y * (y * (-6. * y + 21.) - 25.) + 10.) + 1.) - 1.)) / 2. w[1] = (y * y * (y * y * (y * (y * (18. * y - 63.) + 75.) - 30.) - 2.) + 2.) / 2. w[2] = (y * (y * (y * y * (y * (y * (-18. * y + 63.) - 75.) + 30.) + 1.) + 1.)) / 2. w[3] = (y * y * y * y * (y * (y * (6. * y - 21.) + 25.) - 10.)) / 2. Formule Λ2,4 Λ2,4(x) = 1 − |x|2 − 1052 |x|5 + 3572 |x|6 − 231|x|7 + 135|x|8 − 30|x|9 0 6 |x| < 1 −208 + 1432|x| − 4304|x|2 + 7420|x|3 − 8085|x|4 +11543 2 |x|5 − 5397 2 |x|6 + 797|x|7 − 135|x|8 + 10|x|9 1 6 |x| < 2 0 2 6 |x| (A.4) w[0] = (y * (y * (y * y * y * (y * (y * (y * (20. * y - 90.) + 154.) - 119.) + 35.) + 1.) - 1.)) / 2. w[1] = (y * y * (y * y * y * (y * (y * (y * (-60. * y + 270.) - 462.) + 357.) - 105.) - 2.) + 2.) / 2. w[2] = (y * (y * (y * y * y * (y * (y * (y * (60. * y - 270.) + 462.) - 357.) + 105.) + 1.) + 1.)) / 2. w[3] = (y * y * y * y * y * (y * (y * (y * (-20. * y + 90.) - 154.) + 119.) - 35.)) / 2. 147A. Formules de remaillage de type Λp,r y w 0 w 1 w 2 w 3 w 4 w 5 Figure A.2. – Poids de remaillage pour les formules de type Λ4,r A.2. Formules de type Λ4,r Formule Λ4,2 Λ4,2(x) = M06(x) = 1 − 54 |x|2 − 3512 |x|3 + 214 |x|4 − 2512 |x|5 0 6 |x| < 1 −4 + 754 |x| − 2458 |x|2 + 545 24 |x|3 − 638 |x|4 + 2524 |x|5 1 6 |x| < 2 18 − 1534 |x| + 2558 |x|2 − 313 24 |x|3 + 218 |x|4 − 524 |x|5 2 6 |x| < 3 0 3 6 |x| (A.5) w[0] = (y * (y * (y * (y * (-5. * y + 13.) - 9.) - 1.) + 2.)) / 24. w[1] = (y * (y * (y * (y * (25. * y - 64.) + 39.) + 16.) - 16.)) / 24. w[2] = (y * y * (y * (y * (-50. * y + 126.) - 70.) - 30.) + 24.) / 24. w[3] = (y * (y * (y * (y * (50. * y - 124.) + 66.) + 16.) + 16.)) / 24. w[4] = (y * (y * (y * (y * (-25. * y + 61.) - 33.) - 1.) - 2.)) / 24. w[5] = (y * y * y * (y * (5. * y - 12.) + 7.)) / 24. 148A.2. Formules de type Λ 4,r Formule Λ4,3 Λ4,3(x) = 1 − 54 |x|2 − 283 |x|4 + 1456 |x|5 − 245 12 |x|6 + 356 |x|7 0 6 |x| < 1 31 − 1945 12 |x| + 2905 8 |x|2 − 5345 12 |x|3 + 1281 4 |x|4 − 1615 12 |x|5 + 2458 |x|6 − 3512 |x|7 1 6 |x| < 2 −297 + 3501 4 |x| − 8775 8 |x|2 + 3029 4 |x|3 − 3731 12 |x|4 + 911 12 |x|5 − 245 24 |x|6 + 712 |x|7 2 6 |x| < 3 0 3 6 |x| (A.6) w[0] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (14. * y - 49.) + 58.) - 22.) - 2.) - 1.) + 2.)) / 24. w[1] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-70. * y + 245.) - 290.) + 111.) + 4.) + 16.) - 16.)) / 24. w[2] = (y * y * (y * y * (y * (y * (140. * y - 490.) + 580.) - 224.) - 30.) + 24.) / 24. w[3] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-140. * y + 490.) - 580.) + 226.) - 4.) + 16.) + 16.)) / 24. w[4] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (70. * y - 245.) + 290.) - 114.) + 2.) - 1.) - 2.)) / 24. w[5] = (y * y * y * y * (y * (y * (-14. * y + 49.) - 58.) + 23.)) / 24. Formule Λ4,4 Λ4,4(x) = 1 − 54 |x|2 + 14 |x|4 − 1003 |x|5 + 4554 |x|6 − 2952 |x|7 + 3454 |x|8 − 1156 |x|9 0 6 |x| < 1 −199 + 5485 4 |x| − 32975 8 |x|2 + 28425 4 |x|3 − 61953 8 |x|4 + 33175 6 |x|5 −20685 8 |x|6 + 3055 4 |x|7 − 1035 8 |x|8 + 115 12 |x|9 1 6 |x| < 2 5913 − 89235 4 |x| + 297585 8 |x|2 − 143895 4 |x|3 + 177871 8 |x|4 − 54641 6 |x|5 +19775 8 |x|6 − 1715 4 |x|7 + 3458 |x|8 − 2312 |x|9 2 6 |x| < 3 0 3 6 |x| (A.7) w[0] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-46. * y + 207.) - 354.) + 273.) - 80.) + 1.) - 2.) - 1.) + 2.)) / 24. w[1] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (230. * y - 1035.) + 1770.) - 1365.) + 400.) - 4.) + 4.) + 16.) - 16.)) / 24. w[2] = (y * y * (y * y * (y * (y * (y * (y * (-460. * y + 2070.) - 3540.) + 2730.) - 800.) + 6.) - 30.) 149A. Formules de remaillage de type Λp,r + 24.) / 24. w[3] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (460. * y - 2070.) + 3540.) - 2730.) + 800.) - 4.) - 4.) + 16.) + 16.)) / 24. w[4] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-230. * y + 1035.) - 1770.) + 1365.) - 400.) + 1.) + 2.) - 1.) - 2.)) / 24. w[5] = (y * y * y * y * y * (y * (y * (y * (46. * y - 207.) + 354.) - 273.) + 80.)) / 24. A.3. Formules de type Λ6,r y w 0 w 1 w 2 w 3 w 4 w 5 w 6 w 7 Figure A.3. – Poids de remaillage pour les formules de type Λ6,r Formule Λ6,3 Λ6,3(x) = 1 − 4936 |x|2 − 959 144 |x|4 + 2569 144 |x|5 − 727 48 |x|6 + 623 144 |x|7 0 6 |x| < 1 1385 − 8617 60 |x| + 12873 40 |x|2 − 7912 |x|3 + 4557 16 |x|4 − 9583 80 |x|5 + 2181 80 |x|6 − 623 240 |x|7 1 6 |x| < 2 −440 + 25949 20 |x| − 117131 72 |x|2 + 2247 2 |x|3 − 66437 144 |x|4 + 81109 720 |x|5 − 727 48 |x|6 + 623 720 |x|7 2 6 |x| < 3 3632 5 − 7456 5 |x| + 58786 45 |x|2 − 633|x|3 + 26383 144 |x|4 − 22807 720 |x|5 + 727 240 |x|6 − 89 720 |x|7 3 6 |x| < 4 0 4 6 |x| (A.8) w[0] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-89. * y + 312.) - 370.) + 140.) + 15.) + 4.) - 12.)) / 720. w[1] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (623. * y - 2183.) + 2581.) - 955.) - 120.) - 54.) + 108.)) / 720. w[2] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-1869. * y + 6546.) - 7722.) + 2850.) + 195.) + 540.) - 540.)) / 720. w[3] = (y * y * (y * y * (y * (y * (3115. * y - 10905.) + 12845.) - 4795.) - 980.) + 720.) / 720. 150A.3. Formules de type Λ6,r w[4] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-3115. * y + 10900.) - 12830.) + 4880.) - 195.) + 540.) + 540.)) / 720. w[5] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (1869. * y - 6537.) + 7695.) - 2985.) + 120.) - 54.) - 108.)) / 720. w[6] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-623. * y + 2178.) - 2566.) + 1010.) - 15.) + 4.) + 12.)) / 720. w[7] = (y * y * y * y * (y * (y * (89. * y - 311.) + 367.) - 145.)) / 720. Formule Λ6,4 Λ6,4(x) =    1 − 4936 |x| 2 + 7 18 |x| 4 − 3521 144 |x| 5 + 12029 144 |x| 6 − 15617 144 |x| 7 + 1015 16 |x| 8 − 1015 72 |x| 9 0 6 |x| < 1 −877 5 + 72583 60 |x| − 145467 40 |x| 2 + 18809 3 |x| 3 − 54663 8 |x| 4 + 390327 80 |x| 5 −182549 80 |x| 6 + 161777 240 |x| 7 − 1827 16 |x| 8 + 203 24 |x| 9 1 6 |x| < 2 8695 − 656131 20 |x| + 3938809 72 |x| 2 − 158725 3 |x| 3 + 2354569 72 |x| 4 − 9644621 720 |x| 5 +523589 144 |x| 6 − 454097 720 |x| 7 + 1015 16 |x| 8 − 203 72 |x| 9 2 6 |x| < 3 −142528 5 + 375344 5 |x| − 3942344 45 |x| 2 + 178394 3 |x| 3 − 931315 36 |x| 4 + 5385983 720 |x| 5 −1035149 720 |x| 6 + 127511 720 |x| 7 − 203 16 |x| 8 + 2972 |x| 9 3 6 |x| < 4 0 4 6 |x| (A.9) w[0] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-1006. * y + 5533.) - 12285.) + 13785.) - 7829.) + 1803.) - 3.) - 5.) + 15.) + 4.) - 12.)) / 720. w[1] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (7042. * y - 38731.) + 85995.) - 96495.) + 54803.) - 12620.) + 12.) + 60.) - 120.) - 54.) + 108.)) / 720. w[2] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-21126. * y + 116193.) - 257985.) + 289485.) - 164409.) + 37857.) - 15.) - 195.) + 195.) + 540.) - 540.)) / 720. w[3] = (y * y * (y * y * (y * y * (y * (y * (y * (y * (35210. * y - 193655.) + 429975.) - 482475.) + 274015.) - 63090.) + 280.) - 980.) + 720.) / 720. w[4] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-35210. * y + 193655.) - 429975.) + 482475.) - 274015.) + 63085.) + 15.) - 195.) - 195.) + 540.) + 540.)) / 720. w[5] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (21126. * y - 116193.) + 257985.) - 289485.) + 164409.) - 37848.) - 12.) + 60.) + 120.) - 54.) - 108.)) / 720. w[6] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-7042. * y + 38731.) - 85995.) + 96495.) - 54803.) 151A. Formules de remaillage de type Λp,r + 12615.) + 3.) - 5.) - 15.) + 4.) + 12.)) / 720. w[7] = (y * y * y * y * y * y * (y * (y * (y * (y * (1006. * y - 5533.) + 12285.) - 13785.) + 7829.) - 1802.)) / 720. Formule Λ6,5 Λ6,5(x) =    1 − 4936 |x| 2 + 7 18 |x| 4 − 701 8 |x| 6 + 54803 144 |x| 7 − 32165 48 |x| 8 + 9555 16 |x| 9 − 38731 144 |x|10 + 3521 72 |x|11 0 6 |x| < 1 1233 − 617533 60 |x| + 1544613 40 |x| 2 − 515179 6 |x| 3 + 502579 4 |x| 4 − 3809911 30 |x| 5 +3618099 40 |x| 6 − 10894163 240 |x| 7 + 251685 16 |x| 8 − 172123 48 |x| 9 + 38731 80 |x|10 − 3521 120 |x|11 1 6 |x| < 2 −181439 + 16709441 20 |x| − 125352311 72 |x| 2 + 13002493 6 |x| 3 − 64445353 36 |x| 4 + 30912301 30 |x| 5 −3373567 8 |x| 6 + 88345523 720 |x| 7 − 1194095 48 |x| 8 + 160657 48 |x| 9 − 38731 144 |x|10 + 3521 360 |x|11 2 6 |x| < 3 1188352 − 19108864 5 |x| + 250837216 45 |x| 2 − 14600752 3 |x| 3 + 25437902 9 |x| 4 − 17195278 15 |x| 5 +13253241 40 |x| 6 − 49136309 720 |x| 7 + 471205 48 |x| 8 − 45083 48 |x| 9 + 38731 720 |x|10 − 503 360 |x|11 3 6 |x| < 4 0 4 6 |x| (A.10) w[0] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-1006. * y + 5533.) - 12285.) + 13785.) - 7829.) + 1803.) - 3.) - 5.) + 15.) + 4.) - 12.)) / 720. w[1] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (7042. * y - 38731.) + 85995.) - 96495.) + 54803.) - 12620.) + 12.) + 60.) - 120.) - 54.) + 108.)) / 720. w[2] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-21126. * y + 116193.) - 257985.) + 289485.) - 164409.) + 37857.) - 15.) - 195.) + 195.) + 540.) - 540.)) / 720. w[3] = (y * y * (y * y * (y * y * (y * (y * (y * (y * (35210. * y - 193655.) + 429975.) - 482475.) + 274015.) - 63090.) + 280.) - 980.) + 720.) / 720. w[4] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-35210. * y + 193655.) - 429975.) + 482475.) - 274015.) + 63085.) + 15.) - 195.) - 195.) + 540.) + 540.)) / 720. w[5] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (21126. * y - 116193.) + 257985.) - 289485.) + 164409.) - 37848.) - 12.) + 60.) + 120.) - 54.) - 108.)) / 720. w[6] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-7042. * y + 38731.) - 85995.) + 96495.) - 54803.) 152A.3. Formules de type Λ6,r + 12615.) + 3.) - 5.) - 15.) + 4.) + 12.)) / 720. w[7] = (y * y * y * y * y * y * (y * (y * (y * (y * (1006. * y - 5533.) + 12285.) - 13785.) + 7829.) - 1802.)) / 720. Formule Λ6,6 Λ6,6(x) =    1 − 4936 |x| 2 + 7 18 |x| 4 − 1 36 |x| 6 − 46109 144 |x| 7 + 81361 48 |x| 8 − 544705 144 |x| 9 + 655039 144 |x|10 −223531 72 |x|11 + 81991 72 |x|12 − 6307 36 |x|13 0 6 |x| < 1 −44291 5 + 1745121 20 |x| − 15711339 40 |x| 2 + 32087377 30 |x| 3 − 7860503 4 |x| 4 + 38576524 15 |x| 5 −24659323 10 |x| 6 + 84181657 48 |x| 7 − 74009313 80 |x| 8 + 17159513 48 |x| 9 − 7870247 80 |x|10 +438263 24 |x|11 − 81991 40 |x|12 + 6307 60 |x|13 1 6 |x| < 2 3905497 − 424679647 20 |x| + 3822627865 72 |x| 2 − 2424839767 30 |x| 3 + 3009271097 36 |x| 4 − 930168127 15 |x| 5 +305535494 9 |x| 6 − 9998313437 720 |x| 7 + 203720335 48 |x| 8 − 137843153 144 |x| 9 + 22300663 144 |x|10 −6126883 360 |x|11 + 81991 72 |x|12 − 6307 180 |x|13 2 6 |x| < 3 −255622144 5 + 971097344 5 |x| − 15295867328 45 |x| 2 + 5442932656 15 |x| 3 − 2372571796 9 |x| 4 + 2064517469 15 |x| 5 −9563054381 180 |x| 6 + 2210666335 144 |x| 7 − 796980541 240 |x| 8 + 76474979 144 |x| 9 − 43946287 720 |x|10 +343721 72 |x|11 − 81991 360 |x|12 + 901 180 |x|13 3 6 |x| < 4 0 4 6 |x| (A.11) w[0] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (3604. * y - 23426.) + 63866.) - 93577.) + 77815.) - 34869.) + 6587.) + 1.) - 3.) - 5.) + 15.) + 4.) - 12.)) / 720. w[1] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-25228. * y + 163982.) - 447062.) + 655039.) - 544705.) + 244083.) - 46109.) - 6.) + 12.) + 60.) - 120.) - 54.) + 108.)) / 720. w[2] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (75684. * y - 491946.) + 1341186.) - 1965117.) + 1634115.) - 732249.) + 138327.) + 15.) - 15.) - 195.) + 195.) + 540.) - 540.)) / 720. w[3] = (y * y * (y * y * (y * y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-126140. * y + 819910.) - 2235310.) + 3275195.) - 2723525.) + 1220415.) - 230545.) - 20.) + 280.) - 980.) + 720.) / 720. 153A. Formules de remaillage de type Λp,r w[4] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (126140. * y - 819910.) + 2235310.) - 3275195.) + 2723525.) - 1220415.) + 230545.) + 15.) + 15.) - 195.) - 195.) + 540.) + 540.)) / 720. w[5] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-75684. * y + 491946.) - 1341186.) + 1965117.) - 1634115.) + 732249.) - 138327.) - 6.) - 12.) + 60.) + 120.) - 54.) - 108.)) / 720. w[6] = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (25228. * y - 163982.) + 447062.) - 655039.) + 544705.) - 244083.) + 46109.) + 1.) + 3.) - 5.) - 15.) + 4.) + 12.)) / 720. w[7] = (y * y * y * y * y * y * y * (y * (y * (y * (y * (y * (-3604. * y + 23426.) - 63866.) + 93577.) - 77815.) + 34869.) - 6587.)) / 720. A.4. Formules de type Λ8,r y w 0 w 1 w 2 w 3 w 4 w 5 w 6 w 7 w 8 w 9 Figure A.4. – Poids de remaillage pour les formules de type Λ8,r 154A.4. Formules de type Λ8,r Formule Λ8,4 Λ8,4(x) =    1 − 205 144 |x| 2 + 91 192 |x| 4 − 6181 320 |x| 5 + 6337 96 |x| 6 − 2745 32 |x| 7 + 28909 576 |x| 8 − 3569 320 |x| 9 0 6 |x| < 1 −154 + 12757 12 |x| − 230123 72 |x| 2 + 264481 48 |x| 3 − 576499 96 |x| 4 + 686147 160 |x| 5 −96277 48 |x| 6 + 14221 24 |x| 7 − 28909 288 |x| 8 + 3569 480 |x| 9 1 6 |x| < 2 68776 7 − 1038011 28 |x| + 31157515 504 |x| 2 − 956669 16 |x| 3 + 3548009 96 |x| 4 − 2422263 160 |x| 5 +197255 48 |x| 6 − 19959 28 |x| 7 + 144545 2016 |x| 8 − 3569 1120 |x| 9 2 6 |x| < 3 −56375 + 8314091 56 |x| − 49901303 288 |x| 2 + 3763529 32 |x| 3 − 19648027 384 |x| 4 + 9469163 640 |x| 5 −545977 192 |x| 6 + 156927 448 |x| 7 − 28909 1152 |x| 8 + 3569 4480 |x| 9 3 6 |x| < 4 439375 7 − 64188125 504 |x| + 231125375 2016 |x| 2 − 17306975 288 |x| 3 + 7761805 384 |x| 4 − 2895587 640 |x| 5 +129391 192 |x| 6 − 259715 4032 |x| 7 + 28909 8064 |x| 8 − 3569 40320 |x| 9 4 6 |x| < 5 0 5 6 |x| (A.12) w0 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-3569. * y + 16061.) - 27454.) + 21126.) - 6125.) + 49.) - 196.) - 36.) + 144.)) / 40320. w1 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (32121. * y - 144548.) + 247074.) - 190092.) + 55125.) - 672.) + 2016.) + 512.) - 1536.)) / 40320. w2 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-128484. * y + 578188.) - 988256.) + 760312.) - 221060.) + 4732.) - 9464.) - 4032.) + 8064.)) / 40320. w3 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (299796. * y - 1349096.) + 2305856.) - 1774136.) + 517580.) - 13664.) + 13664.) + 32256.) - 32256.)) / 40320. w4 = (y * y * (y * y * (y * (y * (y * (y * (-449694. * y + 2023630.) - 3458700.) + 2661540.) - 778806.) + 19110.) - 57400.) + 40320.) / 40320. w5 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (449694. * y - 2023616.) + 3458644.) - 2662016.) + 780430.) - 13664.) - 13664.) + 32256.) + 32256.)) / 40320. w6 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-299796. * y + 1349068.) - 2305744.) + 1775032.) - 520660.) + 4732.) + 9464.) - 4032.) - 8064.)) / 40320. w7 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (128484. * y - 578168.) + 988176.) - 760872.) + 223020.) - 672.) - 2016.) + 512.) + 1536.)) / 40320. 155A. Formules de remaillage de type Λp,r w8 = (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (y * (-32121. * y + 144541.) - 247046.) + 190246.) - 55685.) + 49.) + 196.) - 36.) - 144.)) / 40320. w9 = (y * y * y * y * y * (y * (y * (y * (3569. * y - 16060.) + 27450.) - 21140.) + 6181.)) / 40320. 156B. Publications 157ESAIM: M2AN 48 (2014) 1029–1060 ESAIM: Mathematical Modelling and Numerical Analysis DOI: 10.1051/m2an/2014009 www.esaim-m2an.org HIGH ORDER SEMI-LAGRANGIAN PARTICLE METHODS FOR TRANSPORT EQUATIONS: NUMERICAL ANALYSIS AND IMPLEMENTATION ISSUES G.-H. Cottet1, J.-M. Etancelin1, F. Perignon1 and C. Picard1 Abstract. This paper is devoted to the definition, analysis and implementation of semi-Lagrangian methods as they result from particle methods combined with remeshing. We give a complete consistency analysis of these methods, based on the regularity and momentum properties of the remeshing kernels, and a stability analysis of a large class of second and fourth order methods. This analysis is supplemented by numerical illustrations. We also describe a general approach to implement these methods in the context of hybrid computing and investigate their performance on GPU processors as a function of their order of accuracy. Mathematics Subject Classification. 65M12, 65M75, 65Y05, 65Y20. Received October 22, 2013. Revised January 28, 2014. Published online June 30, 2014. 1. Introduction Particle methods are Lagrangian methods that have been designed for advection dominated problems, with applications mostly in plasma physics [10], incompressible flows [4,7,16], or gas dynamics [20]. Following [12, 13], particle methods are often associated with remeshing, in order to maintain the regularity of the particle distribution and, as a consequence, to control the accuracy of the method in presence of strong strain in the flow carrying the particles. Remeshing removes the grid free nature of particle methods but maintains some of its features like conservation, locality, and stability. It not only guarantees accuracy but also allows to combine in a seamless fashion particle methods with grid-based techniques, like domain decomposition methods and fast FFT-based Poisson solvers for field evaluations [5, 22], multi-resolution and adaptive mesh refinement [1, 2]. In practice particle remeshing occurs every few time steps. In that case, and as long as the remeshing frequency does not increase when the discretization parameters tend to zero, Remeshed Particle Methods (RPM in the sequel) can be viewed as conservative forward semi-lagrangian methods. Classical semi-lagrangian methods for transport equations combine tracking of trajectories originating at grid points and interpolation from the grid. Because they operate on local point values, semi-lagrangian methods in general do not conserve mass, unless some specific treatment is done. By contrast, particle methods transport masses which makes them inherently conservative. Keywords and phrases. Advection equations, particle methods, semi-Lagrangian methods, GPU computing. 1 Universit´e Grenoble Alpes and CNRS, Laboratoire Jean Kuntzmann, BP 53 38041, Grenoble Cedex 9, France. georges-henri.cottet@imag.fr Article published by EDP Sciences c EDP Sciences, SMAI 2014 Proposition d’une architecture de surveillance ”active” `a base d’agents intelligents pour l’aide `a la maintenance de syst`emes mobiles - Application au domaine ferroviaire Antoine Le Mortellec To cite this version: Antoine Le Mortellec. Proposition d’une architecture de surveillance ”active” `a base d’agents intelligents pour l’aide `a la maintenance de syst`emes mobiles - Application au domaine ferroviaire. Automatic Control Engineering. Universit´e de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2014. French. . HAL Id: tel-00947981 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00947981v2 Submitted on 4 Apr 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.Thèse de doctorat Pour obtenir le grade de Docteur de l’Université de VALENCIENNES ET DU HAINAUT-CAMBRESIS Spécialité Automatique et Génie Informatique Présentée et soutenue par Antoine LE MORTELLEC Le 30/01/2014 à Valenciennes Ecole doctorale : Sciences Pour l’Ingénieur (SPI) Equipe de recherche, Laboratoire : Laboratoire : Thermique Ecoulement Mécanique Matériaux Mise en Forme Production (TEMPO) Equipe : Production, Services, Information (PSI) Proposition d’une architecture de surveillance “active” à base d’agents intelligents pour l’aide à la maintenance de systèmes mobiles Application au domaine ferroviaire JURY Président du jury Pierre Castagna. Professeur à l’Université de Nantes. Rapporteurs Zineb Simeu-Abazi. Maître de conférences HDR à l’Université Joseph Fourier de Grenoble. Benoît Iung. Professeur à l’Université de Lorraine. Samir Lamouri. Professeur à l’Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers Paris Tech. Examinateur Audine Subias. Maître de conférences HDR à l’Université de Toulouse. Directeur de thèse Damien Trentesaux. Professeur à l’Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis. Co-encadrants de thèse Yves Sallez. Maître de conférences HDR à l’Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis. Thierry Berger. Maître de conférences à l’Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis. Membre invité Frédéric Grzesiak. Directeur technique de la société PROSYST de Valenciennes. N° Ordre : 14/06 Page 2 Page 3 Avant-propos Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet SURFER (SURveillance active FERroviaire) conduit par Bombardier-Transport, en collaboration avec la société PROSYST, le groupe HIOLLE INDUSTRIES, l'Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC) et l'Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR). Elle a été financée dans le cadre d’un contrat de collaboration de Recherche entre le laboratoire TEMPO EA4542 et la société PROSYST. Le temps de travail a été partagé entre ces deux entités. Le projet SURFER est supporté financièrement par le Fonds Unique Interministériel (FUI) et la région Nord Pas-de-Calais, et sponsorisé par les Pôles de compétitivité i-Trans et Advancity. Les accords de consortium établis entre les différents partenaires du projet SURFER ont restreint la divulgation de certains développements scientifiques et technologiques réalisés pendant mes travaux de Recherche. Ces éléments ne sont donc pas publiés dans ce manuscrit. Page 4 Remerciements Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été réalisés au sein de l’équipe PSI du laboratoire TEMPO de l’Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis en collaboration avec la société PROSYST. Je tiens à remercier en premier lieu le professeur Damien Trentesaux, responsable de l’équipe PSI, qui a dirigé cette thèse pour la qualité de son encadrement, ses conseils pertinents et son aide tout au long de ces trois années de doctorat. Je remercie mes co-encadrants de thèse, M. Yves Sallez, Maître de Conférences HDR, et M. Thierry Berger, Maître de Conférences, pour leur disponibilité, leurs critiques constructives et leurs encouragements, ainsi que pour le temps qu’ils ont consacré à relire et à corriger ce manuscrit. J’exprime toute ma gratitude à Mme Zineb Simeu-Abazi, Maître de Conférences HDR au laboratoire G-SCOP de Grenoble, à M. Benoît Iung, professeur au CRAN de Nancy et à M. Samir Lamouri, professeur à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers Paris Tech, qui m’ont fait l’honneur de rapporter cette thèse. J’ai été particulièrement sensible à leur lecture attentive de ce manuscrit, aux nombreuses discussions et perspectives scientifiques qu’ils ont apportées à mes travaux. Je remercie vivement Mme Audine Subias, Maître de Conférences HDR au LAAS de Toulouse pour avoir accepté d’examiner cette thèse et M. Pierre Castagna, professeur à l’IRCCyN de Nantes, pour avoir accepté de présider ce jury. Mes remerciements s’adressent également à l’ensemble du personnel de la société PROSYST et à son dirigeant, M. Abdallah Asse, pour leur accueil et leur sympathie. Je remercie chaleureusement M. Frédéric Grzesiak, directeur technique et M. Khaled El Sanwar, ingénieur de Recherche et Développement, pour leur aide, la vision qu’ils m’ont transmise sur les différents aspects du sujet de thèse et la confiance qu’ils m’ont accordée. Je tiens à remercier M. Guillaume Branger, ingénieur de Recherche et Développement au sein de Bombardier-Transport France et pilote du projet SURFER, pour son soutien, l’expérience qu’il m’a apportée et l’intérêt qu’il a porté à l’égard de mes travaux. Je remercie évidemment les membres de l’équipe TEMPO-PSI ainsi que tous les “surfeurs” qui ont contribué à la concrétisation de cette thèse. Je pense en particulier à Joffrey Clarhaut, Rebiha Bekrar, Jean Gandibleux, Quentin Coutadeur et Vivien Basselot. Je remercie ma famille pour m’avoir soutenu pendant toutes ces années d’études. Merci à mes sœurs, Cécile et Aurore, sans qui cette thèse n’existerait probablement pas. Je n’oublie pas mes amis, notamment mes amis Rennais, qui m’ont toujours encouragé et motivé pendant ces années passées dans le “ch’Nord”. Merci à vous. REMERCIEMENTS Page 5 À ma maman..., Page 6 Table des matières Introduction générale ............................................................................................................................................. 9 Ch. I Problématique de la surveillance pour l’aide à la maintenance ............................................................... 12 Introduction ...................................................................................................................................................... 12 1. Contexte général ........................................................................................................................................... 13 1.1 Approche systémique adoptée ................................................................................................................ 13 1.2 Propriétés des systèmes cibles considérés .............................................................................................. 14 1.3 Terminologie relative à la maintenance .................................................................................................. 16 1.4 Activités de la maintenance .................................................................................................................... 17 2. Fonctions d’un système de surveillance ....................................................................................................... 20 2.1 Détection ................................................................................................................................................ 22 2.2 Diagnostic ............................................................................................................................................... 22 2.3 Pronostic ................................................................................................................................................. 23 2.4 Elaboration de conseils ........................................................................................................................... 23 3. Modèle d’architecture de surveillance .......................................................................................................... 24 3.1 Standards d’architectures de surveillance ............................................................................................... 24 3.2 Problématiques de la surveillance des systèmes cibles considérés ......................................................... 30 4. Conclusion .................................................................................................................................................... 34 Ch. II Surveillance de systèmes mobiles : état de l’art et approches de surveillance active .............................. 35 Introduction ...................................................................................................................................................... 35 1. Etat de l’art des architectures de diagnostic .................................................................................................. 35 1.1 Diagnostic distant ................................................................................................................................... 36 1.2 Diagnostic embarqué .............................................................................................................................. 38 1.3 Typologie des architectures de diagnostic .............................................................................................. 43 2. Approches de surveillance active.................................................................................................................. 45 2.1 Concept de surveillance active ............................................................................................................... 46 2.2 Approche multi-agents ........................................................................................................................... 47 2.3 Approche holonique ............................................................................................................................... 49 2.4 Comparaison des approches ................................................................................................................... 52 3. Conclusion .................................................................................................................................................... 53 Ch. III Proposition d’une architecture holonique pour la surveillance active de systèmes cibles mobiles ...... 54 Introduction ...................................................................................................................................................... 54 1. Système de surveillance holonique ............................................................................................................... 54 1.1 Approche de modélisation du système cible à surveiller ........................................................................ 55 1.2 Spécification d’une architecture holonique de surveillance ................................................................... 58 1.3 Architecture de surveillance proposée .................................................................................................... 61 2. Structure interne d’un holon de surveillance ................................................................................................ 66 2.1 Données exploitées par la fonction de surveillance d’un holon ............................................................. 66 2.2 Hypothèses pour l’élaboration d’un diagnostic ...................................................................................... 67 2.3 Modules internes d’une fonction de surveillance ................................................................................... 67 2.4 Niveaux de diagnostic d’une fonction de surveillance ........................................................................... 69 3. Conclusion .................................................................................................................................................... 71 Ch. IV Mise en œuvre de l’architecture holonique de surveillance active ......................................................... 72 Introduction ...................................................................................................................................................... 72 1. Diagnostic PSC individuel non-contextualisé ............................................................................................... 73 1.1 Nature des systèmes diagnostiqués ......................................................................................................... 73 1.2 Méthode de diagnostic mise en œuvre ................................................................................................... 73 1.3 Limitations de la méthode de diagnostic mise en œuvre ........................................................................ 74 2. Contextualisation du diagnostic .................................................................................................................... 75 2.1 Contextualisation individuelle ................................................................................................................ 76 2.2 Contextualisation collective ................................................................................................................... 78 3. Description comportementale des holons de surveillance ............................................................................ 80 3.1 Comportements des holons élémentaires................................................................................................ 82TABLE DES MATIÈRES Page 7 3.2 Comportements des holons composés .................................................................................................... 84 4. Mise en œuvre des holons de surveillance .................................................................................................... 87 4.1 Implémentation de la partie informationnelle d’un holon ...................................................................... 87 4.2 Implantation physique des holons de surveillance ................................................................................. 88 5. Conclusion .................................................................................................................................................... 89 Ch. V Application au domaine ferroviaire .......................................................................................................... 90 Introduction ...................................................................................................................................................... 90 1. Contexte industriel du projet SURFER ......................................................................................................... 90 1.1 Objectifs du projet SURFER .................................................................................................................. 90 1.2 Utilisateurs du système SURFER ........................................................................................................... 91 2. Application de notre proposition pour un système train ............................................................................... 92 2.1 Instanciation de l’architecture holonique de surveillance ....................................................................... 93 2.2 Algorithmes des holons de surveillance ................................................................................................. 95 2.3 Exemples de scénarios de diagnostic ...................................................................................................... 99 3. Plateforme expérimentale ........................................................................................................................... 102 3.1 Architecture de la plateforme PEMAS ................................................................................................. 103 3.2 Implémentation des agents dans Jade ................................................................................................... 105 4. Résultats obtenus ........................................................................................................................................ 108 4.1 Implémentation de la couche acquisition embarquée ........................................................................... 108 4.2 Mise en œuvre de la méthode de diagnostic à base de modèle ............................................................. 109 4.3 Contextualisation du diagnostic............................................................................................................ 110 5. Conclusion .................................................................................................................................................. 110 Références .......................................................................................................................................................... 117 Liste des figures .................................................................................................................................................. 129 Annexes .............................................................................................................................................................. 131 Annexe A : Complément sur l’approche systémique ...................................................................................... 132 Annexe B : Etude comparative des méthodes de diagnostic ........................................................................... 133 B.1 Méthodes à base de modèles (MBD) ................................................................................................... 134 B.2 Méthodes basées sur des données historiques...................................................................................... 139 B.3 Comparaison des méthodes de diagnostic ........................................................................................... 141 Annexe C : Méthode de diagnostic mise en œuvre ......................................................................................... 144 Annexe D : Prototype SURFER ..................................................................................................................... 146 TABLE DES MATIÈRES Page 8 Page 9 Introduction générale Pour se démarquer et rester compétitif, les industriels misent notamment sur le développement et l’intégration rapide de nouvelles fonctionnalités offertes par les évolutions technologiques de l’information et de la communication. Ces deux dernières décennies, les systèmes embarqués ont été introduits dans de nombreux domaines d’application (transport, industrie, habitat, médical...). Ces systèmes se sont vu confier des tâches plus importantes pour délivrer de nouveaux services aux utilisateurs avec des délais de mise sur le marché toujours plus courts et à moindre coût. Dans certains domaines, ces systèmes ont également permis de répondre aux exigences accrues en matière de sécurité et de fiabilité. Paradoxalement, le développement de ces équipements embarqués a contribué à accroitre le nombre de pannes des systèmes dans lesquels ils sont enfouis. Ces pannes, aux conséquences généralement coûteuses, voir catastrophiques, sont devenues inacceptables pour les industriels qui commercialisent ces produits ainsi que pour leurs clients. L’identification des causes de certaines pannes représente actuellement un véritable challenge dans les activités de la maintenance. Elles entrainent une indisponibilité excessive des équipements. Dans le domaine des transports, ces constats ont conduit un acteur majeur de l’industrie ferroviaire à améliorer la disponibilité de ses véhicules sur rail à travers une approche innovante visant à optimiser la maintenance. Ainsi, le projet SURFER, qui est à l’origine des travaux présentés dans ce manuscrit, a été proposé. Ce projet repose sur la conception et le déploiement d’une architecture évoluée pour la surveillance de matériels roulants ferroviaires. Cette thèse se situe à la rencontre de plusieurs communautés de Recherche, dans laquelle la notion d’intelligence (ou activité) rattachée à un produit a pour objet l’évaluation et la gestion de la santé des équipements. Elle regroupe notamment des concepts relatifs à la surveillance dans un contexte de maintenance, au diagnostic et au développement de produits “actifs” tout au long de son cycle de vie. Notre contribution principale concerne la proposition d’une architecture générique de surveillance “active” pour l’aide à la maintenance de systèmes mobiles, basée sur des entités de surveillance “intelligentes”. Cette architecture a vocation à supporter des méthodologies de diagnostic développées par différentes communautés de Recherche. L’élaboration d’une nouvelle méthode de diagnostic n’est donc pas l’objet de notre proposition. Le projet SURFER étant le cadre applicatif de nos travaux, le domaine des transports est une référence pour illustrer notre approche, sans pour autant restreindre l’application de notre contribution à ce domaine. Nous avons choisi de structurer ce manuscrit en cinq chapitres, dont l’organisation est illustrée par la figure 1. INTRODUCTION GÉNÉRALE Page 10 Figure 1. Organisation des chapitres de ce manuscrit. Le chapitre I introduit le contexte général de nos travaux en présentant tout d’abord les caractéristiques des systèmes à maintenir. Ce chapitre positionne ensuite notre étude par rapport à un modèle d’architecture de surveillance de la littérature. Les différents verrous liés à la surveillance des systèmes considérés sont alors exposés et les exigences à satisfaire dans le cadre de nos travaux sont définies. Le chapitre II dresse un état de l’art des approches de la littérature pour la surveillance de systèmes mobiles, en proposant une typologie des architectures de diagnostic. Une classe d’architecture est retenue dans le contexte de notre étude. Suivant ce type d’architecture, ce chapitre s’oriente par la suite vers une approche de surveillance “active” en adoptant une approche de modélisation à base d’entités autonomes et communicantes. Le chapitre III est consacré à notre proposition. Une architecture générique pour la surveillance de systèmes mobiles est proposée. Cette architecture repose sur les choix réalisés dans le précédent chapitre. Ce chapitre spécifie l’architecture proposée et détaille la structure interne des entités de surveillance qui composent cette architecture de surveillance. Le chapitre IV met en œuvre l’architecture de surveillance proposée. Dans ce chapitre, les processus internes aux entités de surveillance et les comportements attendus de ces entités sont définis. Par la suite, une approche est adoptée pour implémenter ces entités de surveillance. INTRODUCTION GÉNÉRALE Page 11 Le chapitre V applique les propositions des deux chapitres précédents au domaine ferroviaire dans le cadre du projet SURFER. Dans un premier temps, ce chapitre instancie l’architecture proposée pour la surveillance d’un train de passagers. Par la suite, la plateforme expérimentale conçue pour implémenter cette architecture et valider notre approche est détaillée. Enfin, les résultats obtenus dans ce cadre applicatif sont présentés. Suite à ce dernier chapitre, la conclusion de nos travaux et les perspectives de Recherche envisagées sont exposées. Page 12 Chapitre I Problématique de la surveillance pour l’aide à la maintenance Introduction Dans un contexte économique hautement concurrentiel, les fabricants et intégrateurs de produits à haute valeur technologique sont contraints de concevoir des systèmes à des coûts de plus en plus faibles sur l’ensemble des phases du cycle de vie. L’objectif étant de proposer des produits compétitifs en terme de coûts d’acquisition, d’exploitation et de maintenance (coût global de possession ou LCC : Life Cycle Cost). Par conséquent, limiter les coûts de maintenance et d’exploitation tout en améliorant la disponibilité des systèmes est une préoccupation majeure des industriels. La maintenance est l’un des éléments clef dans la réduction de l’indisponibilité. Elle représente également un point sensible, soumise notamment à des contraintes financières, sécuritaires et énergétiques (Rabatel et al., 2009). Ainsi, la maintenance est un levier stratégique de compétitivité et d’innovation pour les industriels (Muller et al., 2008). Elle permet de préserver les caractéristiques fonctionnelles des systèmes et vise à améliorer leurs disponibilités dans des conditions économiques acceptables. L’optimisation de la maintenance se traduit par une réduction des temps d’immobilisation du système maintenu et repose donc sur la pertinence des actions réalisées sur le système lors des interventions de maintenance. Un système de maintenance efficace doit permettre d’orienter au mieux le personnel de maintenance, en délivrant des informations directement exploitables et précises sur les opérations de maintenance à réaliser. Dans ce contexte, un système de surveillance observant en permanence un système à maintenir lors de son fonctionnement et assurant la tâche de diagnostic de manière autonome offre une aide précieuse aux services de maintenance (Jardine et al., 2006). Les informations fournies par un tel système contribuent notamment à anticiper les pannes et à accélérer la remise en service du système maintenu après l’occurrence de la défaillance. Ces informations de surveillance peuvent apporter des précisions sur l’origine des dysfonctionnements observés et sur les interventions de maintenance à réaliser. Ce premier chapitre présente les systèmes à maintenir considérés dans nos travaux et introduit les principales notions relatives à la surveillance dans un contexte de maintenance. Par la suite, les différentes fonctions d’un système de surveillance seront présentées et les problématiques inhérentes à la surveillance des systèmes étudiés seront exposées. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 13 1. Contexte général Les avancées technologiques de l’information et de la communication ont favorisé l’intégration massive de fonctions automatisées au sein de produits industriels (BrahimDjelloul et al., 2012 ; Kiencke et al., 2006). Ces fonctions permettent de délivrer de nouveaux services aux utilisateurs et d’atteindre des objectifs de plus en plus élevés en termes de sécurité et de fiabilité. Ainsi, de nombreuses fonctionnalités sont assurées par des systèmes embarqués. Un système embarqué est un système complexe intégrant une partie logicielle et une partie matérielle conçues conjointement pour fournir des fonctionnalités données (Simeu, 2005). Ces équipements embarqués peuvent réaliser des fonctions plus évoluées lorsqu’ils interagissent entre eux au sein d’un système plus vaste (système de transport, bâtiment industriel, systèmes de production, par exemple). Ces équipements interconnectés forment alors un système réparti (Dievart et al., 2010). La complexité croissante des systèmes dotés de ces équipements embarqués tend à rendre leurs opérations de maintenance bien plus délicates. Par exemple, une intervention de maintenance sur un tel système nécessite une connaissance approfondie du fonctionnement de l’ensemble du système et des différents équipements embarqués qui le composent. Pour faire face à cette complexité, des approches de maintenance dites “intelligentes” ont été rendues possibles grâce aux évolutions de l’informatique, de l’électronique et des télécommunications (Campos, 2009). Ces approches de maintenance innovantes visent à évaluer l’état d’un système et à déterminer les interventions de maintenance nécessaires en fonction de cet état. Les objectifs attendus de ces nouvelles approches de maintenance sont d’accroitre la durée de fonctionnement des équipements, de réduire les coûts de maintenance, d’exploitation et de possession, et d’améliorer la sécurité (Vachtsevanos et Lewis, 2006). Cette partie positionne tout d’abord les systèmes considérés dans nos travaux en adoptant une approche systémique. Par la suite, les propriétés des systèmes à maintenir considérés sont définies et la terminologie adoptée dans nos travaux est présentée. Enfin, cette partie décrit les différents types de maintenance et précise le rôle de la surveillance au sein d’un système de maintenance. 1.1 Approche systémique adoptée Ce mémoire se focalise sur l’aide à la maintenance de systèmes constitués d’équipements embarqués répartis, désignés ci-après sous-systèmes, et organisés suivant une structure hiérarchisée de contrôle. Par la suite, un système constitué de ces sous-systèmes sera nommé système cible. Un système cible est supposé être maintenu par un système de maintenance. Un système de maintenance regroupe différentes entités en charge de planifier et de réaliser les interventions de maintenance (centre de maintenance, personnel de maintenance, par exemple). La figure 1.1 ci-dessous présente un exemple de système cible supposé être situé dans son environnement. Ce système cible se compose de différents sous-systèmes organisés suivant une structure hiérarchisée de contrôle : un sous-système commande un ou plusieurs soussystèmes de niveau inférieur. De plus, les sous-systèmes interagissent entre eux dans le domaine physique et dans le domaine informationnel. Les relations maître-esclave illustrées dans cet exemple représentent les liens “logiques” de subordination entre sous-systèmes. Les liens “physiques” entre ces sous-systèmes peuvent être réalisés par différentes technologies (bus ou réseaux, par exemple). CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 14 Figure 1.1. Exemples de système cible et de système de maintenance considérés. Le système de maintenance est supposé disposer d’un centre de maintenance, dont l’objectif est de maintenir le système cible tout au long de son usage. Lorsqu’une approche de maintenance doit être appliquée à un système cible, des exigences sont alors à allouer au système de maintenance comme au système cible. La section suivante définit les propriétés des systèmes cibles considérées dans nos travaux. 1.2 Propriétés des systèmes cibles considérés Les systèmes cibles considérés dans nos travaux sont caractérisés par les propriétés suivantes : · Décomposition : le système cible est supposé être décomposable en un ensemble fini de sous-systèmes. · Hétérogénéité technologique : chaque sous-système est supposé être constitué d’une partie contrôle et d’une partie sous-contrôle. Ces sous-systèmes sont supposés exploiter différentes technologies (électrique, électronique, mécanique, hydraulique ou pneumatique, par exemple). · Variabilité : un sous-système est supposé varier d’un même système cible à un autre (évolution de la technologie, modification de composants, modernisation, par exemple). · Interactions : les sous-systèmes sont supposés interagir entre eux dans le domaine physique (échanges de flux de matière ou d’énergie, par exemple) et/ou dans le domaine informationnel (relations de type maître-esclave ou échanges d’informations, par exemple). · Environnement : le système cible est supposé être situé dans un environnement. Par conséquent, le système cible comme chaque sous-système est supposé opérer dans un contexte opérationnel spécifique. Ce contexte peut être de nature physique (température, vibrations, par exemple) et/ou informationnelle (mode de fonctionnement, état du système, par exemple). · Maintenabilité : le système cible est supposé être réparable et être maintenu au sein du système de maintenance par un centre de maintenance. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 15 Le tableau 1.1 ci-après présente les domaines d’applications les plus représentatifs des systèmes cibles considérés dans nos travaux. Les principales caractéristiques associées à ces systèmes cibles sont également mentionnées. Tableau 1.1. Exemples de systèmes cibles considérés, inspiré de (Simeu, 2005). Application Mobilité Sévérité de l'environnement Intervention immédiate sur le système Haut niveau de fiabilité Transport Automobile P P - P Ferroviaire P P - P Aérien P P - P Maritime P P - P Aérospatial Fusée navette P P - P Satellites P P - P Industrie Systèmes de production - P P P Centrales nucléaires - P P P Habitat Bâtiments (immotique) - - P - Habitations (domotique) - - P - - : caractéristique absente ou négligeable P : caractéristique présente Dans certains domaines d’applications, la mobilité du système cible entraine des contraintes spécifiques en termes de maintenabilité. En effet, lorsque le système cible est mobile, celui-ci doit communiquer avec un centre de maintenance distant (Jianjun et al., 2007). Par exemple, un système de transport (automobile, ferroviaire, aérien ou maritime) est un système cible mobile évoluant dans un environnement changeant (climat, état de l’infrastructure, profil du conducteur, par exemple). Les interventions de maintenance ne peuvent être exécutées immédiatement sur ce système (système en service commercial et éloigné du centre de maintenance, par exemple) (Umiliacchi et al., 2011). Aussi, un système de transport doit répondre à des exigences strictes en matière de fiabilité. La disponibilité d’un système cible repose sur les objectifs de fiabilité fixés lors de sa conception et sur l’efficacité des interventions de maintenance réalisées au cours de sa phase LégendeCHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 16 d’utilisation. Les sections suivantes présentent la terminologie et les principaux concepts associés à la maintenance. 1.3 Terminologie relative à la maintenance La maintenance est définie comme l’ensemble de toutes les actions techniques, administratives et de management durant le cycle de vie d’un bien, destinées à le maintenir ou à le rétablir dans un état dans lequel il peut accomplir la fonction requise (NF-EN-13306, 2010). Un bien désigne un élément, composant, mécanisme, sous-système, unité fonctionnelle, équipement ou système qui peut être décrit et considéré individuellement. Différents événements peuvent compromettre le fonctionnement désiré d’un bien ou la mission pour laquelle un bien a été conçu. Les entraves au bon fonctionnement d’un bien sont les fautes, les erreurs et les défaillances (Isermann et Ballé, 1997). Une faute est une déviation non acceptable d’au moins une propriété caractéristique exprimée par le cahier des charges ou d’un paramètre d’un bien. Une erreur représente un changement d’état d’un bien pouvant entraîner une défaillance. Elle est produite par une ou plusieurs fautes et peut engendrer de nouvelles erreurs. Une défaillance est la cessation de l'aptitude d'un bien à accomplir une fonction requise et peut être causée par une ou plusieurs erreurs. Après la défaillance, le bien est en état de panne, c’est-à-dire qu’il est inapte à accomplir une fonction requise. Une panne peut être complète ou partielle et résulte toujours d’une défaillance. Dans les travaux présentés dans cette thèse, le système cible considéré est supposé être affecté par des fautes physiques (fautes matérielles) et informationnelles (fautes logicielles) survenant dans les différentes phases de son cycle de vie (fautes de développement et fautes opérationnelles, par exemple). Ces fautes induisent une ou plusieurs erreurs lorsqu’elles sont actives (états non désirés du système). Dès lors que le service délivré aux utilisateurs est impacté par ces erreurs et ne correspond plus au service attendu, une défaillance survient. La figure 1.2 ci-dessous illustre la relation entre les concepts de faute, erreur et défaillance survenant au sein d’un système cible. La présence d’une faute dans un sous-système du système cible engendre une erreur interne lors de son activation, qui conduit à la défaillance de ce sous-système. Cette défaillance peut constituer une faute pour un autre sous-système du système cible en provoquant à son tour une erreur interne et une défaillance de ce soussystème. Cette seconde défaillance entraine par la suite la défaillance du système cible en impactant le service délivré aux utilisateurs. Figure 1.2. Relation causale entre faute, erreur et défaillance. Il est à noter que les fautes et les défaillances peuvent se manifester de manière progressive dans le temps (phénomènes d’usures, par exemple), de manière soudaine (rupture d’une CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 17 liaison électrique, par exemple), ou présenter un caractère non permanent (défaillances temporellement bornées ou furtives, par exemple). Une défaillance produit des effets perceptibles par les utilisateurs du système et éventuellement décelables par un moyen de détection. Le terme symptôme sera utilisé par la suite pour désigner les effets observables d’une défaillance. La tâche de diagnostic de défaillances consiste alors à analyser ces symptômes dans le but de rechercher les éléments défectueux du système cible responsables de la défaillance (fautes). Elle peut être réalisée par un opérateur de maintenance ou être exécutée par un système d’aide à la maintenance. Les différentes activités de la maintenance sont exposées ci-après. 1.4 Activités de la maintenance La définition de la maintenance évoquée précédemment englobe différentes activités mises en œuvre tout au long du cycle de vie d’un produit. Ces activités concernent aussi bien des aspects opérationnels de la maintenance (expertise métier, diagnostic de défaillances, par exemple) que des aspects organisationnels (planification des interventions, approvisionnement des pièces de rechanges, par exemple). Dans ce mémoire, les aspects opérationnels de la maintenance seront principalement abordés. Cette section présente les différentes approches de maintenance et précise le rôle de la surveillance au sein des activités de la maintenance. 1.4.1 Typologie de la maintenance L’étude des différentes approches de maintenance repose sur trois concepts : l’événement déclencheur d’une opération de maintenance, le type de maintenance correspondante et la nature des opérations de maintenance réalisées sur le système (Ribot, 2009). Selon la norme (NF-EN-13306, 2010), les approches de maintenance sont classées en deux catégories : la maintenance préventive et la maintenance corrective. La première vise à initier des opérations de maintenance sur un système avant que des défaillances ne se produisent, tandis que la seconde consiste à intervenir sur un système en état de panne. La figure 1.3 ci-dessous résume les principaux types de maintenance recensés dans la littérature selon ces deux catégories et précise les événements déclencheurs des interventions de maintenance. Figure 1.3. Différents types de maintenance, inspirée de (Alali Alhouaij, 2010). CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 18 La maintenance préventive est exécutée à intervalles prédéterminés ou selon des critères prescrits. Elle est destinée à réduire l’occurrence de défaillances et à éviter les pannes lors de la sollicitation du système. La maintenance préventive se décline en trois sous-types normalisés, détaillés ci-après : la maintenance préventive à caractère systématique, conditionnelle et prévisionnelle (NF-EN-13306, 2010). · Systématique (Predetermined Maintenance) : maintenance préventive exécutée conformément à un échéancier, établi à partir d’un nombre d’unités d’usage (durée de fonctionnement, par exemple) ou suivant des données statistiques (recommandations constructeurs, par exemple). Elle vise principalement à rajeunir le matériel (remplacement périodique, par exemple) ou à limiter les dégradations (tâches d’entretiens courants), quel que soit l’état réel du bien maintenu (Zille, 2009). Seule la périodicité des interventions peut être ajustée pour optimiser ce type de maintenance. · Conditionnelle (Condition Based Maintenance) : maintenance préventive subordonnée à l’analyse de l’évolution surveillée de paramètres significatifs de la dégradation ou de la baisse de performance d’un bien (Deloux, 2008). Les paramètres significatifs de dégradations concernent par exemple des mesures de caractéristiques physiques d’un système et précurseurs de pannes (bruit, vibration, vitesse anormale, épaisseur trop faible d’un matériau, par exemple). Ce type de maintenance nécessite d’établir des seuils à priori pour les différents paramètres mesurés (seuils prédéterminés). Le dépassement d’un seuil indique alors la nécessité d’une opération de maintenance (par exemple, le remplacement d’un pneumatique est nécessaire lorsque son épaisseur atteint la limite fixée par son témoin d’usure). Bien que la maintenance conditionnelle soit plus dynamique que la maintenance systématique puisqu’elle considère l’état d’un bien, le temps restant avant l’occurrence de la défaillance reste indéterminée avec ce type de maintenance. · Prévisionnelle (Predictive Maintenance) : maintenance conditionnelle effectuée suivant les prévisions extrapolées de l’analyse et de l’évaluation de paramètres significatifs de la dégradation d’un bien (El koujok, 2010). Ce type de maintenance vise à prédire l’évolution de paramètres significatifs de dégradations d’un bien dans le futur et à estimer le temps de fonctionnement restant avant la défaillance (pronostic). Elle peut être qualifiée de maintenance prédictive, reposant sur les évolutions de paramètres surveillés dans le futur, et de maintenance proactive, qui consiste à déterminer les causes à l’origine des dégradations et des défaillances (Deloux, 2008). La maintenance corrective a pour objectif de remettre un bien en état de panne dans un état fonctionnel. Elle peut prendre la forme d’une maintenance palliative ou curative (Ribot, 2009) : · Palliative : maintenance corrective assurant une remise en état provisoire d’un bien (dépannage temporaire d’un pneumatique, par exemple). Ce type de maintenance consiste également à intervenir sur les effets néfastes d’une défaillance. Une action de maintenance palliative doit être suivie systématiquement d’une action de maintenance curative. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 19 · Curative : maintenance corrective permettant une remise en état de manière durable et définitive d’un bien. Contrairement à la maintenance palliative, la maintenance curative a pour objectif de supprimer les causes des défaillances. La maintenance préventive et la maintenance corrective sont complémentaires. En pratique, une politique de maintenance combinant ces deux approches est généralement appliquée aux systèmes. En effet, une maintenance préventive permet de diminuer la probabilité de défaillances, mais une part de maintenance corrective incompressible subsiste (défaillances imprévisibles). Ainsi, différentes politiques de maintenance mixte ont été définis (Ly et al., 2013). L’élaboration d’une politique de maintenance repose notamment sur un équilibre économique amenant à un meilleur compromis (coût et disponibilité, par exemple). La soussection suivante positionne la surveillance suivant ces deux types de maintenance. 1.4.2 Rôle de la surveillance Dans une approche de maintenance innovante, la surveillance occupe une place fondamentale (Raccoceanu, 2006). La surveillance est considérée dans nos travaux comme un dispositif passif, informationnel, qui n’influence pas le comportement du système cible sous surveillance. Ainsi, un système de surveillance est non-intrusif vis-à-vis d’un système cible. Ce dispositif délivre des informations pertinentes sur l’état d’un système cible pour déclencher des interventions de maintenance (maintenance préventive conditionnelle) et assister au mieux un opérateur de maintenance pour rétablir un système en panne (maintenance corrective). Par exemple, une défaillance ayant conduit à une panne d’un système cible peut être décryptée spontanément par un système de surveillance. Le système de surveillance transmet ainsi des informations sur l’état de ce système au centre de maintenance (figure 1.4). Ces informations concernent, par exemple, les éléments potentiellement responsables de la panne ainsi que des actions de maintenance à réaliser sur le système cible pour le rétablir dans un état fonctionnel. Le centre de maintenance génère alors une demande d’intervention aux opérateurs de maintenance chargés d’intervenir sur le système cible (tâche de maintenance corrective, par exemple). Les interventions de maintenance corrective sont alors mieux préparées et les durées des réparations sont maîtrisées. Figure 1.4. Système de surveillance pour l’aide à la maintenance.CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 20 Dans une approche de maintenance préventive conditionnelle (maintenance prédictive ou CBM : Condition Based Maintenance), l’objectif d’un système de surveillance est d’émettre des alertes avant la défaillance du système cible pour prévenir les pannes. Cette surveillance prédictive (ou dynamique) se focalise ainsi sur les tendances de l’évolution de l’état du système sous surveillance dans le temps. Les informations transmises aux personnels de maintenance permettent alors de signaler des dégradations ou des baisses de performance des éléments du système à un stade précoce de leur développement. La nature des informations fournies par un système de surveillance dépend des profils des utilisateurs finaux et diffère donc selon leur expertise (opérateurs de maintenance, concepteurs du système, par exemple) (Alanen et al., 2006). Dans le cadre d’une surveillance pour l’aide à la maintenance au sens intervention, un système de surveillance doit incriminer des éléments à remplacer ou à réparer bien connus des opérateurs de maintenance. Par exemple, certains systèmes cibles comportent des Unités Remplaçables en Ligne (URL ou LRU : Line Replaceable Unit). Une URL peut être déposée et échangée rapidement pour optimiser les interventions de maintenance et réduire ainsi les temps d’indisponibilité des systèmes (Dievart et al., 2010). Par conséquent, une tâche de maintenance associée à une URL constitue une information pertinente pour un opérateur de maintenance. Néanmoins, suivant le niveau de complexité de la tâche de maintenance à réaliser, un opérateur de maintenance peut être habilité ou non à intervenir sur le système cible. Les informations de surveillance doivent donc être adaptées au niveau de qualification des utilisateurs du système de surveillance. La surveillance est généralement réalisée en-ligne, pendant le fonctionnement du système cible sous surveillance, mais certaines fonctions de la surveillance peuvent être exécutées hors-ligne. C’est le cas notamment du diagnostic, dont l’exécution a posteriori peut être possible sur la base des symptômes détectés sur le système (Azarian et al., 2010). La partie suivante décrit les principales fonctions d’un système de surveillance. 2. Fonctions d’un système de surveillance Un système de surveillance regroupe deux composantes essentielles : “voir” et “comprendre” (Basseville et Cordier, 1996). La première permet d’observer et de détecter des déviations du comportement du système sous surveillance par rapport à un comportement de référence (perception). La seconde détermine les composants potentiellement responsables des phénomènes observés et recherche les causes (interprétation). Dans cette partie, les principales fonctions d’un système de surveillance mises en œuvre pour des approches de maintenance de type conditionnelle (maintenance prédictive ou CBM) et corrective sont présentées. Les fonctions assurées par un système de surveillance s’inscrivent dans différentes communautés de Recherche, et sont notamment au centre des thématiques SHM (System Health Management) et PHM (Pronostics and Health Management) (Medina-Oliva et al., 2012 ; Reed et al., 2011). Dans ce cadre, un système de surveillance comprend généralement l’acquisition de données, la détection d’anomalies de fonctionnement, le diagnostic, le pronostic et l’élaboration de recommandations de maintenance (Guillén et al., 2013 ; Vachtsevanos et Lewis, 2006). Ces différentes fonctions ont pour but de convertir un flux de données brutes, difficilement exploitable pour un opérateur de maintenance, en informations pertinentes, relatives à l’état de santé du système sous surveillance et aux opérations de maintenance à réaliser selon cet état (Abichou, 2013). Ainsi, un système de surveillance CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 21 permet de déterminer l’état d’un système (état normal ou anormal d’un système cible, par exemple) et lorsque ce système présente des anomalies de fonctionnement, il exécute les tâches de diagnostic et de pronostic. Selon les symptômes du système et les conclusions du diagnostic et du pronostic, il prescrit des recommandations de maintenance ou suggère des changements opérationnels afin que le système puisse accomplir sa mission. La première tâche d’un système de surveillance consiste à recueillir des données brutes sur le système sous surveillance. Cette fonction d’acquisition de données est généralement réalisée à l’aide de méthodes dites non-destructives, n’altérant pas le fonctionnement du système sous surveillance (IAEA, 2007). Suivant l’état de santé du système sous surveillance, différentes fonctions sont par la suite sollicitées. L’activité d’un système de surveillance diffère selon la présence ou non d’une défaillance au sein du système sous surveillance. La figure 1.5 cidessous présente les principales fonctions d’un système de surveillance avant l’occurrence d’une défaillance (surveillance dynamique) et après la défaillance du système sous surveillance (surveillance classique). Figure 1.5. Fonctions de surveillance dynamique et classique, adaptée de (Raccoceanu, 2006). Comme évoqué précédemment, la surveillance dynamique vise à éviter la défaillance du système sous surveillance. Elle consiste alors à détecter et à diagnostiquer des dégradations ou des baisses de performance du système sous surveillance (Bengtsson, 2003). Par la suite, l’objectif est de pouvoir prédire (pronostiquer) des défaillances dans le futur, en projetant l’état de santé actuel du système sous surveillance dans le temps (Tobon-Mejia et al., 2012). La surveillance dynamique regroupe ainsi les fonctions de détection prédictive de dégradations, de diagnostic prédictif et de pronostic. Notons que les résultats du diagnostic et du pronostic doivent être délivrés dans un temps opportun aux personnels de maintenance afin que des actions de maintenance puissent être exécutées sur le système avant la panne. De plus, cette surveillance dynamique doit être suffisamment robuste pour ne pas délivrer des alertes intempestives aux opérateurs de maintenance. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 22 La surveillance classique intervient après l’occurrence d’une défaillance. Dans ce cas, cette surveillance consiste à détecter les défaillances survenues dans le système sous surveillance et à les diagnostiquer. Lorsque le système sous surveillance est en état de panne, le diagnostic permet de rechercher les causes et de localiser les éléments défaillants du système. Cette tâche peut s’avérer laborieuse pour un opérateur de maintenance, notamment lorsqu’il s’agit d’un système cible constitué de multiples éléments (Azarian et al., 2010 ; Khol et Bauer, 2010). Un diagnostic difficile peut conduire un opérateur de maintenance à déposer des éléments non contributeurs de la panne ou à remplacer des éléments non défaillants, engendrant des coûts excessifs de maintenance. Différentes approches ont ainsi été proposées pour automatiser cette tâche devenant trop complexe pour un opérateur de maintenance (Feldman, 2010). Enfin, un système de surveillance s’appuie sur les informations de diagnostic et de pronostic pour élaborer des recommandations de maintenance et délivrer ces informations aux personnels de maintenance. Les différentes fonctions de surveillance illustrées sur la figure 1.5 sont détaillées dans les sections suivantes. 2.1 Détection La détection relève de la composante “voir” d’un système de surveillance. A partir de données recueillies sur le système sous surveillance, la fonction détection permet de déceler la présence de dégradations (surveillance dynamique) ou de défaillances (surveillance classique) dans ce système, et donc de qualifier le comportement observé du système de normal ou d’anormal. La fonction détection génère des signaux porteurs de symptômes à partir des observations, également nommés résidus ou discordances par certaines communautés (Cordier et al., 2000 ; Roth et al., 2011). Par exemple, une approche usuelle permettant de générer des symptômes consiste à comparer certaines grandeurs observées à des seuils caractérisant une situation anormale. Le franchissement d’un seuil indique une anomalie de fonctionnement et provoque le déclenchement d’une alarme (Basseville et Cordier, 1996). Les inconvénients de ces tests de dépassement de seuils résident dans la génération de fausses alarmes (seuil trop faible) et dans la non-détection de certains symptômes (seuil trop élevé). Certains équipements exécutent ce type de test pendant leur fonctionnement pour générer des alarmes et fournir une aide aux opérateurs de maintenance lors de la phase de diagnostic (Lefebvre, 2000). Cependant, les alarmes générées par ces tests intégrés (BIT : Built-In Test) représentent essentiellement des symptômes sans informations relatives à leurs causes. Le diagnostic établi par un opérateur de maintenance sur la base de ces événements est parfois erroné (Pecht et al., 2001). 2.2 Diagnostic Le diagnostic prend en charge l’interprétation des anomalies de fonctionnement du système sous surveillance et constitue la composante “comprendre” d’un système de surveillance. La fonction diagnostic doit permettre de lever l’ambiguïté sur le phénomène à l’origine d’une dégradation ou d’une défaillance particulière à partir des symptômes délivrés par la fonction détection. Pour ce faire, la fonction diagnostic fait appel à une connaissance du système sous surveillance. Cette connaissance intègre, par exemple, une référence du fonctionnement normal (comportement nominal) ou du fonctionnement anormal (comportement en présence de défaillances) du système sous surveillance (Ribot, 2009). Les principales méthodes de diagnostic développées par différentes communautés de Recherche sont présentées en annexes de ce manuscrit. La fonction diagnostic évalue l’état de santé actuel d’un système en recherchant les causes (fautes) à l’origine d’une dégradation (diagnostic prédictif) ou d’une défaillance particulière CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 23 (diagnostic de défaillances) et en localisant les éléments du système à remplacer ou à réparer. Il s’agit d’une fonction commune à la maintenance prédictive et à la maintenance corrective permettant d’incriminer des éléments défectueux et de déterminer les actions à entreprendre (IAEA, 2007). Le diagnostic prédictif se focalise avant tout sur l’analyse de défaillances progressives (dégradations) pour éviter la panne et planifier à l’avance les interventions de maintenance (commande de pièces de rechanges et gestion du personnel de maintenance, par exemple). Néanmoins, il existe toujours des défaillances soudaines (imprévisibles) ne pouvant être anticipées et devant faire l’objet d’un diagnostic (Jardine et al., 2006). Contrairement aux signaux émis par la fonction détection, la fonction diagnostic est en mesure de fournir des informations de haut niveau à un opérateur de maintenance, en précisant les causes probables des dysfonctionnements détectés (Basseville et Cordier, 1996). Suivant les besoins des utilisateurs du système de surveillance, le résultat d’un diagnostic peut permettre d’identifier par exemple un composant physique défectueux ou un mode de défaillance (Mathur et al., 2001). 2.3 Pronostic La fonction pronostic se concentre sur l’évolution des défaillances progressives et exploite généralement l’état de santé actuel d’un système (résultats du diagnostic prédictif) pour évaluer son état de santé futur. Bien qu’il n’existe aucune définition stabilisée et unanime du concept de pronostic, différentes définitions convergent vers une fonction capable de déterminer la durée de vie restante avant la défaillance d’un système, nommée RUL (Remaining Useful Life), ou la probabilité d’un système à fonctionner pendant un certain temps (El koujok, 2010). Le pronostic est spécifique à la maintenance prédictive et essentielle dans une approche CBM (Alanen et al., 2006). Il permet d’anticiper au mieux les interventions de maintenance suivant la prédiction de l'état futur d’un équipement (Gulledge et al., 2010). Par nature, le pronostic vise à anticiper l’état d’un système dans le futur et amène des incertitudes (Medina-Oliva et al., 2012). En effet, le pronostic de l’état futur d’un système doit non seulement considérer l’état actuel du système, mais également des données relatives à ce système dans le futur (prévisions d’utilisation du système, informations sur l’environnement futur du système, futures opérations de maintenance exécutées sur le système, par exemple), qui influent sur son état de dégradation. Ainsi, le pronostic doit prévoir l’état futur d’un système et fournir une durée de vie résiduelle à partir d’une connaissance à priori sur ce système (lois de dégradations, par exemple), d’une connaissance d’informations passées (historique des modes de fonctionnement passés), présentes (état courant) et futures (Cocheteux et al., 2007). Cette durée de vie résiduelle avant la défaillance peut être exprimée, par exemple, en unités de temps (heures de fonctionnement), en distances à parcourir (nombre de kilomètres) ou en nombre de sollicitations (nombre de cycles) (Ribot, 2009). 2.4 Elaboration de conseils En fonction de l’état de santé actuel et de la prévision de l’état de santé du système, délivrés respectivement par les fonctions de surveillance classique et dynamique, le système de surveillance élabore des recommandations sur les opérations de maintenance à réaliser (actions préventives et correctives), ou privilégie un mode de fonctionnement ou une configuration à adopter pour que le système puisse achever sa mission en évitant la panne (Bengtsson, 2003). L’état de santé d’un système est le support principal pour orienter les services de maintenance sur les interventions à effectuer, et peut être défini par le diagnostic et le pronostic du système (Dievart, 2010). La fonction d’élaboration de conseils assiste principalement l’opérateur de maintenance dans le choix des actions de maintenance à CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 24 entreprendre (remplacement d’un élément du système en priorité selon son état de santé ou son RUL, par exemple). Par ailleurs, le bilan de santé dressé par cette fonction peut également alerter les services de conception, pour améliorer la qualité du système, revoir sa conception, ou impacter la conception et la fabrication d’une future génération de produits (Gulledge et al., 2010 ; Vichare et al., 2007). Cette fonction d’aide à la maintenance s’inscrit également dans les activités de gestion de la santé des équipements (Equipment Health Management) dans le cycle de vie des produits. 3. Modèle d’architecture de surveillance Après avoir décrit précédemment les principales fonctions d’un système de surveillance, cette partie présente deux architectures considérées comme des références dans la littérature pour le développement de systèmes de surveillance. Une architecture sera retenue en tant que modèle dans nos travaux pour la surveillance des systèmes cibles considérés. Un modèle d’architecture de surveillance doit être suffisamment générique pour supporter de nombreux algorithmes de traitement et de diagnostic (Park et al., 2006). Parmi les architectures de surveillance recensées dans la littérature s’insérant dans les thématiques SHM-PHM (System Health Management - Pronostics and Health Management), une architecture apparaît comme un standard de référence (Gucik-Derigny, 2011 ; Kunche et al., 2012 ; Sreenuch et al., 2013). Il s’agit du standard OSA-CBM (Open System Architecture - Condition-Based Maintenance) diffusé par le consensus MIMOSA (Machinery Information Management Open Systems Alliance) (OSA-CBM, 2006). Le standard OSA-CBM résulte initialement des travaux de Recherche de (Lebold et Thurston, 2001) et (Lebold et al., 2003), impliquant différents industriels et visant à définir un modèle d’architecture de surveillance. Ces travaux ont permis d’établir un modèle d’architecture pour le développement de systèmes de surveillance dans un cadre de maintenance CBM. Le modèle d’architecture proposé repose sur différentes couches fonctionnelles implémentées sous forme de modules. Ce modèle générique a donné lieu à une série de normes enregistrées sous le numéro ISO 13374 et à une implémentation de référence nommée OSA-CBM. Dans cette partie, ces deux standards complémentaires d’architectures seront dans un premier temps présentés. Par la suite, les différentes problématiques liées à la surveillance des systèmes cibles seront exposées. Enfin, les principales exigences attendues d’un système de surveillance seront définies. 3.1 Standards d’architectures de surveillance Les sous-sections suivantes précisent les différentes couches fonctionnelles définies par la norme ISO 13374, ainsi que les interfaces spécifiées par le standard OSA-CBM. Certains standards additionnels et spécifiques à la mise en œuvre d’un système de surveillance ne seront pas abordés dans nos travaux (interfaces physiques, configurations, interopérabilité, diffusion des informations, par exemple) (Sheppard et al., 2009). 3.1.1 Norme ISO 13374 Depuis 2003, la norme ISO 13374 établit les lignes directrices générales des spécifications pour la surveillance et le diagnostic d’état des machines. Ces spécifications logicielles portent sur le traitement, la communication et la présentation de données de surveillance indépendamment de la technologie utilisée (ISO13374-1, 2003). La première partie de cette norme (partie 1 : lignes directrices générales) définit un modèle d’architecture de surveillance CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 25 en six couches successives de traitement et deux couches d’interface transversales (figure 1.6). Les couches de traitement #1 à #3 sont liées à la technologie du système sous surveillance et les couches #4 à #6, de plus haut niveau, assurent les tâches de diagnostic, de pronostic et d’aide à la maintenance. Cette norme définit également deux couches d’interface (#7 et #8) permettant de présenter des informations issues des différentes couches de traitement aux utilisateurs, et d’assurer une liaison avec des systèmes externes (transmission et stockage des données, paramétrage des différentes couches, par exemple). Figure 1.6. Modèle d’architecture ISO 13374, adaptée de (ISO 13374-1, 2003). Les couches fonctionnelles définies par cette norme sont détaillées ci-après. Les termes associés aux différentes couches sont repris de la version originale de la norme. · Data Acquisition (#1-DA) : cette couche d’acquisition de données permet de convertir un signal délivré par un capteur ou un transducteur en un paramètre numérique représentant une quantité physique, auquel est associé différentes informations (datation, données de calibration, configuration du capteur utilisé, par exemple). · Data Manipulation (#2-DM) : cette couche de manipulation de données analyse des signaux, effectue un calcul de descripteurs significatifs (caractéristiques), et réalise des traitements et transformations de signaux à partir de mesures brutes. · State Detection (#3-SD) : cette couche de détection d’état recherche des anomalies sur les signaux traités et doit déterminer la zone d’anomalie correspondante (si elle existe) sur laquelle se situe ces signaux, dans le but de générer des alertes ou des alarmes.CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 26 · Health Assessment (#4-HA) : cette couche d’évaluation de la santé réalise le diagnostic des fautes détectées et détermine l’état de santé courant de l’équipement ou du processus, en considérant l’ensemble des informations d’états. · Pronostic Assessment (#5-PA) : cette couche d’évaluation pronostic détermine les états de santé et les modes de défaillances futurs à partir de l’évaluation de l’état de santé courant et de la projection de l’utilisation de l’équipement ou du processus, et détermine des prédictions de durées de vie résiduelle (Remaining Useful Life). · Advisory Generation (#6-AG) : cette couche de génération de conseils fournit des informations claires et concrètes sur des actions de maintenance nécessaires ou concernant des modifications opérationnelles à apporter pour optimiser la durée de vie du processus et/ou de l’équipement. · Information Presentation (#7) : cette couche est une interface permettant de présenter des données pertinentes issues des différentes couches à des personnels qualifiés, telles que des courbes de tendances et des zones d’anomalies associées. Elle doit fournir aux analystes les données nécessaires pour identifier, confirmer ou comprendre un état anormal. Par ailleurs, cette couche assure une transformation de données en une forme présentant clairement les informations nécessaires pour prendre des décisions sur les actions de maintenance à réaliser. · External Systems (#8) : cette couche permet une liaison rapide avec des systèmes externes, et notamment avec un système de maintenance (accès à l’historique des interventions de maintenance, transmission des recommandations de maintenance ou de requêtes d’intervention de maintenance, par exemple), et avec un système de contrôle d’exploitation (accès aux prévisions de l’utilisation de l’équipement, transmission de requêtes de changements opérationnels ou de mise hors service de l’équipement, par exemple). Le concept d’état de santé mentionné dans la norme ISO 13374 (health state) n’est pas clairement défini. L’état de santé d’un équipement repose généralement sur l’expertise métier et dépend des traitements réalisés par les couches #4 à #6 du modèle. Néanmoins, la première partie de cette norme évoque un indice de santé associé à un équipement (health index) allant de 0 (défaillance complète de l’équipement) à 10 (équipement comme neuf). La seconde partie de la norme ISO 13374 (partie 2 : traitement des données) caractérise les différents modules associés aux couches successives de traitement présentées sur la figure 1.6 (ISO 13374-2, 2007). Un module peut implémenter des fonctionnalités relatives à une ou plusieurs couches de traitement du modèle. De plus, cette norme suggère la manière dont ces modules peuvent être agencés pour former une architecture opérationnelle de surveillance. Ces modules peuvent notamment être répartis sur différents supports d’exécution interconnectés entre eux. La figure 1.7 ci-dessous illustre un exemple d’architecture opérationnelle, dans laquelle chaque module est supporté par un dispositif matériel et implémente les fonctionnalités d’une couche du modèle. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 27 Figure 1.7. Exemple d’architecture opérationnelle, adaptée de (ISO 13374-2, 2007). Le medium de communication situé au centre de la figure 1.7, représente le support des différentes communications entre ces modules et peut être réalisé au travers de différentes technologies. Ainsi, les modules de l’architecture ne résident pas nécessairement sur le même support et peuvent être distants les uns des autres. Cette approche permet également d’intégrer des modules développés par différents fournisseurs pour former un système de surveillance modulaire. Des exemples d’échanges d’informations entre ces modules sont proposés dans la troisième partie de la norme (partie 3 : échange), diffusée en 2012 (ISO 13374-3, 2012). 3.1.2 OSA-CBM Le standard OSA-CBM implémente précisément les six couches de traitement définies par la norme ISO 13374 (figure 1.5). Comme la norme ISO 13374, le standard OSA-CBM ne spécifie pas les traitements et les algorithmes internes aux différents modules. En revanche, ce standard définit les types et les structures de données à utiliser pour le traitement et la communication des résultats, ainsi que la manière dont les informations doivent être transférées entre les modules et les lieux de stockage (OSA-CBM, 2006). Il s’agit d’un standard d’interface, imposant des interfaces entre les modules d’un système de surveillance suivant une approche CBM, et favorisant l’interopérabilité entre ces modules. Ainsi, différents fournisseurs peuvent proposer des algorithmes propriétaires sous forme de modules au standard OSA-CBM. Ce standard permet de dissocier les algorithmes de traitements encapsulés dans les modules (algorithmes propriétaires) des interfaces génériques des modules (figure 1.8). CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 28 Figure 1.8. Exemple de module OSA-CBM, adaptée de (OSA-CBM, 2006). Les spécifications du standard OSA-CBM sont diffusées sous forme de diagrammes de classes UML (Unified Modeling Language) et sont indépendantes de la technologie mise en œuvre pour le développement des modules de traitement. Le concepteur du système de surveillance doit alors sélectionner une technologie spécifique pour la mise en œuvre des modules de traitement et définir les communications nécessaires entre ces modules. Le standard OSA-CBM définit une typologie des échanges possibles entre modules sur la base des recommandations de la norme ISO 13374 (partie 3 : communication). La figure 1.9 cidessous illustre les différents types de communications définis par le standard OSA-CBM. Figure 1.9. Interfaces entre modules, adaptée de (OSA-CBM, 2006). CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 29 Un module OSA-CBM peut communiquer avec un ou plusieurs modules selon quatre types d’interface : · Synchrone (type 1) : ce mécanisme permet un échange direct entre un module producteur d’informations (serveur) et un module consommateur (client). Un module consommateur indique à un module producteur les informations qu’il souhaite recevoir et attend que ces informations soient disponibles et transmises par le module producteur avant de poursuivre ses traitements. · Asynchrone (type 2) : ce mécanisme permet à deux modules d’entretenir et de maintenir une communication bidirectionnelle. Dans ce mode, un module consommateur souhaitant obtenir des données de la part d’un module producteur n’attend pas que ces données soient disponibles avant de continuer ses traitements (dialogue de type requêtes-réponses entre deux modules, par exemple). Par ailleurs, un module producteur peut transmettre spontanément des informations à un ou plusieurs modules consommateurs de manière périodique ou événementielle. · Service (type 3) : ce mécanisme permet une communication unidirectionnelle entre un ou plusieurs modules producteurs d’informations et un module consommateur. Cette interface peut être mise en œuvre, par exemple, pour des besoins de stockage d’informations (archivage des informations par un module consommateur), ou pour la gestion des requêtes d’intervention de maintenance (transmission des ordres de maintenance vers un système de maintenance consommateur). · Souscription (type 4) : ce mécanisme permet à un module consommateur de souscrire à des informations auprès d’un module producteur. Le module consommateur souscripteur reçoit alors ces informations de manière asynchrone (régulièrement ou sur alertes), dès que les informations élaborées par le module producteur sont disponibles. Les modules de traitement sont généralement successifs, afin de transformer des données brutes collectées sur un système sous surveillance en informations pertinentes. Cependant, ces liens logiques entre modules ne sont pas imposés par le standard OSA-CBM ou la norme ISO 1337. Ainsi, un module peut en principe accéder à n’importe quel autre module lorsque ces modules partagent un même medium de communication. Le standard OSA-CBM a été développé sur la base d’un autre standard MIMOSA, décrit selon un même système d’information relationnel commun (CRIS) : le standard OSA-EAI (Open System Architecture Enterprise Application Integration). Il s’agit d’un standard visant à faciliter l’échange d’informations entre différentes applications métiers d’une entreprise, y compris des informations relatives à la maintenance, au diagnostic et au pronostic (OSA-EAI, 2010). La norme ISO 13374 étant moins restrictive sur la mise en œuvre des couches fonctionnelles du modèle que le standard OSA-CBM, elle sera retenue dans la suite de nos travaux. La section suivante soulève les différentes problématiques liées à la surveillance des systèmes cibles suivant les spécifications de cette norme. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 30 3.2 Problématiques de la surveillance des systèmes cibles considérés La norme ISO 13374 a été initialement développée pour la surveillance de machines ou d’équipements industriels isolés (machine tournante, processus d’usinage, par exemple). En l’absence de standards dédiés à la surveillance des systèmes cibles considérés dans nos travaux, ce modèle offre une décomposition fonctionnelle générique d’un système de surveillance. De plus, cette norme constitue un modèle de référence pour la surveillance de certains systèmes cibles, notamment dans les domaines des transports et de l’industrie (Gorinevsky et al., 2010 ; Naedele et al., 2004). Cependant, des difficultés se présentent lorsque ce modèle d’architecture doit être instancié pour la surveillance d’un système cible. La figure 1.10 ci-dessous illustre les principales difficultés à appréhender pour la surveillance d’un tel système suivant ce modèle d’architecture. A partir des six couches fonctionnelles de ce modèle, plusieurs alternatives se présentent aux concepteurs d’un système de surveillance. Ces couches fonctionnelles peuvent être réparties selon deux axes : · répartition “verticale” des couches (1) : les traitements associés aux couches fonctionnelles ISO 13374 peuvent être réalisés au plus près du système cible (traitements embarqués) ou être pris en charge par le centre de maintenance (traitements distants). · répartition “horizontale” des couches (2) : la surveillance d’un système cible passe par la surveillance de ses sous-systèmes. Par conséquent, les traitements associés aux couches fonctionnelles ISO 13374 doivent être déployés suivant les sous-systèmes du système cible, dont la technologie diffère d’un sous-système à un autre. Figure 1.10. Surveillance d’un système cible suivant les couches fonctionnelles ISO 13374. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 31 Les sous-sections suivantes précisent les principales contraintes à considérer pour la surveillance de systèmes cibles. Notons que ces contraintes dépendent des domaines d’applications des systèmes cibles introduits au début de ce chapitre. Dans ces travaux, le domaine des transports ferroviaires a été retenu comme cadre applicatif. Par conséquent, la suite de ce manuscrit se concentre sur la surveillance de systèmes cibles mobiles. 3.2.1 Contraintes liées à la mobilité du système cible En considérant la répartition “verticale” des couches du modèle, une séparation des couches doit être établie suivant les traitements à effectuer à bord du système cible et les traitements à réaliser au centre de maintenance. La première couche du modèle (#1-Data Acquisition) doit au minimum être implémentée à bord du système cible, pour permettre la collecte des données et la transmission de ces données au centre de maintenance. Lorsque la quantité de données à transmettre est importante, il est préférable d’inclure la couche #2 du modèle à bord (Alanen et al., 2006). Ainsi, plus les couches du modèle résident à bord du système cible, plus les traitements embarqués sont évolués et permettent de délivrer des informations pertinentes au centre de maintenance. Cependant, il est nécessaire de tenir compte des performances requises pour mettre en œuvre les traitements associés aux couches fonctionnelles du modèle (puissance de calcul disponible à bord, capacités de stockage et de communication, par exemple). Dans le but d’optimiser les interventions de maintenance, les données relatives à la géolocalisation du système cible peuvent également être transmises au centre de maintenance. De ce fait, le système cible peut être acheminé vers l’atelier de maintenance le plus proche en fonction de son état de santé (Umiliacchi et al., 2011). Aussi, certains traitements nécessitent des données fournies par le centre de maintenance (historique des tâches de maintenance, prévisions d’utilisation du système cible, par exemple). Lorsque ces traitements sont embarqués, le centre de maintenance doit transmettre ces données au système cible. Une communication bidirectionnelle entre le système cible mobile et le centre de maintenance est alors nécessaire. 3.2.2 Contraintes liées aux sous-systèmes du système cible Suivant les couches à implémenter à bord du système cible, la répartition “horizontale” des couches concerne l’affectation des modules de traitement aux différents sous-systèmes. Comme abordé précédemment, un module de traitement peut implémenter les fonctionnalités de une ou de plusieurs couches du modèle ISO 13374. De ce fait, un module de traitement peut être affecté à un sous-système, à un groupe de sous-systèmes, ou à l’ensemble des soussystèmes. Les contraintes associées à la mise en œuvre de ces modules de traitement sont précisées ci-après. · Répartition spatiale des sous-systèmes : les sous-systèmes sont généralement implantés dans différentes zones du système cible et peuvent interagir entre eux (interactions physiques et/ou informationnelles). L’affectation des modules de traitement aux sous-systèmes peut alors être orientée suivant l’implantation de ces sous-systèmes. Aussi, les interactions entre les sous-systèmes sont à considérer lors de la mise en œuvre des modules de traitements. Par exemple, une défaillance peut engendrer des dysfonctionnements au niveau de plusieurs sous-systèmes d’un système cible (Lefebvre et al., 2000). De multiples alarmes peuvent ainsi être générées CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 32 lorsqu’un module relatif à la couche détection du modèle ISO 13374 (#3-State Detection) est affecté à chaque sous-système. · Hétérogénéité technologique des sous-systèmes : les sous-systèmes reposent sur des technologies différentes. Par conséquent, un sous-système basé sur une certaine technologie doit être associé à un module de traitement compatible avec cette technologie. De plus, le modèle ISO 13374 se concentre sur la surveillance de parties physiques d’un équipement. Cependant, les sous-systèmes considérés sont constitués de parties physiques et informationnelles. En effet, les défaillances logicielles non abordées dans la norme ISO 13374 ont un impact direct sur la disponibilité du système cible. Notons que la surveillance de parties logicielles peut être abordée de la même manière que la surveillance de parties physiques (Pipatsrisawat et al., 2009). Néanmoins, les défaillances logicielles se manifestent principalement de manière soudaine et peuvent difficilement être anticipées. · Variabilité des sous-systèmes : les sous-systèmes sont conçus par différents fournisseurs et peuvent varier entre plusieurs systèmes cibles d’une même génération (changement de fournisseur, obsolescence de composants, ajout de fonctionnalités, par exemple) (Azarian et al., 2011). La répartition “horizontale” des couches du modèle doit alors être adaptée aux évolutions des différents sous-systèmes du système cible. Par exemple, un même sous-système peut présenter des caractéristiques différentes entre deux systèmes cibles, ou ne pas être implanté sur un autre système cible. Dans ce cas, une modification doit pouvoir être apportée aux modules de traitement sans impliquer une refonte de l’architecture de surveillance. Aussi, certains modules de traitement peuvent être réutilisés pour la surveillance de sous-systèmes ayant les mêmes caractéristiques. 3.2.4 Contraintes liées à l’environnement du système cible Lorsque le système cible est immergé dans un environnement, il est soumis à différents contextes opérationnels (Monnin et al., 2011). L’environnement du système cible peut potentiellement provoquer des défaillances lors de son fonctionnement. Ces défaillances sont alors signalées au centre de maintenance par le système de surveillance associé au système cible. La figure 1.11 ci-après illustre un exemple de système cible mobile situé dans son environnement. Dans cet exemple, les couches #1 à #3 du modèle ISO 13374 sont implémentées à bord du système cible et les couches #4 à #6 sont assurées par le centre de maintenance (répartition “verticale” des couches). La défaillance du système cible est supposée apparaitre sous l’effet de perturbations provenant de son environnement. Cette défaillance déclenche alors des alarmes au niveau de la couche #3 du modèle. Ces alarmes sont par la suite transmises au centre de maintenance et analysées par un opérateur de maintenance ou traitées par les couches #4 à #6 du modèle lorsqu’elles sont implémentées au sol. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 33 Figure 1.11. Exemple de surveillance d’un système cible mobile dans son environnement. L’analyse de ces alarmes au sol est délicate pour un opérateur de maintenance. Le contexte opérationnel du système cible n’étant pas connu, l’opérateur n’est pas en mesure de déterminer si ces alarmes sont liées à l’environnement du système cible ou si le système cible nécessite réellement une intervention de maintenance. Ainsi, le diagnostic établi au sol par la quatrième couche du modèle à partir de ces alarmes risque d’être erroné. En effet, les informations de contextes non exploitées par la couche diagnostic (#4- Health Assesment) sont essentielles pour interpréter les dysfonctionnements du système cible. De plus, lorsque le système cible arrive au centre de maintenance, aucun dysfonctionnement ne peut être constaté. Le système cible n’opérant plus dans le même contexte opérationnel, il est alors difficile de reproduire les conditions d’exploitation ayant conduit à une anomalie de fonctionnement. Ce phénomène nommé NFF (No Fault Found) favorise le remplacement à tort d’éléments du système cible et engendre des coûts importants de maintenance (Lanigan et al., 2011). A titre d’exemple, il peut être judicieux d’associer à une défaillance la localisation précise du système cible, qui peut être fournie aisément par un dispositif de géolocalisation (Bengston, 2003). Ceci permet d’écarter certaines défaillances liées à l’environnement du système cible. 3.2.5 Exigences d’un système de surveillance Les principales exigences associées à un système de surveillance peuvent être établies à partir du modèle d’architecture proposé par la norme ISO 13374. Une exigence fondamentale concerne la surveillance d’un système cible lors de son fonctionnement (surveillance enligne). Un système de surveillance ne doit pas altérer la performance du système cible sous surveillance. Par conséquent, les moyens d’acquisition de données associés à la première couche du modèle ISO 13374 doivent être non-intrusifs vis-à-vis du système cible sous surveillance. Dans nos travaux, un système de surveillance doit également répondre aux exigences suivantes : · Précision : le système de surveillance doit identifier précisément des éléments défectueux à remplacer ou à réparer du système cible parmi les différents soussystèmes qui composent ce système cible. CHAPITRE I : PROBLÉMATIQUE DE LA SURVEILLANCE POUR L’AIDE À LA MAINTENANCE Page 34 · Facilité d’explication : le système de surveillance doit faciliter la compréhension des informations de surveillance fournies aux opérateurs de maintenance (présentation de données brutes ayant conduit à un résultat de diagnostic, par exemple). · Adaptabilité : le système de surveillance doit être suffisamment modulaire pour faire face aux changements survenant dans le système cible (remplacement de soussystèmes, ajout ou suppression de composants, par exemple). · Réactivité : les informations de surveillance doivent être transmises dans un temps opportun au centre de maintenance afin d’optimiser les interventions de maintenance (planification d’une opération de maintenance suivant l’état de certains sous-systèmes du système cible, par exemple). · Confiance : le système de surveillance doit être suffisamment robuste pour ne pas générer de fausses alarmes (diagnostic erroné transmis à un opérateur de maintenance, par exemple). 4. Conclusion Ce premier chapitre a permis d’introduire les propriétés des systèmes cibles considérés dans nos travaux ainsi que les différentes notions relatives à la surveillance dans un contexte de maintenance. Au sein d’un système de maintenance, la surveillance peut permettre d’optimiser efficacement les interventions de maintenance préventive et corrective et accroître ainsi la disponibilité d’un système cible. Un système de surveillance assure deux composantes principales : percevoir les dysfonctionnements survenant dans un système sous surveillance et interpréter ces dysfonctionnements. Le diagnostic prend en charge l’interprétation des dysfonctionnements observés sur le système sous surveillance. Cette fonction essentielle doit permettre de déterminer les éléments défectueux du système à remplacer ou à réparer qui seront présentés aux opérateurs de maintenance. Dans ce chapitre, deux standards complémentaires d’architectures de surveillance ont été présentés : un modèle proposé par la norme ISO 13374 et une implémentation de référence de ce modèle nommé OSA-CBM. Ces deux standards décomposent un système de surveillance en six couches fonctionnelles successives. Le modèle prescrit par la norme ISO 13374 s’avère plus générique que le standard OSA-CBM et a été retenu dans le cadre de nos travaux. Cependant, la surveillance d’un système cible suivant ce modèle présente certaines difficultés exposées à la fin de ce chapitre. En effet, un système cible est constitué de sous-systèmes hétérogènes et soumis à différents contextes opérationnels. De plus, un système cible mobile est rattaché à un centre de maintenance distant. La problématique principale est de concevoir une architecture de surveillance reposant sur la norme ISO 13374 et répondant aux exigences listées en 3.2.5. Cette architecture doit permettre de surveiller un système cible mobile qui est lui-même composé de systèmes. Cette problématique constitue le verrou scientifique auquel nos travaux s’adressent. Le chapitre suivant se focalise sur la surveillance de systèmes cibles mobiles et recense les différentes approches de la littérature pour établir le diagnostic d’un tel système suivant la quatrième couche (Health Assesment) définie par la norme ISO 13374. Page 35 Chapitre II Surveillance de systèmes mobiles : état de l’art et approches de surveillance active Introduction Le précédent chapitre a mis en évidence un ensemble de problématiques et contraintes à considérer pour concevoir une architecture de surveillance associée à un système cible. Ce chapitre explore les différentes approches pour la surveillance de systèmes cibles mobiles (système de transport aérien, maritime ou ferroviaire, par exemple). Comme évoqué dans le précédent chapitre, ces systèmes cibles évoluent dans différents contextes opérationnels et communiquent avec un centre de maintenance distant. La première partie de ce chapitre présente un état de l’art des architectures de diagnostic et propose une typologie des architectures pour diagnostiquer un système cible mobile. A partir des exigences d’un système de surveillance établies dans le précédent chapitre, une architecture de diagnostic sera retenue dans la suite de nos travaux. La seconde partie de ce chapitre s’appuie sur le concept de surveillance active pour proposer des approches de modélisation de l’architecture de diagnostic choisie. Une approche de modélisation sera adoptée et reprise dans le chapitre suivant afin de proposer une architecture générique pour la surveillance de systèmes cibles mobiles. 1. Etat de l’art des architectures de diagnostic La norme ISO 13374 détaillée dans le précédent chapitre définit un modèle générique d’architecture de surveillance en six couches fonctionnelles successives, dont la quatrième couche (#4-Health Assesment) élabore le diagnostic à partir de données fournies par les couches de niveaux inférieurs. Le diagnostic joue un rôle décisif dans la performance d’une architecture de surveillance, et peut également impacter la sécurité du système cible (Koutsoukos et al., 2010). En effet, le diagnostic incrimine des éléments potentiellement responsables d’une défaillance ou d’une dégradation particulière et implique des actions de maintenance bien précises. De notre point de vue, deux alternatives se dégagent pour réaliser le diagnostic d’un système cible mobile rattaché à un centre de maintenance distant. La première consiste à collecter des données brutes sur le système cible et à transférer ces données vers un centre de maintenance, où le diagnostic est exécuté. Dans cette première approche, le système cible peut être vu comme un dispositif d’acquisition de données, générant un flux de données brutes envoyé vers le centre de maintenance. Dans la seconde approche, le système cible est considéré comme un dispositif de calcul, capable de traiter et d’interpréter ces données brutes. Le diagnostic réside alors à bord du système cible, et seules des informations pertinentes de diagnostic sont délivrées au centre de maintenance (Alanen et al., 2006 ; Bengtson, 2003). CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 36 Ces deux approches, nommées respectivement diagnostic distant et diagnostic embarqué sont illustrées par la figure 2.1. Lorsque le diagnostic est distant (figure 2.1 a), les couches #1 à #3 du modèle ISO 13374 sont implémentées à bord du système cible, tandis que les couches #4 à #6 sont prises en charge par le centre de maintenance. Dans une approche de diagnostic embarqué (figure 2.1 b), les couches #1 à #4 du modèle sont implémentées à bord du système cible et les couches #5 et #6 sont assurées par le centre de maintenance. Figure 2.1. Partitionnement du diagnostic : diagnostic distant (a) et diagnostic embarqué (b). Suivant cette dichotomie, cette partie recense les principales architectures de diagnostic pour la surveillance de systèmes cibles mobiles, en faisant abstraction des méthodes de diagnostic mises en œuvre. Ainsi, une typologie des architectures de diagnostic sera établie indépendamment des traitements internes réalisés par les couches du modèle ISO 13374. 1.1 Diagnostic distant Cette approche consiste à réaliser le diagnostic à distance dans un centre de maintenance, à partir de données collectées et prétraitées à bord du système cible par les couches #1 à #3 du modèle. Les alarmes et autres signaux brutes du système cible sont alors transférés et analysés au centre de maintenance. Le diagnostic distant est généralement réalisé de manière centralisé et doit traiter une masse de données brutes pour rechercher les causes des symptômes détectés à bord du système cible. Cette architecture, nommée Diagnostic Distant Centralisé (DDC), permet d’exploiter pleinement les capacités de stockage et de traitement disponibles au centre de maintenance. Cependant, le diagnostic peut difficilement être établi pendant le fonctionnement du système cible en raison des contraintes de communication. En effet, des volumes de données importants doivent être transférés du système cible mobile vers le centre de maintenance, impliquant des délais de transmission et de traitement. Par conséquent, les données nécessaires à l’élaboration d’un diagnostic sont généralement stockées à bord du système cible et transmises de manière périodique ou événementielle au centre de maintenance (Jianjun et al., 2007). Ces données sont alors enregistrées en-ligne pendant le CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 37 fonctionnement du système et le diagnostic est exécuté hors-ligne à posteriori (approche de type “boîte noire”). L’architecture DDC permet également d’assurer le diagnostic de plusieurs systèmes cibles mobiles (flotte de trains ou de navires, par exemple) (Monnin et al., 2011). D’un point de vue fiabilité, cette architecture présente un inconvénient majeur. Le diagnostic des différents systèmes cibles repose sur un seul et unique centre de maintenance. L’occurrence d’une défaillance en ce point sensible de l’architecture entraine une interruption du diagnostic pour l’ensemble des systèmes cibles (Ferrari, 2009). Par ailleurs, en examinant les exigences d’un système de surveillance établies dans le précédent chapitre, l’architecture DDC présente les limitations suivantes : · Précision : les données traitées au centre de maintenance représentent essentiellement des symptômes émis sous forme d’alarmes. L’interprétation de ces événements par une fonction de diagnostic au sol est parfois erronée (Azarian et al., 2011). Dans certains domaines applicatifs des systèmes cibles, le diagnostic est couramment achevé manuellement au sol par un expert à partir des alarmes générées à bord du système cible (De Ambrosi et al., 2008). · Réactivité : cette approche implique des quantités de données considérables à transférer au centre de maintenance, par exemple, par le biais de liaisons sans fil (technologies GPRS, GSMR ou Wifi) (Schwarzenbach et al., 2010). Ces transferts de données introduisent des retards non négligeables dans l’élaboration d’un diagnostic, et par conséquent, dans la planification des opérations de maintenance. · Confiance : les symptômes détectés à bord du système cible ne sont pas contextualisés. Ainsi, une alarme peut être déclenchée par l’environnement du système cible ou être provoquée par des interférences entre certains sous-systèmes (défaillances fugitives, par exemple). Notons également que certaines données peuvent être superflues (alarmes redondantes, alarmes liées aux actions du conducteur ou émises lors des interventions de maintenance, par exemple) (Sammouri et al., 2012). Ces données sont néanmoins transmises et archivées au centre de maintenance, engendrant des coûts injustifiés de transmission et de stockage. Ainsi, le contexte opérationnel du système cible n’est pas considéré lors de l’élaboration d’un diagnostic sur la base de ces alarmes. Néanmoins, cette architecture est relativement simple à mettre en œuvre et permet à des systèmes d’informations externes d’exploiter aisément les données collectées. Plusieurs implémentations de l’architecture DDC ont été réalisées dans le domaine des transports. Par exemple, la première génération de systèmes HUMS (Health and Usage Monitoring System), apparue au début des années 90, était limitée à la collecte de données et à la génération d’alarmes sur certains aéronefs (Wiig, 2006). Les principaux inconvénients de ce système résident dans la génération de fausses alarmes et dans l’interprétation de ces masses de données brutes au centre de maintenance. Dans le domaine ferroviaire, le projet Européen TrainCom a contribué à standardiser les échanges de données entre un matériel roulant ferroviaire et un centre de maintenance distant (Gatti, 2002). La communication entre le véhicule ferroviaire et un centre de maintenance au sol (ROGS : Railway Open Ground Station) est assurée par une interface de communication nommée ROGate (Railway Open Gateway). Ces spécifications ont permis à différentes applications situées au centre de maintenance de traiter les données collectées à bord des trains. Cette infrastructure de CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 38 communication a été expérimentée en Europe dans le cadre du projet EuRoMain (European Railway Open Maintenance System) (Euromain, 2002). Le principal objectif de ce projet était de définir un système d’aide à la maintenance de véhicules ferroviaires en réalisant le diagnostic à distance des différents équipements embarqués. Actuellement, les deux principaux constructeurs mondiaux de matériels ferroviaires ont adopté une architecture DDC. Les systèmes Orbita (Orbita, 2006) et TrainTracer (TrainTracer, 2006) développés respectivement par Bombardier-Transport et AlstomTransport permettent de prélever des données en temps réel sur des véhicules ferroviaires et de les transférer vers un système central (figure 2.2). Figure 2.2. Architecture du système TrainTracer, adaptée de (Sammouri et al., 2012). Les données relatives aux différents équipements implantés à bord des véhicules (accès voyageurs, climatisations, tractions, par exemple) sont transmises et stockées systématiquement sur un serveur de données (figure 2.2). Ces données brutes (états et alarmes des différents équipements embarqués, par exemple) sont exploitées par le personnel de maintenance ou traitées par différentes applications (extraction de données, analyse de tendances, diagnostic, par exemple). Ces applications sont développées par les constructeurs ou les exploitants de matériels ferroviaires. 1.2 Diagnostic embarqué Lorsque la quatrième couche du modèle ISO 13374 (#4-Health Assesment) est intégrée au sein du système cible, le diagnostic est embarqué. Cette approche vise à exécuter le diagnostic pendant le fonctionnement du système cible et offre plus d’autonomie et de réactivité. Contrairement à une architecture DDC, les données brutes sont converties en informations de CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 39 diagnostic à bord du système cible (figure 2.3). Les délais et coûts de transmission sont alors réduits car seules des informations pertinentes émanent du système cible. De plus, le diagnostic embarqué permet d’exploiter des informations contextuelles disponibles à bord du système cible. Ces informations complémentaires contribuent largement à améliorer la performance du diagnostic embarqué (Byington et al., 2003). Figure 2.3. Exemple de diagnostic embarqué, adaptée de (Hunter et al., 2013). Le diagnostic d’un système cible repose sur le diagnostic des différents sous-systèmes qui le composent (Kurien et al., 2002). Une première approche permettant de réaliser le diagnostic à bord d’un tel système consiste à déployer une couche de diagnostic sur l’ensemble des soussystèmes. Ainsi, une entité centrale de diagnostic interprète les données relatives aux différents sous-systèmes et délivre un diagnostic global du système cible. Une seconde approche envisage de fractionner la couche de diagnostic en autant d’entités de diagnostic qu’il existe de sous-systèmes. Dans cette approche, une entité de diagnostic est affectée à chaque sous-système du système cible. Le diagnostic global du système cible est alors obtenu à partir des résultats produits par les entités locales de diagnostic. Inspiré des approches de la littérature pour diagnostiquer des systèmes répartis, nous proposons de distinguer trois classes d’architectures pour réaliser le diagnostic embarqué de systèmes cibles (figure 2.4). Le diagnostic peut être centralisé, décentralisé ou réparti (également nommé distribué : distributed diagnosis) (Fabre, 2007 ; Ferrari, 2009 ; Roychoudhury et al., 2009 ; Subias, 2006). Notons que le diagnostic décentralisé ou réparti est généralement associé à une méthode de diagnostic particulière dans la littérature (Genc et Lafortune, 2003 ; Pencolé et Cordier, 2005). CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 40 Figure 2.4. Diagnostic centralisé (a), décentralisé (b) et distribué (c), adaptée de (Ferrari, 2009). Dans la première classe d’architecture, nommée Diagnostic Embarqué Centralisé (DEC), une seule entité de diagnostic est implémentée à bord du système cible et réalise le diagnostic des différents sous-systèmes. Dans une architecture de Diagnostic Embarqué Décentralisé (DED), une entité de diagnostic est implémentée pour chaque sous-système. Ces entités réalisent le diagnostic de manière indépendante et ne peuvent communiquer entre elles. Lorsque le diagnostic est distribué, chaque sous-système est également associé à une entité de diagnostic, mais ces entités peuvent communiquer entre elles. Le terme distribué fait généralement référence au medium de communication utilisé pour interconnecter ces entités de diagnostic. Dans les travaux présentés dans ce manuscrit, cette troisième classe d’architecture est nommée Diagnostic Embarqué Décentralisé et Coopératif (DEDC), afin de dissocier l’organisation de ces entités de diagnostic des solutions technologiques utilisées pour mettre en œuvre ce type d’architecture. Les sous-sections suivantes précisent ces trois catégories d’architectures. 1.1.1 Diagnostic embarqué centralisé Le diagnostic embarqué d’un système cible est généralement réalisé par une entité centrale de diagnostic, en charge de traiter les données brutes des différents sous-systèmes (Dievart et al., 2010). L’architecture DEC suppose qu’une seule entité de diagnostic puisse intégrer une connaissance de l’ensemble des sous-systèmes et établir le diagnostic global du système cible (Kurien et al., 2002). Aussi, cette entité doit être capable d’absorber et de traiter de grandes quantités de données à bord du système cible. Cette architecture peut s’avérer irréaliste pour un système cible constitué de multiples sous-systèmes. En effet, les données relatives aux sous-systèmes doivent être centralisées en un même point à bord du système cible pour être analysées. Le système cible doit alors disposer de ressources suffisantes pour supporter ces flux de données et réaliser les traitements nécessaires (volume de données important à traiter en un temps donné, par exemple). Par ailleurs, cette architecture présente des limitations en termes de fiabilité et de modularité. Par exemple, l’ajout d’un sous-système entraine systématiquement une modification des traitements réalisés par cette entité centrale de diagnostic. Un exemple d’implémentation d’une architecture DEC dans le domaine des transports aériens est le système de maintenance centralisé (CMS : Central Maintenance System). Dans cette architecture, une unité centrale effectue des traitements à partir de symptômes et autres données brutes pour élaborer un diagnostic (Balin et Stankunas, 2013). Ce système permet d’identifier les causes des anomalies de fonctionnement et élabore des recommandations pour CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 41 le personnel de bord. Les résultats du diagnostic sont archivés et peuvent également être consultés par des techniciens de maintenance. Néanmoins, ce système central doit être suffisamment performant (puissance de calcul et taille mémoire notamment) pour fournir des informations dans des délais acceptables (situation d’urgence, par exemple). 1.1.2 Diagnostic embarqué décentralisé L’architecture DED favorise le traitement des données au plus près des sous-systèmes à diagnostiquer. Dans cette architecture, chaque sous-système est diagnostiqué localement par une entité de diagnostic. Les résultats des diagnostics délivrés par ces différentes entités sont généralement transmis de manière disjointe au centre de maintenance. Le diagnostic global du système cible peut être envisagé de plusieurs manières. Il peut être considéré, par exemple, comme une juxtaposition des résultats des diagnostics locaux (Biteus, 2004). De ce fait, le diagnostic global correspond aux diagnostics des différentes parties du système cible, ce qui permet de présenter des informations plus compréhensibles aux opérateurs de maintenance. Aussi, le diagnostic global peut résulter d’une fusion des résultats de diagnostic locaux. Dans ce cas, une ou plusieurs entités supplémentaires sont chargées de collecter les résultats des diagnostics locaux et de les fusionner. Cependant, les entités de diagnostic opèrent de manière indépendante et exploitent uniquement les observations limitées de leurs sous-systèmes. En d’autres termes, ces entités de diagnostic ne communiquent pas entre elles (Qiu et Kumar, 2004). Par conséquent, une entité de diagnostic n’est pas en mesure de considérer les interactions entre les sous-systèmes lors de l’élaboration d’un diagnostic (Ferrari, 2009). Ainsi, une entité peut émettre un diagnostic erroné lorsque le sous-système auquel elle est associée est influencé par d’autres sous-systèmes. Cette catégorie d’architecture a notamment été expérimentée pour réaliser le diagnostic à bord de véhicules routiers. Par exemple, dans (Nasri et al., 2012) les auteurs proposent une architecture DED limitée au diagnostic d’une fonction sécuritaire d’un véhicule. Cette architecture met en œuvre différentes entités locales de diagnostic (diagnostiqueurs) qui intègrent une méthode de diagnostic spécifique, et dont les résultats de diagnostic sont communiqués à une entité supérieure nommée coordinateur. Ce coordinateur est implémenté à bord du véhicule et délivre un diagnostic final en fusionnant les résultats des diagnostics locaux à partir de règles. Les entités de diagnostic mises en œuvre sont intégrées aux équipements embarqués existants faisant l’objet d’un diagnostic (unités de contrôle des soussystèmes du véhicule). Les informations contextuelles relatives aux différents sous-systèmes diagnostiqués ne sont pas considérées par ces entités de diagnostic. Les résultats évoqués par les auteurs concernent l’influence des entités de diagnostic sur la fiabilité de l’architecture global du système et ne précisent pas réellement la performance du diagnostic obtenu. 1.1.3 Diagnostic embarqué décentralisé et coopératif Dans cette catégorie d’architecture, les entités de diagnostic sont agencées de la même manière que dans une architecture DED, c’est-à-dire, une entité de diagnostic est affectée à chaque sous-système du système cible. A la différence d’une architecture DED, ces entités opèrent de manière proactive et peuvent dialoguer entre elles (Zhang et Zhang, 2013). Par exemple, une entité de diagnostic peut coopérer avec d’autres entités. Elle obtient ainsi des informations complémentaires pour enrichir ses observations locales et fournir un diagnostic plus robuste. Ces informations concernent, par exemple, les états et contextes d’autres sous-CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 42 systèmes (symptômes ou modes de fonctionnement de sous-systèmes évoluant dans le même environnement, par exemple). L’architecture DEDC permet d’établir un diagnostic global du système cible suivant un schéma de communication défini entre les différentes entités de diagnostic (Provan, 2002). Les échanges entre ces entités sont généralement calqués sur les interactions existantes entre les différents sous-systèmes diagnostiqués (interactions physiques et informationnelles, par exemple) (Fabre, 2007). Les communications entre entités limitent le nombre de fausses alarmes transmises aux opérateurs de maintenance. Néanmoins, cette architecture implique des flux d’informations supplémentaires à bord du système cible par rapport aux architectures DEC et DED. Cette contrainte est compensée par un allégement des capacités de calcul requises pour réaliser le diagnostic, et par une augmentation de la fiabilité et de la modularité de l’architecture (Ferrari, 2009). Par ailleurs, cette approche est adaptée à l’architecture des systèmes cibles, dans laquelle les sous-systèmes interagissent entre eux et présentent un dispositif de calcul local (unité de contrôle disposant de processeurs et de mémoires, par exemple) (Roychoudhury et al., 2009). Les architectures DEDC développées pour la surveillance de systèmes mobiles sont relativement peu nombreuses. Par exemple, une architecture de type DEDC est proposée dans (Dievart et al., 2010) pour la surveillance d’un système de transport. Cette architecture est basée sur des entités de diagnostic reliées à une base de données commune et pouvant s’échanger des informations par le biais d’une mémoire partagée (tableau noir). Certaines entités sont autorisées à communiquer directement entre elles. Cependant, une méthode de diagnostic spécifique est exécutée par les différentes entités qui composent cette architecture. Par ailleurs, les informations contextuelles des sous-systèmes surveillés ne sont pas considérées pour améliorer la performance du diagnostic. Plus récemment, certaines architectures DEDC ont été développées dans le cadre du programme IVHM (Integrated Vehicle Health Management), introduit à l’origine dans les secteurs aéronautique et spatial (Benedettini et al., 2009). Ce concept vise à accroitre la sécurité et la fiabilité de certains systèmes de transports (avions de ligne, véhicules aériens, par exemple) et à optimiser leurs coûts de maintenance, en implémentant à leur bord des fonctions avancées de diagnostic et de pronostic (Ferreiro et al., 2012 ; Schoeller et al., 2007). Avec la création d’un centre de Recherche en collaboration avec différents industriels (IVHM-Center, 2008), la communauté IVHM contribue activement à l’élaboration de nouveaux standards (SAE-HM1, 2013). Cette communauté s’appuie notamment sur la norme ISO 13374 pour concevoir et mettre en œuvre des modules de surveillance embarqués. Par exemple, le projet VIPR (Vehicle Integrated Prognostic Reasoner) a permis de définir un modèle d’architecture pour la surveillance de véhicules aérospatiaux (Bharadwaj et al., 2013). L’architecture VIPR combine différentes entités interagissant entre elles pour établir un diagnostic global d’un véhicule. Ces entités nommées HM (Health Manager) adhérent à la structure du véhicule à diagnostiquer et sont réparties suivant trois niveaux hiérarchiques (niveau équipement, niveau régional et niveau véhicule) (figure 2.5). Au niveau hiérarchique le plus bas, chaque entité élabore des informations locales de diagnostic et de pronostic (DP) relatives à un équipement (LRU HM). Ces informations sont ensuite confiées aux entités de niveau supérieur (Area HM), capables d’analyser ces résultats en considérant les différentes régions du véhicule (implantation géographique des équipements, interdépendances entre équipements, par exemple). Enfin, les conclusions établies par ces entités sont exploitées par une entité située au niveau supérieur (Vehicle HM) chargée de délivrer un diagnostic final du véhicule. CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 43 Figure 2.5. Architecture VIPR, adaptée de (Cornhill et al., 2013). Cette architecture permet d’établir un diagnostic performant au niveau véhicule, dont le taux de fausses alarmes est faible (Cornhill et al., 2013). Néanmoins, ces entités sont généralement associées à des technologies spécifiques. De plus, le contexte opérationnel associé aux équipements n’est pas exploité par les entités qui composent cette architecture (informations relatives aux organes de contrôle des sous-systèmes, par exemple). 1.3 Typologie des architectures de diagnostic A partir des architectures exposées précédemment, une typologie des architectures de diagnostic peut être articulée autour de trois axes. · Le premier axe concerne l’implantation du diagnostic vis-à-vis du système cible à diagnostiquer. Par exemple, le diagnostic peut être exécuté à bord du système cible, à proximité du système cible (outil de diagnostic portatif, par exemple), ou être réalisé à distance dans un centre de maintenance (Alanen et al., 2006). · Le deuxième axe précise la distribution de la couche diagnostic en fonction des différents sous-systèmes à diagnostiquer. Ainsi, une entité de diagnostic peut être affectée à l’ensemble des sous-systèmes (diagnostic centralisé), ou à chaque soussystème du système cible (diagnostic décentralisé). Il est également possible d’affecter plusieurs entités de diagnostic à un même sous-système. Certains auteurs mentionnent alors une distribution spatiale ou sémantique du diagnostic (Fröhlich et al., 1999 ; Roos et al., 2003). La distribution spatiale fait référence à une répartition géographique des entités de diagnostic, où chaque entité est affectée à une certaine partie du système cible et prend en charge le diagnostic de cette partie. Une partie peut correspondre, par exemple, à un sous-système ou à un regroupement de plusieurs sous-systèmes. Dans une distribution sémantique du diagnostic, des entités de diagnostic hétérogènes sont affectées à une même partie du système cible et réalisent CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 44 conjointement le diagnostic de cette partie. Une entité de diagnostic peut être focalisée sur certains aspects de cette partie ou être spécialisée dans la résolution de certains types de problèmes (analyse de défaillances particulières, par exemple). · Le troisième axe de cette typologie détermine l’organisation des entités de diagnostic au niveau social. Suivant la structure organisationnelle des entités de diagnostic, une entité peut être autorisée ou non à coopérer avec d’autres entités. Par exemple, une entité peut interagir avec l’ensemble des entités ou avec un nombre restreint d’entités (Atlas et al., 2001). La figure 2.6 ci-dessous illustre la typologie proposée et positionne les différentes classes d’architectures définies auparavant. Le deuxième et le troisième axe concernent uniquement les architectures permettant de réaliser le diagnostic à bord de systèmes cibles. En effet, les architectures implémentant le diagnostic à distance impliquent des délais significatifs dans l’analyse des données et dans l’exécution des opérations de maintenance (temps de transmission, de stockage et de traitement des données collectées). Par exemple, l’architecture RCD souffre d’un manque de robustesse et de précision (taux de fausses alarmes important, informations de diagnostic erronées, non pertinentes ou non contextualisées). Par conséquent, les architectures pour lesquelles le diagnostic est exécuté à distance ne seront pas retenues dans la suite de nos travaux. Figure 2.6. Positionnement des architectures de diagnostic suivant la typologie proposée. Parmi les architectures de diagnostic embarqué, l’architecture DEDC s’avère être une approche pertinente pour élaborer le diagnostic de systèmes cibles mobiles. Cette architecture permet d’établir un diagnostic global du système cible à partir des informations délivrées par différentes entités de diagnostic implantées à bord du système cible et pouvant interagir entre CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 45 elles. En considérant les exigences d’un système de surveillance établies dans le précédent chapitre, cette architecture présente les avantages suivants : · Précision : les données brutes sont traitées au plus près des équipements surveillés, ce qui permet de garantir la qualité des observations et par conséquent la précision du diagnostic. · Adaptabilité : les changements survenant dans un sous-système du système cible (modification, ajout ou suppression de composants, par exemple) impactent uniquement l’entité de diagnostic qui lui est associée. · Réactivité : les délais d’interventions de maintenance sont réduits car le système cible est capable de transmettre des informations de diagnostic directement exploitables par les services de maintenance en ciblant des actions de maintenance précises. · Confiance : les informations contextuelles disponibles à bord du système cible peuvent être exploitées par les différentes entités de diagnostic. De plus, ces entités sont capables de communiquer entre elles pour obtenir davantage d’informations sur leur environnement et limiter ainsi le nombre de fausses alarmes. Ces travaux se positionnent dans cette dernière catégorie d’architecture. Dans la suite de ce manuscrit, une architecture de type DEDC est retenue pour la surveillance de systèmes cibles mobiles. La partie suivante propose des approches permettant de modéliser les entités qui composent cette architecture en s’appuyant sur le concept de surveillance active. 2. Approches de surveillance active L’architecture DEDC retenue précédemment requiert la définition de différentes entités en interaction dont l’objectif est de réaliser le diagnostic à bord d’un système cible. Ainsi, cette approche implique une augmentation des capacités informationnelles, décisionnelles et communicationnelles des sous-systèmes à diagnostiquer. Dans ce cadre, les travaux de Recherche menés au sein de notre équipe sur le développement de produits “actifs” ont permis de faire émerger la notion d’activité associée à un produit tout au long de son cycle de vie (Sallez, 2012). Cette notion d’activité s’oppose au caractère passif d’un produit classique, contraint de subir les interventions d’un système de soutien externe (système de distribution ou de maintenance, par exemple) et n’ayant pas la capacité de prendre des initiatives vis-à-vis de ce système. L’activité associée à un système cible (ou produit) est supportée par un système d’augmentation. Ce dernier réalise un ensemble de fonctions d’augmentation au plus près du système cible et lui confère, au minimum, la capacité de déclencher un événement. Cette faculté permet au système cible devenu “actif” d’exprimer un besoin en émettant un signal (demande d’une intervention ou d’un service particulier, par exemple). Bien entendu, cette activité minimale peut être complétée par d’autres activités plus complexes (mémorisation, apprentissage, coopération entre produits actifs, par exemple). Le concept d’augmentation consiste à associer un système d’augmentation à un produit passif lui permettant d’être “actif” pendant une ou plusieurs phases de son cycle de vie (phase de fabrication, de distribution et d’usage, par exemple) (Sallez et al., 2010). Cette partie décrit le concept de surveillance active reposant sur le concept d’augmentation et suggère des approches permettant de modéliser l’activité associée à un système cible.CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 46 2.1 Concept de surveillance active La surveillance active est une application du concept d’augmentation en phase d’usage qui consiste à doter un système cible de capacités d’auto-surveillance (Sallez et al., 2011). Ce concept implique une augmentation des sous-systèmes du système cible par des fonctions de surveillance. Ces fonctions sont supportées par différents systèmes d’augmentations situés au plus près des sous-systèmes surveillés. Le système cible constitué de sous-systèmes “actif” est donc lui-même “actif”. Ce système cible “actif” peut alors délivrer des informations de surveillance de manière spontanée pendant son exploitation (état de santé, résultats de diagnostic, par exemple). Dans une perspective d’évolution du système cible (développement de nouvelles fonctionnalités, par exemple), les fonctions de surveillance supportées par un système d’augmentation pourront être prises en charge de façon native par le système cible. Dans l’architecture DEDC retenue dans nos travaux, chaque sous-système réalise les couches fonctionnelles #1 à #4 du modèle ISO 13374. Un système d’augmentation peut alors être défini pour supporter les fonctionnalités associées à ces couches et élaborer le diagnostic d’un sous-système (figure 2.7). Ce système d’augmentation présente des capacités décisionnelles et interactionnelles lui permettant de dialoguer avec d’autres systèmes d’augmentation et de transmettre des informations de diagnostic à un centre de maintenance. Figure 2.7. Exemple de surveillance active basée sur le concept d’augmentation. Le concept de surveillance active est particulièrement adapté pour aborder la surveillance d’un système cible mobile suivant une architecture de type DEDC. En effet, chaque sous système du système cible peut être associé à une entité de surveillance “active” autonome, capable d’interagir avec d’autres entités. Inspiré des modèles d’architectures de systèmes de pilotage manufacturiers (Trentesaux, 2009), les sections suivantes présentent les principales approches permettant de modéliser ces entités de surveillance “actives” : l’approche multiagents et l’approche holonique.CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 47 2.2 Approche multi-agents L’intelligence artificielle distribuée (IAD), axe de l’intelligence artificielle (IA), s’intéresse aux domaines pour lesquels une seule entité est inadaptée ou inefficace pour résoudre certains types de problèmes. Cette communauté a introduit le concept de systèmes constitués d’entités autonomes ayant la capacité d’agir sur leur environnement et de communiquer avec d’autres entités pour atteindre un objectif donné. Un système constitué de ces entités ou agents est nommé Système Multi-Agents (SMA). 2.2.1 Notion d’agent De nombreuses définitions du terme agent sont apparues depuis l’émergence des systèmes multi-agents. En effet, cette notion est utilisée dans de nombreux domaines (Tweedale et al., 2007). Bien qu’aucune définition précise ne soit acceptée, nous pouvons citer les deux définitions suivantes couramment rencontrées dans la littérature. · Un agent est un système informatique, situé dans un environnement, et qui agit d'une façon autonome et flexible pour atteindre les objectifs (buts) pour lesquels il a été conçu (Wooldrige et Jennings, 1995). · Un agent est une entité autonome, réelle ou abstraite, qui est capable d’agir sur ellemême et sur son environnement, qui, dans un univers multi-agents, peut communiquer avec d’autres agents, et dont le comportement est la conséquence de ses observations, de ses connaissances et des interactions avec les autres agents (Ferber, 1995). Les agents sont décrits dans un système et diffèrent donc d’un système à un autre. La plupart des typologies d’agents établies dans la littérature sont axées sur le degré de raisonnement des agents. Un agent peut être vu comme un processus permettant de lier ses perceptions à ses actions. Une classification usuelle dissocie deux catégories d’agents définies ci-après : les agents réactifs et les agents cognitifs (Demazeau et Briot, 2001). · Agents réactifs : ces agents sont des entités très simples, n’ayant quasiment pas de capacité de raisonnement et ne disposant pas de mémoire. Ils perçoivent leur environnement mais n’ont pas la capacité de le représenter symboliquement. Leurs capacités limitées répondent uniquement à des stimuli provenant de l’environnement. Les actions d’un agent sont directement liées à ses perceptions par une fonction reflexe (stimulation-exécution). Par conséquent, les agents réactifs adoptent des mécanismes de communication restreints. L’interaction entre ces agents et l’environnement fait émerger une organisation cohérente et intelligente au niveau d’un système d’agents. Ces agents sont qualifiés d’intelligents au niveau d’un groupe d’agents réactifs (Müller, 2000). · Agents cognitifs : ces agents, au contraire, plus complexes, possèdent des capacités de raisonnement individuelles et une base de connaissance. Ces agents ont la capacité de percevoir et de constituer une représentation explicite de leur environnement (Ferber, 1995). Un agent cognitif peut être amené à raisonner suivant ses perceptions passées, ses interactions avec d’autres agents, ses actions antérieurement initiées, pour planifier au mieux ses actions futures. Ils ont potentiellement la capacité d’apprendre et de reconnaître certaines situations. Un agent cognitif adopte un langage de CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 48 communication plus élaboré (mécanismes d’envois de messages et requêtes, par exemple). Dans une organisation d’agents cognitifs, les agents accomplissent leur propre but en cherchant à optimiser leur utilité au sein du collectif d’agents. Jusqu’à présent, cette approche a donné lieu aux travaux les plus avancés. Les agents réactifs et cognitifs sont généralement décrits comme deux entités antagonistes. Cependant, certains agents hybrides peuvent posséder des propriétés réactives et cognitives. A titre d’exemple, un agent hybride peut mener un raisonnement à l’aide de ses connaissances et présenter certaines aptitudes à réagir aux évènements. 2.2.2 Architectures à base d’agents Un agent a généralement pour vocation d’agir au sein d’une organisation d’agents. Un système multi-agents (SMA) est un ensemble d’agents qui évoluent dans un même environnement. Un SMA peut être constitué, par exemple, d’agents purement réactifs, cognitifs ou hybrides. Dans une approche “voyelle” (Demazeau, 2001), on distingue quatre dimensions permettant d’élaborer un système multi-agents : l’Agent, l’Environnement, l’Interaction et l’Organisation (AEIO). L’organisation décrit les relations entre les agents du système suivant un modèle organisationnel (modèles bio-inspirés, par exemple). Dans un SMA, la communication est primordiale pour assurer les différentes interactions entre agents. Elle peut être assimilée à une forme d’action locale, par exemple, d’un agent vers un autre agent, ou d’un agent vers plusieurs agents (diffusion de messages au sein d’un groupe d’agents, par exemple). Figure 2.8. Exemple de SMA appliqué à la surveillance de systèmes, adaptée de (Ferber, 1995). CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 49 L’architecture interne d’un agent, c’est à dire, la décomposition modulaire utilisée pour relier les perceptions d’un agent à ses actions permet également de différencier les systèmes multiagents. Les types d’architectures les plus connues sont les architectures suivantes (Grondin, 2008) : · l’architecture horizontale monocouche : l’agent est constitué d’un seul module ayant accès à la perception et à l’action (figure 2.9a), · l’architecture horizontale avec plusieurs couches : l’agent est constitué de plusieurs modules où chaque module a accès simultanément à la perception et à l’action (figure 2.9b), · l’architecture verticale modulaire : l’agent est constitué de plusieurs modules, dont le premier accède à la perception et le dernier module accède à l’action (figure 2.9c), · l’architecture verticale en couches : l’agent est constitué de plusieurs modules dont un seul module peut accéder à la perception et à l’action (figure 2.9d). Figure 2.9. Exemples d’architectures internes d’un agent, adaptée de (Müller et al., 1995). Les architectures horizontales sont majoritairement employées pour le développement d’agents réactifs, comme l’architecture de subsumption (Brooks, 1986), tandis que des architectures verticales sont plutôt associées à des agents cognitifs, telle que l’architecture BDI (Belief Desire Intention) (Rao et Georgeff, 1995). Un agent hybride peut présenter une architecture verticale ou horizontale. Par exemple, l’architecture InteRRaP est une architecture verticale modulaire d’agents hybrides qui comporte plusieurs couches fonctionnelles (Müller et al., 1995). L’approche multi-agents a notamment été exploitée pour la surveillance de systèmes répartis dans (Albert et al., 2001 ; Mangina et al., 2001 ; Naedele et al., 2004). 2.3 Approche holonique Les systèmes holoniques ont été introduits par le philosophe hongrois Arthur Koestler (Koestler, 1967). Ces systèmes sont basés sur le concept de “holon”, terme formé par le préfixe grec Holos (le tout) et du suffixe on qui suggère une particule élémentaire ou partie d’un tout. Une propriété importante de ces systèmes est la récursivité des entités mises en œuvre nommées holons. L’approche holonique peut s’appliquer à de nombreux systèmes, qui peuvent être naturels (systèmes biologiques) ou artificiels (systèmes conçus par l’homme). CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 50 2.3.1 Concept de holon Un holon est décrit comme une entité autonome faisant partie d’un tout qui présente un caractère individuel et coopératif pour atteindre un objectif donné (Koestler, 1967). Le concept de holon repose sur la notion de récursivité (Suaréz et al., 2013). Un holon peut être vu comme une partie constitutive d’un holon de niveau supérieur, et comme un tout, composé lui-même de holons de niveaux inférieurs. Cette dualité associée au holon est appelée effet Janus par Koestler, en référence au nom de la divinité romaine regardant dans deux directions opposées. Ainsi, les deux principales propriétés d’un un holon sont l’autonomie et la coopération. La première confère au holon une identité propre d’un ensemble autonome et cohérent. La seconde représente l’aspect social d’un holon, contribuant partiellement au fonctionnement global du système suivant des mécanismes de coopérations avec d’autres holons. 2.3.2 Architectures holoniques Un système de holons qui peuvent coopérer pour atteindre un but ou un objectif donné est nommé holarchie. Comme l’illustre la figure 2.10, une holarchie est formée par des holons récursifs organisés de manière hiérarchisée. Naturellement, un holon peut être composé d’autres holons, être lui-même considéré comme une holarchie et également appartenir à une holarchie plus vaste. Dans une holarchie, un holon peut interagir avec d’autres holons situés au niveau inférieur ou supérieur (interactions “verticales”) et avec des holons situés au même niveau que lui (interactions “horizontales” représentées sur la figure 2.10) dans un espace de coopération. Figure 2.10. Exemple de système de holons ou holarchie, adaptée de (Gaud, 2007). L’holarchie définit les règles de base pour la coopération entre holons et de ce fait limite leur autonomie (Tanaya et al., 1997). Les conflits résultants d’une coopération entre holons au sein d’un même espace de coopération peuvent être résolus par un holon de niveau supérieur. Ce holon émet alors une décision à partir des observations de ses holons subordonnés. CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 51 L’approche holonique a notamment été appliquée au pilotage de systèmes manufacturiers dans le cadre du projet HMS (Holonic Manufacturing System) entrepris par la communauté internationale IMS (Intelligent Manufacturing System) (IMS, 2013). Dans ce domaine, l’approche holonique a permis de concevoir de nouveaux modèles d’architectures, reposant sur une décentralisation des capacités de traitement et de décision à travers des entités autonomes et communicantes (Blanc et al., 2008 ; Deen, 2003). Les travaux importants proposés par cette communauté représentent une rupture avec les architectures centralisées de pilotage de systèmes manufacturiers et se proposent de répondre aux nouveaux besoins et contraintes des industriels (flexibilité, personnalisation de masse des produits, traçabilité des produits, par exemple) (Pujo et al., 2009). Un HMS est une holarchie dans laquelle les holons sont autonomes, coopératifs et entretiennent des liens de subordinations avec des holons hiérarchiquement supérieurs (commandes, instructions, par exemple). Suivant les modèles d’architectures holoniques proposés (ou holarchies), différents types de holons ont été définis pour désigner des entités d’un système manufacturier. Les architectures PROSA (Van Brussel et al., 1998) et ADACOR (Leitão et Restivo, 2006) proposent par exemple d’associer des holons aux machines de production (holon ressource, holon machine), aux produits manufacturés (holon produit), aux opérations à effectuer (holon ordre, holon tâche), ou encore aux tâches de supervision (holon staff, holon supervision). La figure 2.11 présente une architecture générique de holon adoptée par cette communauté. Dans ce modèle, un holon comporte une partie “traitement de l’information” et une partie “traitement physique” (optionnelle). La partie “traitement de l’information” est subdivisée en trois modules : une interface de communication nécessaire pour interagir avec les autres holons (interface inter-holons), une intelligence décisionnelle pour élaborer un raisonnement interne et disposer d’une certaine autonomie (centre de décision), et une interface pour interagir avec des opérateurs humains (interface homme-holon). Figure 2.11. Architecture interne d’un holon, adaptée de (Bussman, 1998). La partie “traitement physique” se compose d’un module de commande (contrôle physique) et d’un module opérant (traitement physique). Cette partie est décrite comme facultative, dans la mesure où un holon peut être constitué uniquement d’une partie “traitement de l’information”.CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 52 2.4 Comparaison des approches Les communautés holoniques et agents convergent vers des spécifications communes, car ces deux approches reposent sur les mêmes principes fondamentaux d’autonomie et de coopération en explorant la distribution et la décentralisation des entités et des fonctions (Leitão, 2004). Un holon possède des propriétés similaires à celles d’un agent, mais se distingue de par sa récursivité (Giret et Botti, 2004). En effet, dans la plupart des modèles d’agents, un agent est considéré comme une entité atomique (Gaud, 2007). Néanmoins, certaines approches considèrent que des agents peuvent se regrouper pour former un agent de niveau supérieur. Suivant ce concept, un système multi-agents holonique (holomas) est un SMA ayant une structure récursive. Les agents d’un certain niveau sont regroupés en organisations qui sont considérées comme des entités individuelles à un niveau supérieur. La communauté agent s’intéresse aux comportements des entités qui composent un SMA (agent réactif ou cognitif, par exemple) et au comportement global émergent d’un SMA. Dans une approche holonique, un holon est récursif et associé à une partie matérielle (tangible), qui n’est pas abordée dans les modèles d’agents. L’approche holonique est donc complémentaire à l’approche multi-agents. D’un point de vue conceptuel, le holon est un concept et l’agent est à la fois un concept et une technologie associée. Un modèle à base d’agents est approprié pour implémenter la modularité et la décentralisation des structures holoniques (Leitão, 2004 ; Marík et al., 2002). Ainsi, la technologie agent peut fournir les outils nécessaires pour mettre en œuvre les traitements informationnels associés aux holons tout comme les mécanismes d’interactions entre ces entités. Dans le cadre de nos travaux, une approche à base d’agents peut être exploitée pour modéliser les entités de surveillance de l’architecture DEDC. Comme l’illustre l’exemple présenté sur la figure 2.12, une entité de surveillance “active” peut être décrite par un agent. Sur ce même exemple, en considérant une approche holonique, un holon permet de considérer à la fois la partie physique surveillée d’un système cible et l’entité de surveillance “active” qui lui est associée. Cette seconde approche permet également de décrire la récursivité du système cible. Figure 2.12. Périmètres de modélisation considérés dans le cadre de notre étude. Une approche holonique est retenue dans la suite de nos travaux pour modéliser les soussystèmes surveillés d’un système cible mobile suivant une architecture DEDC. Cette approche qui considère les aspects matériels et immatériels des systèmes a notamment été expérimentée pour la surveillance de systèmes naturels (Louati et al., 2012 ; Unland, 2003) et artificiels (Jarvis et Jarvis, 2003 ; McFarlane et al., 1995 ; Silva et al., 2012 ; Stecca et al., 2013). CHAPITRE II : SURVEILLANCE DE SYSTÈMES MOBILES : ÉTAT DE L’ART ET APPROCHES DE SURVEILLANCE ACTIVE Page 53 3. Conclusion Ce chapitre a dressé tout d’abord un état de l’art des architectures de diagnostic pour la surveillance de systèmes cibles mobiles. La surveillance d’un tel système nécessite une prise en charge de fonctions de surveillance par le système cible mobile et par un centre de maintenance distant. La première partie de ce chapitre a défini quatre classes d’architectures de diagnostic et a proposé une typologie des architectures de diagnostic. Afin de répondre aux exigences exprimées dans le précédent chapitre, une architecture de diagnostic dans laquelle le diagnostic est embarqué et réalisé de manière décentralisée et coopérative a été retenue pour la surveillance de systèmes cibles mobiles (architecture DEDC). Dans la littérature, les applications relatives à ce type d’architecture sont généralement spécifiques à une méthode de diagnostic et manquent de généricité. Par ailleurs, les informations contextuelles disponibles à bord d’un système cible ne sont pas suffisamment valorisées et considérées pour améliorer la performance du diagnostic embarqué. En s’appuyant sur le concept de surveillance active, la seconde partie de ce chapitre a présenté deux approches pertinentes pour modéliser les entités qui composent cette architecture : les systèmes multi-agents et les systèmes holoniques. Une étude comparative de ces deux approches a favorisée l’adoption d’une approche holonique pour la surveillance de système cibles mobiles. Le chapitre suivant propose une architecture générique de surveillance “active” de type DEDC reposant sur une approche holonique. Cette architecture représente la composante surveillance d’un système de maintenance associé à un système cible. Page 54 Chapitre III Proposition d’une architecture holonique pour la surveillance active de systèmes cibles mobiles Introduction Dans le précédent chapitre, une étude comparative des architectures de diagnostic pour la surveillance de systèmes cibles mobiles a été présentée. Cette analyse a permis de retenir une catégorie d’architecture dans laquelle le diagnostic est implanté à bord du système cible et élaboré de manière décentralisée et coopérative (architecture DEDC). Ce chapitre est consacré à la proposition d’une architecture de type DEDC pour la surveillance de systèmes cibles mobiles. L’approche proposée s’appuie sur le concept de surveillance active décrit dans le précédent chapitre en adoptant une approche holonique. Dans ce chapitre, une architecture de surveillance active basée sur des entités de surveillance autonomes et coopératives est proposée. La première partie de ce chapitre présente tout d’abord une approche de modélisation d’un système cible à surveiller. Ce modèle permettra de caractériser les entités de surveillance qui lui sont associées et de proposer par la suite notre architecture holonique de surveillance. La deuxième partie se concentre sur la structure interne des entités qui composent cette architecture holonique de surveillance. Elle détaille notamment les fonctionnalités supportées par ces entités. 1. Système de surveillance holonique L’adoption d’une architecture de type DEDC pour la surveillance de systèmes cibles mobiles nécessite une identification des sous-systèmes à surveiller qui composent un système cible. Un partitionnement du système cible en sous-systèmes est alors nécessaire avant de définir les entités de surveillance qui concourent à l’élaboration d’un diagnostic. Cette décomposition peut être abordée par une approche analytique, qui consiste à décomposer un problème en différents sous-problèmes indépendants. Cependant, cette approche connait certaines limitations, notamment en raison du niveau de complexité croissant des systèmes actuels et à la manière dont ces systèmes sont conçus (Fabre, 2007). Une approche complémentaire, se focalisant non seulement sur une analyse séparée des soussystèmes d’un système cible, mais considérant également un système cible dans son ensemble s’avère nécessaire. L’approche systémique adoptée au début de ce manuscrit (cf. chapitre I, section 1.1) peut ainsi remédier aux difficultés de compréhension d’un système cible. Elle permet de conserver une vision globale d’un système cible, constitué de sous-systèmes en interaction, eux-mêmes considérés comme des systèmes. CHAPITRE III : PROPOSITION D’UNE ARCHITECTURE HOLONIQUE POUR LA SURVEILLANCE ACTIVE DE SYSTÈMES CIBLES MOBILES Page 55 Dans cette partie, la décomposition d’un système cibles en sous-systèmes est abordée en adoptant une approche systémique. Après un rappel des principaux concepts de la systémique, la section 1.1 présente un modèle de système cible à surveiller basé sur cette approche. La section 1.2 spécifie les entités de surveillance associées à ce modèle suivant une approche holonique. La section 1.3 propose notre architecture holonique de surveillance basée sur ces entités de surveillance. 1.1 Approche de modélisation du système cible à surveiller La systémique a pour objet l’étude et la compréhension de systèmes dont l’analyse par une approche analytique s’avère difficile ou impossible, et vise à établir une représentation du système étudié par le biais de modèles qualitatifs (Donnadieu et al., 2003). Elle s’appuie notamment sur les interactions entre les éléments constituant un système pour en comprendre son comportement global. Ces liens portent aussi bien sur de simples relations de causes à effets que sur des échanges d’informations, de flux de matière ou d’énergie. Ces interactions s’opèrent à des niveaux hiérarchiques différents, formant plusieurs niveaux organisationnels structurés de manière hiérarchisée. La systémique met en œuvre trois points de vue nécessaires à l’analyse et à la représentation d’un système (c.f. annexe A). Cette triangulation systémique regroupe les visions fonctionnelle, organique et historique du système étudié dans le but d’approfondir sa compréhension (Le Moigne, 1994). Outre ces différents axes d’analyse d’un système, la démarche systémique préconise une identification des soussystèmes (sous-ensembles ou composants) d’un système, afin de mettre en évidence les relations que ces entités entretiennent entre elles et leurs rôles au sein d’un système. Contrairement à une approche analytique, ces entités ne coïncident pas nécessairement avec des composants élémentaires d’un système tangible à analyser. Aussi, cette décomposition soulève la question du partitionnement d’un système en sous-systèmes défini par le modélisateur. Bien que subjectif, l’établissement de frontières (ou périmètres) des soussystèmes peut être dicté par certains critères, notamment à partir des différents points de vue d’un système abordés précédemment. La dimension fonctionnelle, s’intéressant aux fonctions assurées par le système, et la dimension organique, basée sur la structure des éléments constituant le système et leurs répétitivités, sont deux exemples de critères permettant de décomposer un système cible. La systémique proposant un cadre méthodologique d’analyse et de conception de systèmes cibles, conformément à un fonctionnement désiré ou à une finalité du système, elle peut également être exploitée pour comprendre les dysfonctionnements survenant dans de tels systèmes (Belhadaoui, 2011). Cette section propose une modélisation d’un système cible basée sur une approche systémique. Ce modèle de système cible à surveiller servira par la suite de socle à l’élaboration d’une architecture de surveillance. Le modèle proposé repose sur les hypothèses établies dans le premier chapitre et plus précisément : · décomposition : le système cible à surveiller est supposé être organisé suivant une structure hiérarchisée de contrôle et décomposable structurellement en un ensemble fini de sous-systèmes. Le partitionnement du système cible en sous-systèmes est supposé être établi sans chevauchements entre les frontières des sous-systèmes. Chaque sous-système est supposé être contrôlé par un système de niveau supérieur, · hétérogénéité technologique : le système cible et ses sous-systèmes sont supposés être conçus avec des technologies hétérogènes. Néanmoins, le système cible comme chaque sous-système présente une structure interne identique. Il se compose d’une partie contrôle (partie décisionnelle) et d’une partie sous-contrôle (partie opérante), CHAPITRE III : PROPOSITION D’UNE ARCHITECTURE HOLONIQUE POUR LA SURVEILLANCE ACTIVE DE SYSTÈMES CIBLES MOBILES Page 56 · environnement : les parties contrôle et sous-contrôle sont supposées interagir dans un environnement spécifique. Un contexte opérationnel de nature physique (température, champ électrique, par exemple) ou informationnelle (mode de fonctionnement, identifiant de l’utilisateur du système, par exemple) est supposé être une propriété intrinsèque du système cible comme de chaque sous-système constituant ce système. La figure 3.1 présente un modèle organique du système cible considéré. Ce modèle est inspiré de l’architecture de systèmes constitués d’une partie contrôle et d’une partie sous-contrôle (Isermann, 2008). En accord avec nos hypothèses, ce modèle présente les propriétés suivantes : · une partie contrôle : entité de traitement de l’information et de commande, en charge d’assurer un comportement cohérent de la partie sous-contrôle, conformément aux spécifications fonctionnelles imposées par le concepteur, · une partie sous-contrôle : ensemble d’éléments soumis aux commandes de la partie contrôle, comprenant notamment des éléments matériels (capteurs, transducteurs, par exemple) ou informationnels (estimateurs, observateurs logiciels, par exemple) rendant compte de l’état de cette partie, · des signaux de commandes (U) : ensemble d’ordres délivrés par la partie contrôle dans le but de commander la partie sous-contrôle, · des signaux de mesures (Y) : ensemble de signaux fournis par des dispositifs de la partie sous-contrôle et exploités par la partie contrôle pour l’élaboration des signaux de commandes, · un contexte opérationnel (C) : ensemble d’informations relatif à l’environnement du système et/ou au système lui-même caractérisant une situation de fonctionnement. Figure 3.1. Modèle organique du système cible considéré. Le système cible à surveiller, représenté suivant une vision systémique et noté Σ sur la figure 3.1, comporte deux parties en interaction opérant dans un contexte opérationnel. Ce modèle organique correspond à une vue globale du système cible considéré, au plus haut niveau de sa structure hiérarchique. De par ses propriétés récursives, ce système englobe un ensemble fini de sous-systèmes de niveaux inférieurs ayant une structure interne identique. Les soussystèmes sont organisés en niveaux et contrôlés par un système de niveau supérieur. Dans le modèle proposé, chaque système est caractérisé par la position qu’il occupe dans la composition d’un système plus vaste. Par la suite, le sous-système ݆ du système Σ௜ sera noté Σ௜Ȁ௝, et le ݇ ème sous-système du sous-système Σ௜Ȁ௝ sera noté Σ௜Ȁ௝Ȁ௞. La figure 3.2 ci-dessous propose un modèle organique arborescent du système cible représenté sur la figure 3.1. Suivant ce modèle, le système global, noté Σ௜ sur la figure 3.2, est décomposé en une succession de sous-systèmes situés à différents niveaux. Chaque sous-système est décomposé en sous-systèmes de niveau inférieur, eux-mêmes décomposés en sous-systèmes. CHAPITRE III : PROPOSITION D’UNE ARCHITECTURE HOLONIQUE POUR LA SURVEILLANCE ACTIVE DE SYSTÈMES CIBLES MOBILES Page 57 Par exemple sur la figure 3.2, le système Σ௜ de niveau n est décomposé en trois sous-systèmes (Σ௜Ȁ௝, Σ௜Ȁ௝ឬ et Σ௜Ȁ௝̶) de niveau n-1, et le sous-système Σ௜Ȁ௝ est lui-même décomposé en deux sous-systèmes de niveau n-2 (Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ et Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬ). Le sous-système Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬ est décomposé de nouveau en sous-systèmes élémentaires de niveau inférieur (Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬȀ௟ et Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬȀ௟ឬ). Figure 3.2. Modèle organique arborescent du système cible considéré. Comme évoqué précédemment chaque système est immergé dans un contexte opérationnel. Le contexte du système Σ௜ et de son sous-système Σ௜Ȁ௝ seront par la suite notés respectivement ௜ et ௜Ȁ௝ . Une propriété importante de l’approche systémique proposée est l’agrégation des informations de contexte entre les différents sous-systèmes constituant un système cible. En effet, le contexte opérationnel d’un sous-système caractérise la situation de fonctionnement de ce sous-système et également de ses sous-systèmes de niveaux inférieurs. Par ailleurs, les sous-systèmes sont soumis à un même contexte relatif au niveau hiérarchique le plus élevé. Par exemple, sur le modèle de la figure 3.2, les sous-systèmes Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬȀ௟ et Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬȀ௟ឬ opèrent tous deux dans le contexte ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬ , relatif au sous-système Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬ , et également dans ௜Ȁ௝ , contexte commun aux sous-systèmes Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ et Σ௜Ȁ௝Ȁ௞ឬ . Les différents sous-systèmes du système Σ௜sont soumis au même contexte ௜ . La structure hiérarchisée de contrôle du système cible considéré implique nécessairement des interactions “verticales” de nature informationnelle entre les différents niveaux de décomposition du système cible (relations d’autorités entre un sous-système et son soussystème de niveau inférieur, par exemple). De plus, des interactions “horizontales” de nature informationnelle et physique sont envisageables au sein d’un même niveau (échanges d’informations ou influences physiques entre sous-systèmes, par exemple). Simulations num´eriques m´eso- et micro-´echelles des circulations locales g´en´er´ees par des ˆıles tropicales : cas de l’archipel de la Guadeloupe avec une application `a la dispersion de polluants (WRF-LES-FLEXPART) Rapha¨el C´ec´e To cite this version: Rapha¨el C´ec´e. Simulations num´eriques m´eso- et micro-´echelles des circulations locales g´en´er´ees par des ˆıles tropicales : cas de l’archipel de la Guadeloupe avec une application `a la dispersion de polluants (WRF-LES-FLEXPART). Meteorology. Universit´e des Antilles et de la Guyane, 2014. French. HAL Id: tel-01074600 https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01074600 Submitted on 14 Oct 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.Universite des Antilles et de la Guyane ´ THESE ` En vue de l’obtention du grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DES ANTILLES ´ ET DE LA GUYANE Ecole doctorale pluridisciplinaire ´ Sp´ecialit´e : Physique de l’atmosph`ere Pr´esent´ee et soutenue par Rapha¨el C´ec´e le 10 juillet 2014 Simulations num´eriques m´eso- et micro-´echelles des circulations locales g´en´er´ees par des ˆıles tropicales : cas de l’archipel de la Guadeloupe avec une application `a la dispersion de polluants (WRF-LES-FLEXPART) Composition du jury : Herv´e Delbarre (Pr, LPCA, Universit´e du Littoral) Pr´esident Evelyne Richard (Directeur de recherche, LA, CNRS Toulouse) Rapporteur ´ Blaise Nsom (Pr, LBMS, Universit´e de Bretagne Occidentale) Rapporteur Narcisse Zahibo (Pr, LaRGE, Universit´e des Antilles et de la Guyane) Directeur Didier Bernard (MCF, LaRGE, Universit´e des Antilles et de la Guyane) Co-encadrant Jean-Fran¸cois Dorville (Dr, Lecturer, Universit´e des West Indies, Jama¨ıque) Co-encadrant Philippe Palany (Ing´enieur, Direction Interr´egionale de M´et´eo-France) Invit´e”Les philosophes n’ont fait qu’interpr´eter le monde de diff´erentes mani`eres, ce qui importe c’est de le transformer.“ Karl Marx, Th`eses sur Feuerbach (1845)UNIVERSITE DES ANTILLES ET DE LA GUYANE ´ R´esum´e Facult´e des Sciences Exactes et Naturelles D´epartement de Physique Docteur de l’Universit´e des Antilles et de la Guyane Simulations num´eriques m´eso- et micro-´echelles des circulations locales g´en´er´ees par des ˆıles tropicales : cas de l’archipel de la Guadeloupe avec une application `a la dispersion de polluants (WRF-LES-FLEXPART) par Rapha¨el C´ec´e Ce travail est l’expression d’une volont´e de chercheurs, de la Cara¨ıbe d’am´eliorer les connaissances scientifiques m´eso- et micro-m´et´eorologiques appliqu´ees aux milieux insulaires sous influence des aliz´es et de d´evelopper la recherche dans ces domaines. On sait que le ph´enom`ene m´et´eorologique le plus remarquable impactant les ˆıles de la Cara¨ıbe reste le cyclone tropical. Mais d’autres ph´enom`enes, `a des ´echelles inf´erieures, telles que les pluies intenses, les houles, la d´egradation de la qualit´e de l’air ont une importance aig¨ue en termes de risques naturels ou de risques sur la sant´e. Ces exemples attestent la n´ecessit´e d’utiliser des m´ethodes de descente d’´echelle pour exploiter l’information m´et´eorologique et/ou climatique de grande ´echelle et d´eriver des sc´enarios locaux et r´egionaux appliqu´es aux territoires insulaires. Ce d´efi est important car l’attente d’analyses scientifiques pertinentes dans ces domaines est grande. Les travaux pr´esent´es dans ce m´emoire ont pour principaux objectifs la simulation num´erique puis l’analyse des m´ecanismes m´eso- et micro-´echelles qui induisent des circulations locales diurnes et nocturnes sur l’archipel de la Guadeloupe `a l’aide de codes num´eriques m´et´eorologiques ´eprouv´es car largement utilis´es en recherche et en pr´evision op´erationnelle. Ils constituent donc la premi`ere ´etude de mod´elisation num´erique `a haute r´esolution en basse atmosph`ere, par descente d’´echelle dynamique, pour des intervalles d’espace compris entre 1 km et 111 m sur cet archipel. Le mod`ele atmosph´erique Weather Research and Forecasting ARW V3.4 (WRF ARW), non-hydrostatique, a ´et´e utilis´e pour l’ensemble des simulations pour mod´eliser la troposph`ere depuis l’´echelle globale `a l’´echelle de la turbulence.Trois situations m´et´eorologiques classiques r´eelles d’une dur´ee de 48 heures, correspondant `a 80 % des situations m´et´eorologiques observ´ees dans la zone, aliz´es soutenus (AS), aliz´es moyens (AM), aliz´es faibles (AF) ont ´et´e examin´ees. Ces situations sont caract´eris´ees par les valeurs du nombre de Froude local suivantes : 0,82 (AS), 0,41 (AM) et 0,21 (AF). Six domaines de mod´elisation ont ´et´e s´electionn´es pour effectuer les descentes d’´echelle dynamiques : D01 (maille de 27 km), D02 (maille de 9 km), D03 (maille de 3 km), D04 (maille de 1 km), D05 (maille de 333 m) et D06 (maille de 111 m) avec soixante-dix niveaux verticaux. Les quatre premiers domaines (D01 `a D04) couvrent l’archipel de la Guadeloupe et sont utilis´es en mode m´eso-´echelle `a l’aide d’un sch´ema d’ensemble de couche limite plan´etaire YSU. Les domaines D05 (couvrant l’ˆıle de la Basse-Terre et le centre de l’archipel) et D06 (couvrant la zone littorale et rurale du Petit Cul-de-Sac Marin et la zone urbaine de l’agglom´eration pointoise) sont utilis´es en mode Large Eddy Simulation avec une fermeture de la turbulence 1,5 TKE 3D. Le mod`ele WRF a ´et´e forc´e toutes les six heures par l’assimilation des champs d’analyses globales du mod`ele NCEP FNL (1➦ de r´esolution). Les simulations effectu´ees ont permis d’obtenir des champs de variables m´et´eorologiques 10-minutes `a tr`es hautes r´esolutions spatiales. Les r´esultats des simulations m´eso- et micro-´echelles ont ´et´e confront´es aux valeurs exp´erimentales obtenues `a l’aide de capteurs plac´es sur des mˆats m´et´eorologiques (campagne Atmo-Mangrov et r´eseau de mesure M´et´eo-France). Il s’agissait d’optimiser l’utilisation des couplages de codes num´eriques tout en conservant la possibilit´e de les confronter aux observations exp´erimentales. Les r´esultats des simulations num´eriques micro-´echelles, des diff´erents cas (AS, AM, AF) sont utilis´ees pour forcer (c’est-`a-dire d´efinir les conditions limites) un mod`ele lagrangien de dispersion de particules : FLEXPART. Le syst`eme coupl´e FLEXPART-WRF a ´et´e employ´e dans le domaine D06 pour ´etudier la dispersion du panache d’oxydes d’azote ´emis par la principale usine de production d’´electricit´e de l’ˆıle. La concordance entre les s´eries spatio-temporelles simulation/exp´erimental a ´et´e qualifi´ee `a l’aide d’outils statistiques de comparaison (MAE, MBE, IOA). Ces estimateurs montrent que pour les champs m´et´eorologiques classiques, il y a une bonne ad´equation entre les mesures exp´erimentales et les simulations obtenues aux fines ´echelles. Les simulations retrouvent le comportement du vent et les principales circulations observ´ees exp´erimentalement. L’´etude des effets des conditions aux limites, particuli`erement le changement de carte d’occupation des sols, am´eliore sensiblement les r´esultats. En aliz´es faibles, les coupes verticales pointant l’´energie cin´etique turbulente, la temp´erature virtuelle et la masse volumique t´emoignent de l’existence d’un ´ecoulement catabatique. Il se caract´erise par un front bien d´efini amenant des vents maximums situ´es dansles premiers niveaux en arri`ere de la surface frontale et des tourbillons verticaux en aval de l’´ecoulement. Cette circulation d’ouest prend naissance, en fin d’apr`es-midi, sur les reliefs de la Soufri`ere, descend les pentes au vent de l’ˆıle de la Basse-Terre et passe sur la zone littorale d’Arnouville 2 `a 3 h apr`es son initiation. Pendant la nuit, ce front oscille horizontalement sur la surface maritime du Petit Cul-deSac Marin en s’accroissant verticalement. En effet, le front s’´etant r´echauff´e en passant au-dessus de la surface maritime, sa propagation est frein´ee sur l’ˆıle de la Grande-Terre, au sol fortement refroidi par le rayonnement infra-rouge. Les simulations micro-´echelles ont ´et´e utiles pour caract´eriser l’aptitude de cet ´ecoulement catabatique nocturne `a se propager en aval, d’Arnouville vers la r´egion pointoise, et pr´eciser sa capacit´e `a d´egrader la qualit´e de l’air dans la zone urbaine. Les pics de concentration de NOx simul´ees surviennent aux mˆemes p´eriodes que les observations exp´erimentales mais sont surestim´ees et d´ecal´es temporellement d’une heure. Des surestimations des vitesses de vent ont ´et´e observ´ees en condition nocturne. Ces impr´ecisions sont dues au manque de r´ealisme des conditions limites (occupation des sols, topographie, temp´erature de surface de la mer) et pourront ˆetre am´elior´ees dans le futur. Les estimateurs statistiques ont montr´e une bonne ad´equation entre les mesures exp´erimentales, les comparaisons graphiques (en s´eries temporelles et profils de concentration) ont quant `a elles permis de mieux caract´eriser la dynamique des concentrations de polluants et leurs possibles interactions avec les circulations locales. Ces r´esultats num´eriques laissent envisager de nombreuses applications dans les domaines de la pr´evention de risques environnementaux, dans l’aide `a la caract´erisation des ressources d’´energie renouvelables solaire, ´eolienne voire houlo-motrice. Ils peuvent ˆetre ais´ement transposables aux autres ˆıles des petites Antilles.Abstract Meso-scale and micro-scale numerical simulations of local circulations induced by tropical islands : Case of the Guadeloupe archipelago with a pollutant dispersion case (WRF-LES-FLEXPART) by Rapha¨el C´ec´e The present work expresses the will of Caribbean researchers to improve the meso- and micro-meteorological scientific knowledge of the trade winds influenced island areas, and to develop research in these domains. It is well known that tropical hurricanes remain the most remarkable meteorological phenomena that affect the Caribbean islands. But some other phenomena, of smaller scale, such as intense rainfall events, swells, or air quality degradation, are of extreme importance for natural or health hazards. These examples show the need to use downscaling methods to exploit large scale meteorological or climatic information, and to obtain local and regional scenarios for the island areas. This is an important challenge, as sound scientific studies in these matters are eagerly expected. The aim of the research works exposed in the present dissertation is numerical simulation and analysis of the meso- and microscale mechanisms that induce diurnal and nocturnal local circulations in the Guadeloupe archipelago, using numerical meteorological models that are widely used in research and in operational forecasting. These works represent the first high-resolution (1 km to 111 m) numerical study of the lower atmosphere over the Guadeloupe archipelago. The Weather Research and Forecasting ARW 3.4 (WRF-ARW) model is used to simulate the troposphere from global scale to turbulence scale. Real cases of three typical weather types (80% of cases during a year) are examined during 48 hours : strong trade winds (STW), medium trade winds (MTW) and weak trade winds (WTW). These weather types are characterized by values of the local Froude number : 0.82 (STW), 0.41 (MTW) and 0.21 (WTW). Six domains have been selected for the dynamical downscaling : D01 (grid spacing of 27 km), D02 (grid spacing of 9 km), D03 (grid spacing of 3 km), D04 (grid spacing of 1 km), D05 (grid spacing of 333 m) and D06 (grid spacing of 111 m), including 70 vertical levels. The first four domains (D01 to D04) cover the Guadeloupe archipelago and are used in the meso-scale simulations with the planetary boundary layer scheme YSU (ensemble mean). Domain D05 (covering the Basse-Terre island and the middle of the archipelago) and domain D06 (covering the coastal and rural area of Le Petit Cul-de-Sac Marin and the urban area of Pointe-`a-Pitre), are employed in the micro-scale simulation(LES) with the 3D TKE 1.5 order closure scheme. WRF has been 6 hourly reinitialized with the NCEP FNL global analyses (resolution of 1➦). These simulations permitted to obtain 10-minutes meteorological variable fields with a very high resolution (111 m). Meso-scale and micro-scale model results have been evaluated with observational data from meteorological stations (field campaign Atmo-Mangrov, French Met Office). Once validated, the micro-scale model outputs have been used for the assimilation of the lagrangian particle dispersion model : FLEXPART. The coupling FLEXPART-WRF has been employed in domain D06, in order to analyze the dispersion of the nitrogen oxide plume emitted by the main power plant of the archipelago. Agreements between model/observations time series have been evaluated with error statistical tools (MAE, MBE, IOA). The error statistical tools show that simulated typical meteorological variables have a good agreement with observational data. The model simulates well wind patterns and local circulations observed at the stations. The use of accurate land cover data significantly improves the results. During the weak trade winds, vertical cross sections of the turbulent kinetic energy, virtual temperature and density indicate the occurrence of a katabatic flow with a well defined front. This westerly circulation starts at the end of the afternoon in the area of the volcano of La Soufri`ere. The katabatic flow extends to the windward coast of the Basse-Terre island and reaches the coastal area of Arnouville 2 to 3 hours after its onset time. During the night, the katabatic front oscillates over the marine area of Le Petit Cul-de-Sac Marin. Due to its warming over the marine area, the front cannot extend on the Grande-Terre colder land surface. The micro-scale simulations permitted to study the ability of this gravity flow to extend to the urban area of Pointe-`a-Pitre, and its ability to induce pollution events in this area. The simulated and the observed NOx concentration peaks occur nearly at the same time, but the model overestimates them, with a one hour lag. Overestimations of the wind speeds have been observed at nighttime. These inaccuracies are linked with the lack of realism of the boundary conditions (land cover, topography, sea surface temperature). These biases will be corrected in the future. The error statistical tools showed a good agreement with observational data. The graphical evaluations (time series, concentration vertical profiles) allowed a better understanding of the pollution dispersions under local circulations. These numerical results can be useful in many fields : to prevent environmental risks, to help characterizing renewable energy sources such as solar, wind or wave energy. They can be easily transferred to other islands of the Lesser Antilles.Remerciements Je remercie le professeur Narcisse Zahibo, directeur du laboratoire LaRGE (Laboratoire de Recherche en G´eosciences et Energies), mon directeur de th`ese, de m’avoir fait con- ´ fiance pour ce projet. Je remercie chaleureusement Didier Bernard, maˆıtre de conf´erences `a l’Universit´e des Antilles de la Guyane, mon encadrant, qui a suivi mon travail et qui m’a soutenu avec un grand d´evouement et beaucoup d’efficacit´e, y compris lorsqu’il a dˆu traverser des moments difficiles. Je remercie particuli`erement Jean-Fran¸cois Dorville, lecturer `a l’Universit´e des West Indies, qui m’a fait d´ecouvrir le monde de la recherche lorsque j’´etais en master, et qui malgr´e l’´eloignement s’est toujours rendu disponible pour m’aider dans ces pr´esents travaux. J’exprime mes remerciements `a Jacques Laminie, Rapha¨el Pasquier et Patrick Siarras, du Centre Commun de Calcul Intensif (C3I) de l’Universit´e des Antilles et de la Guyane, qui m’ont aid´e `a installer le mod`ele num´erique WRF sur les calculateurs Orca et Wahoo de l’Universit´e. De mˆeme, je remercie Richard Emilion, professeur `a l’Universit´e d’Orl´eans, qui m’a permis ´ d’avoir acc`es au calculateur Phoebus du Centre de Calcul Scientifique en r´egion Centre (CCSC) de l’Universit´e d’Orl´eans, ainsi que Laurent Catherine qui m’a aid´e `a utiliser efficacement ce calculateur. Philippe Palany, de M´et´eo-France, m’a donn´e acc`es aux donn´ees m´et´eorologiques d’observation qui m’ont permis d’´evaluer mes r´esultats. Qu’il en soit remerci´e. Je tiens aussi `a remercier les jeunes chercheurs de mon laboratoire, Ma¨ına Andr´e, St´ephanie Monjoly, Christophe D’Alexis, Vanessa Clotaire, Christelle Dixit, Fr´ed´eric Dondin, Sandrine Samot et sp´ecialement Thomas Plocoste, grˆace `a qui j’ai b´en´efici´e d’une ambiance de travail stimulante et sympathique. Mes remerciements s’adressent aussi `a mes coll`egues de l’Universit´e - et particuli`erement Andr´e Roussas - qui m’ont aid´e `a affronter des conditions de travail parfois difficiles, ainsiqu’`a Dani`ele Frison pour son aide `a la r´edaction en anglais. Je dois finalement remercier de nombreuses personnes qui ont contribu´e, mˆeme directement, `a ce travail. Tout d’abord mes parents, Pierre-Robert et Marie-Claude C´ec´e, qui m’ont aid´e et encourag´e `a poursuivre mes ´etudes universitaires jusqu’au doctorat, ainsi que ma soeur, Mellissa C´ec´e qui m’a soutenu malgr´e la distance. Ensuite mes camarades de Combat Ouvrier et du journal Rebelle ! avec lesquels je milite pour construire un monde meilleur, et sp´ecialement Ren´e Cuillierier qui m’a transmis son enthousiasme r´evolutionnaire. Et enfin ma compagne, Delphine Prudhomme, pour son ind´efectible soutien et son importante contribution `a ces travaux.Table des Mati`eres Citation i R´esum´e ii Abstract v Remerciements vii Table des Mati`eres ix Liste des Figures xiv Liste des Tableaux xx Liste des Abr´eviations xxi Introduction 1 1 Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 6 1.1 Echelles des circulations atmosph´eriques ´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2 M´eso-´echelle et micro-´echelle : circulations locales de couche limite atmosph´erique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.1 Couche limite atmosph´erique (CLA) . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.1.1 D´efinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.1.2 Structure de la CLA associ´ee au cycle diurne . . . . . . . 8 Couche de m´elange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Couche r´esiduelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Couche limite stable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.1.3 Vent moyen, ondes et turbulence . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.2 Circulations locales g´en´er´ees par les conditions de terrain . . . . . . 11 1.2.2.1 R´egions cˆoti`eres : brises de mer–terre . . . . . . . . . . . . 11 Brises de mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Brises de terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 ixTable des Mati`eres x 1.2.2.2 R´egions orographiques : vents anabatiques–catabatiques . 12 Vents anabatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Vents catabatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3 Simulations num´eriques de la descente dynamique de la m´eso-´echelle `a la micro-´echelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.1 Descente d’´echelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.2 Spectre de la turbulence : ” terra incognita ” (Wyngaard, 2004) . . 13 1.3.3 M´eso-´echelle : principaux sch´emas de moyenne d’ensemble 1D (Shin and Hong, 2011) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.3.1 Sch´ema YSU : fermeture au premier ordre avec un m´elange non-local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.3.2 Sch´ema MYJ : fermeture TKE `a l’ordre 1,5 avec un m´elange local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.4 Micro-´echelle : sch´emas Large Eddy Simulation (LES) 3D (Mirocha et al., 2010) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.4.1 Fermeture SFS Smagorinsky . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3.4.2 Fermeture SFS TKE d’ordre 1.5 . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3.5 Descente d’´echelle : couplage d’un sch´ema d’ensemble et d’un sch´ema LES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4 Simulation num´erique de la dispersion de polluants : applications du mod`ele FLEXPART-WRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.1 G´en´eralit´es sur les mod`eles lagrangiens de dispersion de particules (Hegarty et al., 2013a,b) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.2 Quelques applications du mod`ele FLEXPART-WRF . . . . . . . . . 20 1.5 Etat de l’art sur les circulations locales g´en´er´ees par des ˆıles tropicales ´ . . . 21 1.5.1 Circulations g´en´er´ees par les ˆıles tropicales larges (Fr ≥ 1 et une largeur > 50 km) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.2 Circulations g´en´er´ees par les ˆıles tropicales montagneuses (Fr < 1) . 22 1.5.3 Circulations g´en´er´ees par les petites ˆıles (Fr ≥ 1 et une largeur ≤ 50 km) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.6 Etat de l’art sur l’archipel de la Guadeloupe ´ . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.6.1 Contexte m´et´eorologique synoptique . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.6.2 Contexte m´et´eorologique local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.6.2.1 Quelques aspects des vents locaux d’apr`es Br´evignon (2003) 25 1.6.2.2 Campagne exp´erimentale dans la zone cˆoti`ere d’Arnouville (ARN, D’Alexis et al. (2011)) . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.6.2.3 Campagne exp´erimentale dans la zone urbaine de Pointe- `a-Pitre (DCH, Plocoste (2013); Plocoste et al. (2014)) . . 27 1.6.2.4 Variabilit´e diurne et spatiale des champs de surface . . . . 28 1.6.3 Impacts des circulations locales nocturnes sur la dispersion de polluants industriels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6.3.1 Centrale EDF diesel Jarry nord . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6.3.2 Observations du panache de la centrale durant des retournements nocturnes du vent . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Table des Mati`eres xi 2 M´ethodologie et outils de simulation 32 2.1 M´ethodologie g´en´erale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2 S´election des trois situations m´et´eorologiques ´etudi´ees . . . . . . . . . . . . 36 2.2.1 Classification des types de temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2.2 Circulations synoptiques de basses couches pour les dates simul´ees . 37 2.3 Mod`ele num´erique m´eso-´echelle de pr´evision m´et´eorologique : WRF ARW V3.4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.3.1 Description du mod`ele d’apr`es les ´etudes de Skamarock et al. (2008) et Wang et al. (2010) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.3.1.1 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.3.1.2 Principales ´equations r´esolues . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Coordonn´ee verticale η et variables associ´ees . . . . . . . . . 42 Equations d’Euler incluant l’humidit´e ´ . . . . . . . . . . . . . 43 Maillage ARW d´ecal´e : Arakawa-C . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3.1.3 Sch´emas de param´etrisation physique . . . . . . . . . . . . 45 2.3.2 Configurations utilis´ees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.3.2.1 Preprocessing WPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Domaines de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Topographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Occupation des sols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Donn´ees m´et´eorologiques globales pour l’assimilation du mod`ele WRF ARW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.3.2.2 Param´etrisations WRF ARW . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Caract´erisation des niveaux verticaux . . . . . . . . . . . . . 52 P´eriodes simul´ees et intervalles de temps des sorties mod`eles 53 Param´etrisations physiques m´eso- et micro-´echelles . . . . . . 54 Pas de temps de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Conditions initiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.4 Mod`ele lagrangien de dispersion de particules : FLEXPART-WRF . . . . . 57 2.4.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.4.1.1 Int´egration des donn´ees m´et´eorologiques WRF . . . . . . . 57 2.4.1.2 Param´etrisation de la couche limite atmosph´erique et de la turbulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.4.1.3 Calcul de la trajectoire des particules . . . . . . . . . . . . 59 2.4.2 Configurations de nos simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.4.2.1 P´eriodes de simulation et intervalles de temps des sorties mod`eles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.4.2.2 Caract´erisation des niveaux verticaux . . . . . . . . . . . . 61 2.4.2.3 Param´etrisation du panache de NOx de la centrale EDF . 61 2.4.2.4 Param´etrisations physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.5 Donn´ees m´et´eorologiques d’observation pour l’´evaluation du mod`ele WRF ARW3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.5.1 Radiosondages journaliers (Universit´e du Wyoming) . . . . . . . . . 62Table des Mati`eres xii 2.5.2 Bou´ees m´et´eorologiques du National Data Buoy Center . . . . . . . 63 2.5.3 Stations m´et´eorologiques de l’archipel de la Guadeloupe (M´et´eo France et LaRGE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.6 Donn´ees d’observation de la qualit´e de l’air pour l’´evaluation du mod`ele FLEXPART-WRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.7 Estimateurs d’erreur utilis´es pour l’´evaluation statistique des simulations . 67 3 R´esultats des simulations et discussion 69 3.1 Simulations num´eriques m´eso-´echelles des circulations g´en´er´ees par l’archipel de la Guadeloupe (WRF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.1.1 Simulation M´eso-A : r´esum´e et article publi´e . . . . . . . . . . . . . 69 3.1.2 Simulation M´eso-A’ : effets du changement de carte d’occupation des sols dans le domaine D04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.1.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.1.2.2 Nouvelles cat´egories d’occupation des sols `a ARN, RZT, DES, MOU et GBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.1.2.3 Evaluation statistique des variables de surface simul´ees : ´ comparaison M´eso-A et M´eso-A’ . . . . . . . . . . . . . . 90 3.1.2.4 Evaluation graphique des cycles diurnes dans les simula- ´ tions M´eso-A et Meso-A’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Station d’Arnouville (ARN) : effets du biais spatial . . . . . 93 Station du Moule (MOU) : am´eliorations de la simulation M´eso-A’ par rapport `a M´eso-A . . . . . . . . . . 94 3.1.2.5 Comparaison des cartes de circulations locales entre M´esoA’ et M´eso-A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.1.2.6 Comparaison des cartes de flux de chaleur sensible HFX et de temp´erature du sol Ts entre M´eso-A’ et M´eso-A . . . 97 3.1.2.7 Conclusion sur les effets de la carte CLC24 dans le domaine D04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.1.3 Conclusion sur les simulations num´eriques m´eso-´echelles des circulations locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.2 Simulations num´eriques micro-´echelles des circulations g´en´er´ees par l’archipel de la Guadeloupe (WRF-LES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.2.2 Evaluation du mod`ele ´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.2.2.1 Evaluation statistique avec les observations 10 min du mˆat ´ instrument´e ARN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.2.2.2 Evaluation graphique avec les observations du mˆat instru- ´ ment´e ARN : cas des AF (Fr = 0, 21) . . . . . . . . . . . . 105 3.2.3 Ecoulement catabatique nocturne sur la cˆote au vent de la Basse- ´ Terre durant AF (Fr = 0, 21) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.3.1 Evolution temporelle des variables de surface `a VER, ARN, ´ EDF et PAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.2.3.2 Structure horizontale du front de l’´ecoulement simul´e (domaine D06) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Table des Mati`eres xiii 3.2.3.3 Structure verticale du front de l’´ecoulement simul´e (domaine D06) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.2.4 Conclusion sur les simulations num´eriques micro-´echelles des circulations locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.3 Application de la mod´elisation micro-´echelle WRF-LES `a la dispersion d’un panache de polluants industriels : couplage WRF-LES-FLEXPART . . . . 116 3.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.3.2 Cas des aliz´es soutenus (AS, Fr = 0, 82) . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.3.3 Cas des aliz´es moyens (AM, Fr = 0, 41) . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.3.4 Cas des aliz´es faibles (AF, Fr = 0, 21) . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.3.4.1 Comparaisons des s´eries temporelles simul´ees et observ´ees `a la station PAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.3.4.2 Etude des coupes verticales de concentration simul´ee aux ´ points PAP et EDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Conclusion et perspectives 123 3.3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.3.6 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 A Article publi´e 129 B Communications internationales 130 C Communication nationale 135 Bibliographie 137Liste des Figures 1.1 Classification des ph´enom`enes atmosph´eriques en fonction de leur ´echelle spatio-temporelle (Orlanski, 1975; Stull, 1988). . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Evolution temporelle de la structure verticale de la couche limite atmosph´erique ´ terrestre dans des r´egions anticycloniques (Stull, 1988). . . . . . . . . . . . 9 1.3 Sch´ema du spectre de l’´energie en fonction de la taille des structures turbulentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4 Carte topographique GeBCO 08 (General Bathymetric Chart of the Oceans IOC et al. (2003), 30 secondes d’arc de r´esolution) en m : (a) zone de la Cara¨ıbe ; (b) l’Arc des Petites Antilles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.5 Carte topographique (IGN, 50 m de r´esolution), avec la zone la plus peupl´ee de l’archipel (rectangle noir), la d´echarge DCH (carr´e marron), la centrale EDF (croix rouge), le campus de Fouillole (carr´e jaune), le mˆat instrument´e du laboratoire LaRGE (ARN, triangle vert) et les 4 stations M´et´eo-France, Raizet (RZT, disque rouge), Moule (MOU, ´etoile magenta), D´esirade (DES, carr´e bleu), Grand-Bourg de Marie-Galante (GBD, losange noir). . . . . . 25 1.6 Cartes de circulations cˆoti`eres autour de la Guadeloupe durant des vents synoptiques d’est (d’apr`es Br´evignon (2003)). . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.7 Photo des chemin´ees de la centrale ´electrique EDF Jarry nord, [cr´edit photo : R. C´ec´e 2014]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.8 Photo satellite Google earth (8/04/2013) : localisation de la centrale EDF et du campus UAG, les fl`eches rouges correspondant aux directions (a) et (b) du panache durant une circulation nocturne d’ouest (Fig. 1.9). . . . . . 30 1.9 Photos du panache de la centrale EDF de Jarry (prise de vue depuis le campus de Fouillole UAG, Fig. 1.8) : (a) direction du vent nord-ouest, photo prise le 14/09/2010 `a 7 h 21 LT ; (b) direction du vent sud-ouest, photo prise le 4/11/2009 `a 7 h 11 LT [cr´edits photos : D. Bernard 2009-2010]. 31 2.1 Sch´ema r´ecapitulatif de la m´ethodologie adopt´ee. . . . . . . . . . . . . . . 35 2.2 Donn´ees d’observation du radar de M´et´eo-France (250 m de r´esolution) `a 16 h LT : (a) le 15 d´ecembre 2007 (AS), (b) le 24 d´ecembre 2007 (AM) et (c) le 3 d´ecembre 2007 (AF). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3 Champs de surface FNL (NCEP (ment), 1➦ de r´esolution) durant AF le 3/12/2007 `a 12h UTC : (a) Pmer en hPa ; (b) vitesse UU du vent horizontal `a 10 m en m.s-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4 Champs de surface FNL (NCEP (ment), 1➦ de r´esolution) durant AS le 14/12/2007 `a 12h UTC : (a) Pmer en hPa ; (b) vitesse UU du vent horizontal `a 10 m en m.s-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 xivListe des Figures xv 2.5 Champs de surface FNL (NCEP (ment), 1➦ de r´esolution) durant AM le 24/12/2007 `a 12h UTC : (a) Pmer en hPa ; (b) vitesse UU du vent horizontal `a 10 m en m.s-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.6 Architecture du mod`ele WRF ARW (d’apr`es Wang et al. (2010)). . . . . . 42 2.7 Niveaux verticaux η dans WRF ARW avec pht et phs, respectivement, les pressions hydrostatiques au sommet et `a la surface (d’apr`es Skamarock et al. (2008)). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.8 Maille individuelle de la grille Arakawa-C avec les grandeurs vectorielles (U, V , W, Ω et φ) et les scalaires (µ, θ, qv et ql) (Skamarock and Dudhia, 2014). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.9 Interactions entre les sch´emas de param´etrisation physique du mod`ele WRF ARW (Dudhia, 2014). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.10 Cartes des domaines imbriqu´es : en blanc D01 (27 km de r´esolution), en cyan D02 (9 km de r´esolution), en gris D03 (3 km de r´esolution), en jaune D04 (1 km de r´esolution), en vert D05 (333 m de r´esolution) et en rouge D06 (111 m de r´esolution). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.11 Cartes topographiques (m AMSL) interpol´ees `a partir des donn´ees IGN (50 m de r´esolution) : (a) D04 (1 km de r´esolution), (b) D05 (333 m de r´esolution), (c) D06 (111 m de r´esolution) ; avec la station num´erique VER (triangle jaune), le mˆat instrument´e ARN (triangle vert) et la centrale ´electrique EDF (croix rouge). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.12 Carte d’occupation des sols de l’archipel de la Guadeloupe CLC24 (23 m de r´esolution) : Corine Land Cover 2006 dont les 50 cat´egories ont ´et´e converties en 24 cat´egories USGS, avec le rectangle noir repr´esentant l’agglom´eration pointoise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.13 Comparaison des cartes d’occupation des sols de l’archipel de la Guadeloupe `a 1 km de r´esolution (D04) avec la ligne de cˆote World Vector Shoreline (NOAA, 2014), (1) les zones urbaines, (2) les terres cultiv´ees non irrigu´ees, (6) les m´elanges de terres cultiv´ees et de forˆets, (7) les pelouses, (8) les arbustes, (9) les m´elanges d’arbustes et de pelouses, (10) les savanes, (11) les forˆets de feuillus, (13) les forˆets denses, (14) les forˆets de conif`eres, (15) les forˆets m´elang´ees mangroves incluses, (16) les surfaces d’eau, (17) les v´eg´etations basses en zones inond´ees, (18) les surfaces bois´ees en zones inond´ees, (21) la toundra bois´ee : (a) USGS ULC24 (M´eso-A), (b) Corine CLC24 (M´eso-A’). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.14 Niveaux verticaux m´edians (WRF) pour les exp´eriences M´eso-A (croix bleues) et M´eso-A’ (cercles rouges) : (a) profils lin´eaires en fonction du niveau de pression (hPa) et (b) profils logarithmiques en fonction de l’altitude (km). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.15 Profil vertical des 38 niveaux verticaux FLEXPART-WRF. . . . . . . . . . 61 2.16 G´eolocalisation des radiosondages (TRI, BAR, RZT, SXM, PTR, et SDM : carr´es rouges), des bou´ees du r´eseau NDBC-NOAA (ATL, CAR, POR, et BAH : cercles bleus) au sein des quatre premiers domaines (D01, D02, D03, D04) employ´es dans les simulations WRF m´eso-´echelles, de r´esolutions respectives de 27, 9, 3 et 1 km. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Liste des Figures xvi 2.17 Carte topographique (IGN, 50 m de r´esolution), avec le mˆat instrument´e du laboratoire LaRGE (ARN, triangle vert) et les 4 stations M´et´eo-France, Raizet (RZT, disque rouge), Moule (MOU, ´etoile magenta), D´esirade (DES, carr´e bleu), Grand-Bourg de Marie-Galante (GBD, losange noir). . . . . . 64 2.18 Description du mˆat instrument´e du laboratoire LaRGE `a ARN (sch´ema extrait de D’Alexis (2011)), avec, (a) le capteur barom´etrique PTB101B, (b) la centrale d’acquisition Campbell CR3000, (c) le capteur HR capacitif (HMP45C) pour l’humidit´e et la temp´erature (2 m AGL), (d) l’an´emom`etre `a coupelles (2 m AGL), (e) la girouette (2 m AGL), (f) l’an´emom`etre sonique 3D (CSAT3) pour le calcul des flux turbulents (5 m AGL) et (g) l’an´emom`etre sonique 2D (WindSonic) pour le vent horizontal (10 m AGL). 66 2.19 Carte de localisation de la station Gwad’air PAP (losange violet) et de la centrale ´electrique EDF (croix rouge) : (a) Topographie (en m AMSL) du domaine D05 (maille de 333 m) avec l’agglom´eration pointoise (contour violet), (b) image satellite Google earth de la zone d’´etude (4/8/2013). . . 67 3.1 Carte d’occupation des sols de l’archipel de la Guadeloupe utilis´ee dans la simulation M´eso-A’, `a 1 km de r´esolution avec les 5 stations (ARN, RZT, DES, MOU et GBD) : (1) zones urbaines, (2) terres cultiv´ees non irrigu´ees, (6) terres cultiv´ees–forˆets, (9) arbustes–pelouses, (11) forˆets de feuillus, (15) forˆets m´elang´ees mangroves incluses, (16) surfaces d’eau et (17) v´eg´etations basses en zones inond´ees. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.2 Comparaison des s´eries temporelles (48 h) `a ARN, avec les observations (triangles verts), M´eso-A (carr´es bleus)et M´eso-A’ (cercles rouges) : (a1)– (a3) la temp´erature T2 (en ➦C), (b1)–(b3) la vitesse UU `a 10 m AGL (en m.s-1), (c1)–(c3) la direction DD `a 10 m AGL (en ➦N) ; (a1)–(c1) pour AS, (a2)–(c2) pour AM et (a3)–(c3) pour AF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.3 Comparaison des s´eries temporelles (48 h) `a MOU, avec les observations (triangles verts), M´eso-A (carr´es bleus) et M´eso-A’ (cercles rouges) : (a1)– (a3) la temp´erature T2 (en ➦C), (b1)–(b3) la vitesse UU `a 10 m AGL (en m.s-1), (c1)–(c3) la direction DD `a 10 m AGL (en ➦N) ; (a1)–(c1) pour AS, (a2)–(c2) pour AM et (a3)–(c3) pour AF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.4 Comparaison du vent `a 10 m AGL (M´eso-A’–M´eso-A), avec la direction du vent pour M´eso-A’ (fl`eches rouges), la direction du vent pour M´esoA (fl`eches noires), la diff´erence de vitesse du vent, UUA0 − UUA en m.s-1 (contours de couleur), la ligne de cˆote pour M´eso-A’ (ligne noire), la ligne de cˆote pour M´eso-A (ligne magenta) : (a) le 14/12/2007 `a 14 h LT,(b) le 15/12/2007 `a 04 h LT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.5 Comparaison du vent `a 10 m AGL (M´eso-A’–M´eso-A), avec la direction du vent pour M´eso-A’ (fl`eches rouges), la direction du vent pour M´esoA (fl`eches noires), la diff´erence de vitesse du vent, UUA0 − UUA en m.s-1 (contours de couleur), la ligne de cˆote pour M´eso-A’ (ligne noire), la ligne de cˆote pour M´eso-A (ligne magenta) : (a) le 24/12/2007 `a 14 h LT, (b) le 25/12/2007 `a 04 h LT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96Liste des Figures xvii 3.6 Comparaison du vent `a 10 m AGL (M´eso-A’–M´eso-A), avec la direction du vent pour M´eso-A’ (fl`eches rouges), la direction du vent pour M´esoA (fl`eches noires), la diff´erence de vitesse du vent, UUA0 − UUA en m.s-1 (contours de couleur), la ligne de cˆote pour M´eso-A’ (ligne noire), la ligne de cˆote pour M´eso-A (ligne magenta) : (a) le 3/12/2007 `a 14 h LT, (b) le 4/12/2007 `a 04 h LT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.7 Comparaison M´eso-A’–M´eso-A pour le cas des AS, le 14/12/2007 `a 14 h LT (a) et le 15/12/2007 `a 04 h LT (b) : la diff´erence de flux de chaleur sensible HF XA0 − HF XA en W.m-2 (a1, b1) et la diff´erence de temp´erature de surface T sA0 − T sA en ➦C (a2, b2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.8 Comparaison M´eso-A’–M´eso-A pour le cas des AF, le 24/12/2007 `a 14 h LT (a) et le 25/12/2007 `a 04 h LT (b) : la diff´erence de flux de chaleur sensible HF XA0 − HF XA en W.m-2 (a1, b1) et la diff´erence de temp´erature de surface T sA0 − T sA en ➦C (a2, b2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.9 Comparaison M´eso-A’–M´eso-A pour le cas des AF, le 3/12/2007 `a 14 h LT (a) et le 4/12/2007 `a 04 h LT (b) : la diff´erence de flux de chaleur sensible HF XA0 − HF XA en W.m-2 (a1, b1) et la diff´erence de temp´erature de surface T sA0 − T sA en ➦C (a2, b2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 3.10 S´eries temporelles 10 min `a ARN durant les 48 h de la simulation des AF (3/12/2007–5/12/2007), avec les sorties du domaine D05 (333 m de r´esolution) en bleu, les sorties du domaines D06 (111 m de r´esolution) en rouge et les donn´ees observ´ees en noir ; (a), (b), (c), (d) et (e) repr´esentant respectivement les variables, temp´erature de l’air `a 2 m AGL T2 (➦C), vitesse du vent horizontal UU `a 10 m AGL (m.s-1), direction du vent DD `a 10 m AGL (➦N), flux de chaleur sensible HFX (W.m-2) et ´energie cin´etique turbulente de surface TKE (en noir, l’´energie cin´etique turbulente totale observ´ee, et , en rouge et en bleu, l’´energie cin´etique turbulente sous-maille simul´ee, es , m2 .s-2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.11 Cartes des champs de vent (10 m AGL) du domaine D05, durant la nuit du 3 au 4 d´ecembre 2007 : (a) 19 h LT, (b) 22 h LT, (c) 04 h LT et (d) 09 h LT ; avec la vitesse du vent horizontal en m.s-1, VER (cercle magenta), ARN (triangle vert), EDF (carr´e blanc) et PAP (losange violet). . . . . . . 108 3.12 S´eries temporelles WRF-LES (10 min) durant la p´eriode du 3/12/2007 12 h LT au 4/12/2007 12 h LT, avec VER (D05) en noir, ARN (D06) en vert, EDF (D06) en rouge et PAP (D06) en bleu ; (a), (b), (c) et (d) repr´esentent respectivement les variables, flux de chaleur sensible HFX (W.m-2), temp´erature de l’air `a 2 m AGL T2 (➦C), vitesse du vent horizontal UU `a 10 m AGL (m.s-1) et direction du vent DD `a 10 m AGL (➦N). . . . . . . . 110 3.13 Cartes des variables de surface simul´ees le 3/12/2007 `a 22 h LT : (a) vitesse du vent horizontal UU `a 60 m AGL (m.s-1), (b) vitesse du vent vertical `a 60 m AGL (m.s-1), (c) ´energie cin´etique turbulente sous-maille es `a 60 m AGL (m2 .s-2) et (d) flux de chaleur sensible HFX (W.m-2) ; avec ARN, EDF et PAP, respectivement repr´esent´es par le triangle vert, le carr´e blanc et le losange violet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Liste des Figures xviii 3.14 Cartes des variables de surface simul´ees le 4/12/2007 `a 04 h LT : (a) vitesse du vent horizontal UU `a 60 m AGL (m.s-1), (b) vitesse du vent vertical `a 60 m AGL (m.s-1), (c) ´energie cin´etique turbulente sous-maille es `a 60 m AGL (m2 .s-2) et (d) flux de chaleur sensible HFX (W.m-2) ; avec ARN, EDF et PAP, respectivement repr´esent´es par le triangle vert, le carr´e blanc et le losange violet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.15 Coupe verticale suivant la latitude de la station ARN (16.223➦N) le 3 d´ecembre 2007 `a 19 h LT : (a) la masse volumique ρ (kg.m-3), (b) la temp´erature virtuelle Tv (K). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.16 Coupe verticale suivant la latitude de la station ARN (16.223➦N) le 3 d´ecembre 2007 `a 22 h LT : (a) la vitesse du vent suivant les composantes x et z (m.s-1), (b) l’´energie cin´etique turbulente sous-maille es (m2 .s-2). . . 113 3.17 Coupe verticale suivant la latitude de la station ARN (16.223➦N) le 4 d´ecembre 2007 `a 04 h LT : (a) la vitesse du vent suivant les composantes x et z (m.s-1), (b) l’´energie cin´etique turbulente sous-maille es (m2 .s-2). . . 114 3.18 Profil vertical spatio-temporel logarithmique de l’´energie cin´etique turbulente sous-maille es (m2 .s-2) simul´ee `a ARN : la valeur des contours d’es est limit´ee `a 0.2 m2 .s-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.19 Cartes du vent (m.s-1) et des concentrations de NOx (µg.m-3) simul´es `a 10 m AGL durant les AS le 14 d´ecembre `a 16 h LT (a1),(a2) et le 15 d´ecembre `a 07 h LT (b1),(b2) `a l’aide de FLEXPART ; les points ARN, EDF et PAP sont respectivement repr´esent´es par un triangle blanc, un carr´e blanc et un losange blanc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.20 Comparaison du vent (m.s-1) et des concentrations de NOx (µg.m-3) observ´ees et simul´ees sur le site de la station PAP durant les AS entre le 14 et le 15 d´ecembre 2007 : NO Obs. (ligne noire), NO2 Obs. (ligne bleue), NO+NO2 Obs. (ligne verte) et NOx Flexpart `a 10 m AGL (ligne rouge). . 118 3.21 Cartes du vent (m.s-1) et des concentrations de NOx (µg.m-3) simul´es `a 10 m AGL durant les AM le 24 d´ecembre `a 16 h LT (a1),(a2) et le 25 d´ecembre `a 07 h LT (b1),(b2) `a l’aide de FLEXPART ; les points ARN, EDF et PAP sont respectivement repr´esent´es par un triangle blanc, un carr´e blanc et un losange blanc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.22 Comparaison des concentrations de NOx (µg.m-3) observ´ees et simul´ees sur le site de la station PAP durant les AM entre le 24 et le 25 d´ecembre 2007 : NO Obs. (ligne noire), NO2 Obs. (ligne bleue), NO+NO2 Obs. (ligne verte) et NOx Flexpart `a 10 m AGL (ligne rouge). . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.23 Cartes du vent (m.s-1) et des concentrations de NOx (µg.m-3) simul´es `a 10 m AGL durant les AF le 3 d´ecembre `a 16 h LT (a1),(a2) et le 4 d´ecembre `a 07 h LT (b1),(b2) `a l’aide de FLEXPART ; les points ARN, EDF et PAP sont respectivement repr´esent´es par un triangle blanc, un carr´e blanc et un losange blanc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.24 Comparaison des concentrations de NOx (µg.m-3) observ´ees et simul´ees sur le site de la station PAP durant les AF entre le 3 et le 4 d´ecembre 2007 : NO Obs. (ligne noire), NO2 Obs. (ligne bleue), NO+NO2 Obs. (ligne verte) et NOx Flexpart `a 10 m AGL (ligne rouge). . . . . . . . . . . . . . . . . . 121Liste des Figures xix 3.25 Profils spatio-temporels logarithmiques de la concentration de NOx (µg.m-3) simul´ee durant les AF entre le 3 et le 4 d´ecembre 2007 : (a) site de la centrale EDF, (b) site de la station de la qualit´e de l’air PAP. . . . . . . . . . . . . 123Liste des Tableaux 2.1 Equivalences entre les 50 classes de la Corine Land Cover 2006 DOM et les ´ 24 classes de l’USGS AVHRR 1992 (Pineda et al., 2004). . . . . . . . . . . 50 2.2 Configuration des six domaines de simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.3 Pas de temps de calcul pour les six domaines de simulation. . . . . . . . . 55 2.4 Conditions aux limites des simulations WRF pour les six domaines ´etudi´es. 56 2.5 Variables des sorties WRF requises et optionnelles pour le for¸cage du mod`ele FLEXPART-WRF (Brioude et al., 2013). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.1 Comparaison des occupations des sols utilis´ees dans les simulations M´eso-A et M´eso-A’ pour les 5 stations (1 km de r´esolution). . . . . . . . . . . . . . 90 3.2 Evaluation statistique des variables de surface simul´ees : comparaison M´eso- ´ A et M´eso-A’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.3 Evaluation statistique des variables de surface simul´ees (10 min) par rap- ´ port aux observations ARN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 xxListe des abr´eviations Nombres sans dimension Fr Nombre de Froude local, d´efini par U/Nhm, avec U la vitesse du vent [m.s-1], N la flottabilit´e [s-2] et hm la hauteur de l’obstacle [m] Pr Nombre de Prandtl, d´efini par µCp/λ, avec µ la viscosit´e dynamique [kg.m-1.s-1], Cp la capacit´e thermique massique [J.kg-1.K-1] et λ la conductivit´e thermique [W.m-1.K-1] Re Nombre de Reynolds, d´efini par V L/ν, avec V la vitesse caract´eristique du fluide [m.s-1], L la dimension caract´eristique [m] et ν la viscosit´e cin´ematique du fluide [m2 .s-1] Variables DD Direction du vent horizontal [➦N] er Energie cin´etique turbulente r´esolue [m ´ 2 .s-2] es Energie cin´etique turbulente sous-maille [m ´ 2 .s-2] et Energie cin´etique turbulente totale, e ´ t = er + es [m2 .s-2] GFX Flux de chaleur du sol, de l’anglais : Ground Heat Flux [W.m-2] HCLA Hauteur de la couche limite atmosph´erique [m] HFX Flux de chaleur sensible, de l’anglais : Heat Flux [W.m-2] LH Flux de chaleur latente, de l’anglais : Latent Heat [W.m-2] LW Rayonnement des ondes longues re¸cu au sol, de l’anglais : Long Wave [W.m-2] PMER Pression au niveau de la mer [hPa] QVAP Rapport de m´elange de vapeur d’eau [g.kg-1] SW Rayonnement des ondes courtes re¸cu au sol, de l’anglais : Short Wave [W.m-2] xxiListe des Abr´eviations xxii T2 Temp´erature de l’air `a 2 m AGL [➦C] TKE Energie cin´etique turbulente, de l’anglais : Turbulent Kinetic Energy [m ´ 2 .s-2] Ts Temp´erature de la surface du sol ou de la mer [➦C] UU Vitesse du vent horizontal [m.s-1] Stations d’observation ARN Mˆat m´et´eorologique LaRGE de la zone d’Arnouville, Petit-Bourg, Guadeloupe ATL Bou´ee m´et´eorologique du National Data Buoy Center (ID 41040, 14,516➦N, 53,024➦W) BAH Bou´ee m´et´eorologique du National Data Buoy Center (ID 41046, 23,838➦N, 68,333➦W) BAR Station m´et´eorologique de la Barbade (ID 78954) CAR Bou´ee m´et´eorologique du National Data Buoy Center (ID 42059, 14,058➦N, 67,528➦W) DES Station m´et´eorologique M´et´eo France de la D´esirade, Guadeloupe GBD Station m´et´eorologique M´et´eo France de Grand-Bourg, Marie-Galante, Guadeloupe MOU Station m´et´eorologique M´et´eo France du Moule, Guadeloupe PAP Station de qualit´e de l’air Gwad’air du centre-ville de Pointe-`a-Pitre, Guadeloupe POR Bou´ee m´et´eorologique du National Data Buoy Center (ID 41043, 21,061➦N, 64,966➦W) PTR Station m´et´eorologique de Porto Rico (ID 78526) RZT Station m´et´eorologique M´et´eo France du Raizet, Guadeloupe (ID 78897) SDM Station m´et´eorologique de la R´epublique Dominicaine (ID 78486) SXM Station m´et´eorologique de Saint Martin (ID 78866) TRI Station m´et´eorologique de Trinidad (ID 78970) Stations num´eriques WRF EDF Station num´erique WRF `a la position de la centrale ´electrique EDF de Jarry, Guadeloupe PCM Station num´erique WRF de la zone du Petit Cul-de-Sac Marin, Guadeloupe VER Station num´erique WRF de la zone de Vernou, Petit-Bourg, Guadeloupe Domaines de simulation D01 Domaine 1 de la descente d’´echelle avec une r´esolution de 27 km (m´eso-´echelle)Liste des Abr´eviations xxiii D02 Domaine 2 de la descente d’´echelle avec une r´esolution de 9 km (m´eso-´echelle) D03 Domaine 3 de la descente d’´echelle avec une r´esolution de 3 km (m´eso-´echelle) D04 Domaine 4 de la descente d’´echelle avec une r´esolution d’1 km (m´eso-´echelle) D05 Domaine 5 de la descente d’´echelle avec une r´esolution de 333 m (micro-´echelle) D06 Domaine 6 de la descente d’´echelle avec une r´esolution de 111 m (micro-´echelle) Divers 2D Etude en deux dimensions ´ 3D Etude en trois dimensions ´ AF Aliz´es Faibles (avec une vitesse de 3 m.s-1 et un nombre de Froude, Frm = 0, 21) AGL Au-dessus du sol, de l’anglais : Above Ground Level AM Aliz´es Moyens (avec une vitesse de 6 m.s-1 et un nombre de Froude, Frm = 0, 41) AMSL Au-dessus du niveau moyen de la mer, de l’anglais : Above Mean Sea Level ARW Coeur dynamique Advanced Research du mod`ele WRF AS Aliz´es Soutenus (avec une vitesse de 12 m.s-1 et un nombre de Froude, Frm = 0, 82) CLA Couche Limite Atmosph´erique compos´ee de la CLS et de la CLP (du bas vers le haut) CLC24 Carte d’occupation des sols Corine Land Cover (2006) convertie aux 24 cat´egories d´efinies par l’USGS CLP Couche Limite Plan´etaire, partie haute de la CLA (≈ entre le sommet de la CLS et la HCLA) CLS Couche Limite de Surface, partie basse de la CLA (≈ entre 0 et 150 m AGL) e.g. Par exemple, du latin : exempli gratia Eq. Equation ´ Fig. Figure FNL Mod`ele d’analyse m´et´eorologique globale, NCEP FNL (Final) Operational Global Analysis GFS Global Forecast System, mod`ele de pr´evision num´erique du temps `a l’´echelle globale GRIB GRIdded Binary, format binaire utilis´e pour le stockage des donn´ees m´et´eorologiques, format d´efini par la World Meteorological OrganizationListe des Abr´eviations xxiv i.e. C’est-`a-dire, du latin : id est IGN Institut National de l’Information G´eographique et Foresti`ere IOA Indice d’ad´equation du mod`ele qui varie avec l’erreur quadratique moyenne, de l’anglais : Index Of Agreement IOA2 Indice d’ad´equation du mod`ele qui varie avec l’erreur moyenne absolue, de l’anglais : Index Of Agreement 2 LaRGE Laboratoire de Recherche en G´eosciences et Energies, Universit´e des Antilles et ´ de la Guyane LES Simulation aux grandes ´echelles, de l’anglais : Large Eddy Simulation LT Temps local, de l’anglais : Local Time ; en Guadeloupe l’heure LT correspond `a l’heure UTC−4 MAE Erreur moyenne absolue, de l’anglais : Mean Absolute Error MBE Erreur du biais moyen, de l’anglais : Mean Bias Error MSL Mean Sea Level (niveau moyen de la mer) MYJ Sch´ema de turbulence 1D Mellor-Yamada-Janji´c M´eso-A Simulation m´eso-´echelle utilisant la carte d’occupation des sols ULC24 dans le domaine D04 M´eso-A’ Simulation m´eso-´echelle utilisant la carte d’occupation des sols CLC24 dans le domaine D04 NCAR National Center for Atmospheric Research (institut am´ericain de recherche sur l’atmosph`ere) Obs. Donn´ees observ´ees RMSE Erreur quadratique moyenne, de l’anglais : Root-Mean-Square Error Tab. Tableau ULC24 Carte d’occupation des sols USGS global land cover avec 24 cat´egories (1992) USGS Institut d’´etudes g´eologiques des Etats-Unis, de l’anglais : United States Geological ´ Survey UTC Temps universel coordonn´e, de l’anglais : Universal Time Coordinated ; en Guadeloupe l’heure UTC correspond `a l’heure LT+4Liste des Abr´eviations xxv WRF Mod`ele m´et´eorologique Weather Research and Forecasting YSU Sch´ema de turbulence 1D Yonsei University ZCIT Zone de Convergence IntertropicaleA la r´evolution mondiale du prol´etariat ` xxviIntroduction Motivations et objectifs de la th`ese La litt´erature a montr´e qu’en fonction de leur taille et de leur relief, les ˆıles tropicales sont capables de g´en´erer leurs propres circulations dans les basses couches atmosph´eriques (Br´evignon, 2003; Carlis et al., 2010; C´ec´e et al., 2014; D’Alexis, 2011; D’Alexis et al., 2011; Feng and Chen, 1998; Jury et al., 2009; Lef`evre et al., 2010; Lesou¨ef et al., 2011; Mahrer and Pielke, 1976; Malkus, 1955; Matthews et al., 2007; Minder et al., 2013; Nguyen et al., 2010; Oliphant et al., 2001; Plocoste, 2013; Plocoste et al., 2014; Reisner and Smolarkiewicz, 1994; Savij¨arvi and Matthews, 2004; Smith et al., 1997; Smith and Grubiac, 1993; Smith et al., 2012; Souza, 1972; Whitehall et al., 2013; Yang and Chen, 2005). Le contexte tropical insulaire, avec une forte irradiation solaire et des ˆıles montagneuses, est propice `a de nombreux ph´enom`enes m´et´eorologiques locaux tels que les vents catabatiques–anabatiques en zone montagneuse, les brises de mer-terre sur la cˆote, la convection thermique-orographique ´evoluant en orages, les effets du relief sur des vents cycloniques... Ces ph´enom`enes se produisent aux ´echelles sub-kilom´etriques, infra-journali`eres, voir infrahoraires. Ils engendrent des changements brusques qui peuvent g´en´erer des rafales de vent localis´ees, des pr´ecipitations extrˆemes, des ´episodes de pollution atmosph´erique dans les basses couches, ou des perturbations de l’´etat de la mer. Il est donc essentiel d’am´eliorer les connaissances `a ces ´echelles fines, pour r´eduire les risques sur la sant´e, les biens et les personnes. L’application de la mod´elisation de l’atmosph`ere `a la micro-´echelle (inf´erieure au km, infra-horaire) b´en´eficierait aussi `a la recherche sur la pr´ediction des ´energies renouvelables fluctuantes, comme l’´eolien ou le solaire. La bibliographie traitant des circulations locales g´en´er´ees par l’archipel de la Guadeloupe est tr`es peu document´ee. Br´evignon (2003) a d´ecrit une cartographie grossi`ere des r´egimes de vents locaux. D’apr`es Br´evignon (2003), il n’y aurait pas de retournement du 1Introduction 2 vent jour–nuit mais une simple variation dans la direction du vent. Il a estim´e que les brises thermiques seraient principalement observ´ees le long de la cˆote sous le vent de la Basse-Terre. Pourtant, durant des aliz´es faibles `a mod´er´es, ces retournements nocturnes du vent des basses couches ont ´et´e observ´es : sur la cˆote au vent de la Grande-Terre (Br´evignon, 2003), sur la cˆote au vent de la Basse-Terre (D’Alexis, 2011; D’Alexis et al., 2011) et sur la cˆote sous le vent de la Grande-Terre (Plocoste, 2013; Plocoste et al., 2014). Dans le premier cas, il s’agirait d’une brise de terre (Br´evignon, 2003). L’environnement cˆotier et orographique du deuxi`eme cas sugg´ererait un ´ecoulement catabatique et/ou une brise de terre (D’Alexis, 2011; D’Alexis et al., 2011). Enfin Plocoste et al. (2014) ont d´efini la circulation nocturne d’ouest comme une brise urbaine induite par un ˆılot de chaleur urbain dans l’agglom´eration pointoise. D’apr`es nous, l’origine purement urbaine de cet ´ecoulement serait discutable. Les mesures exp´erimentales de D’Alexis et al. (2011) effectu´ees dans les mˆemes conditions m´et´eorologiques sur la cˆote au vent de la Basse-Terre ( station ARN), sugg´ereraient que l’´ecoulement d’ouest observ´e dans les travaux de Plocoste et al. (2014) soit g´en´er´e, en amont, sur la cˆote au vent de la Basse-Terre avec une extension vers la Grande-Terre. Les observations du panache de la centrale EDF de Jarry (Fig. 1.7, 1.8, 1.9) confirmeraient cette extension de l’´ecoulement vers la cˆote ouest de la Grande-Terre. Cet ´ecoulement local nocturne d’ouest, soufflant en direction de la partie la plus peupl´ee de l’archipel en passant par la zone industrielle de Jarry (o`u l’on trouve de nombreuses sources d’´emissions de polluants), n´ecessite une analyse 3D de sa structure et de ses m´ecanismes de formation. Quels sont les effets pr´edominants `a prendre en compte, selon les conditions m´et´eorologiques, pour comprendre ce cycle particulier du vent ? Quels sont les ordres de grandeur (extensions verticale et horizontale, direction et intensit´e) pour les variations observ´ees ? Quelles sont les influences de l’occupation des sols et de la zone maritime ? Quel est le rˆole du flux de chaleur sensible dans les cycles diurnes observ´es ? Actuellement, le mod`ele num´erique de pr´evision du temps, employ´e par M´et´eo-France en Guadeloupe et en Martinique, a une r´esolution limit´ee `a 8 km (mod`ele Aladin). Cette ´echelle ne correspond pas aux ph´enom`enes m´et´eorologiques locaux qui apparaissent sur ces petites ˆıles de l’Arc antillais. Depuis une d´ecennie, le d´eveloppement des moyens de calcul a permis la mise en place de mod`eles num´eriques de pr´evision du temps `a l’´echelle r´egionale. D’autres mod`eles m´et´eorologiques, comme le mod`ele Weather Research and Forecasting WRF (Skamarock et al., 2008), ont montr´e leur efficacit´e `a pr´edire les conditions atmosph´eriques m´eso-´echelles `aIntroduction 3 partir des donn´ees synoptiques des mod`eles globaux (Carlis et al., 2010; C´ec´e et al., 2014; Jury et al., 2009; Lef`evre et al., 2010; Nguyen et al., 2010; Seaman et al., 2012; Yang and Chen, 2005). Ce mod`ele est capable d’effectuer la descente d’´echelle depuis la m´eso-´echelle (sch´ema d’ensemble de couche limite plan´etaire 1D) vers la micro-´echelle (Large Eddy Simulation, LES 3D). C’est un axe de recherche r´ecent qu’on se propose d’appliquer `a notre sujet d’´etude. Cette ´etude viendra compl´eter les validations de ce type de couplage entre ces deux sch´emas de mod´elisation de la turbulence. Ce m´emoire de th`ese constitue donc la premi`ere ´etude de mod´elisation num´erique `a haute r´esolution de l’atmosph`ere dans les petites ˆıles montagneuses de l’archipel de la Guadeloupe (avec des mailles m´eso-´echelles de 3 km et 1 km et des mailles micro-´echelles de 333 m et 111 m). Le mod`ele m´et´eorologique WRF ARW V3.4.1 (Skamarock et al., 2008) ainsi que son module WRF-LES (micro-´echelle) ont ´et´e utilis´es pour simuler trois situations m´et´eorologiques r´eelles de 48 heures, associ´ees `a des aliz´es faibles (AF), des aliz´es moyens (AM), et des aliz´es forts (AS). Ces situations correspondent respectivement aux valeurs du nombre de Froude local ´egales `a 0,21, 0,41 et 0,82 (Fr est d´efini par U/Nhm avec des vitesses de vent horizontal U = 3, 6, 12 m.s-1, une flottabilit´e N de 0,01 s-1 et la hauteur de la Soufri`ere hm = 1460 m). Les travaux pr´esent´es ont pour principal objectif la simulation num´erique et l’analyse des m´ecanismes m´eso- et micro-´echelles qui induisent des circulations locales diurnes et nocturnes sur les ˆıles de la Guadeloupe et plus principalement dans la zone la plus peupl´ee de l’archipel (l’agglom´eration pointoise situ´ee au centre de l’archipel autour du Petit Culde-Sac Marin). A l’heure actuelle, o`u la mod´elisation de la descente d’´echelle depuis les ` sch´emas de moyenne d’ensemble (m´eso-´echelle) vers les sch´emas LES (micro-´echelle) reste peu document´ee, notre ´etude permettra d’am´eliorer les connaissances sur cette imbrication. Les observations de circulations nocturnes, apparaissant dans l’agglom´eration pointoise et la zone industrielle de l’archipel, peuvent g´en´erer des pics de pollution, li´es aux sources industrielles comme la production d’´electricit´e. Pour tenter d’´evaluer et de pr´evenir les risques de pollution associ´es au passage de cette circulation, une analyse plus fine en temps et en espace, est n´ecessaire. Cette analyse a pu ˆetre r´ealis´ee grˆace au couplage du mod`ele lagrangien de dispersion de particules FLEXPART(Brioude et al., 2013) avec les sorties WRF-LES. Les simulations micro-´echelles de la dispersion d’un panache de NOx seront analys´ees. Le for¸cage du mod`ele FLEXPART avec des sorties micro-´echelles WRF-LES (avec des r´esolutions spatiales de 333 m et 111 m) toutes les 10 minutes permettra d’´evaluer laIntroduction 4 capacit´e de ce dernier `a repr´esenter la dispersion de polluants dans des ´ecoulements turbulents. Ces premiers r´esultats de dispersion du panache de polluants issus de la zone industrielle de Jarry pourraient aider `a l’´elaboration de plans de pr´evention de la pollution atmosph´erique. L’ensemble des champs simul´es WRF, WRF-LES et WRF-LESFLEXPART contribueront aussi `a combler le manque de donn´ees d’observation et de mod´elisation (mod`ele Aladin de M´et´eo-France avec une maille de 8 km) locales sur l’archipel de la Guadeloupe dans le domaine de la m´et´eorologie et de la pollution. Cette ´etude pourra ˆetre g´en´eralis´ee et appliqu´ee `a des environnements proches car l’Arc des Petites Antilles est compos´e d’un ensemble d’ˆıles dont les tailles, les reliefs et les situations m´et´eorologiques synoptiques sont similaires `a ceux retrouv´es en Guadeloupe. Organisation du rapport Nous pr´esenterons dans le chapitre 1, une synth`ese bibliographique des connaissances dans le domaine de la mod´elisation des circulations atmosph´eriques, ainsi que l’´etat de l’art sur des ´etudes exp´erimentales traitant des circulations particuli`eres d´ej`a observ´ees sur l’archipel de la Guadeloupe. La section 2.1 est consacr´e `a la description de la m´ethodologie et des principaux outils employ´es. Les configurations du mod`ele m´et´eorologique r´egional WRF ARW et du mod`ele lagrangien de dispersion de particules FLEXPART-WRF sont pr´esent´ees respectivement dans les sections 2.3 et 2.4. Nous d´ecrivons les donn´ees d’observation disponibles pour l’´evaluation des champs m´et´eorologiques simul´es et des sorties de concentration de polluants dans les sections respectives, 2.5 et 2.6. La section 2.7 pr´esente les formulations des estimateurs d’erreur statistiques. Les r´esultats des simulations num´eriques m´eso-´echelles WRF (avec 4 domaines de r´esolutions respectives 27, 9, 3 et 1 km), micro-´echelles WRF-LES (avec 2 domaines de r´esolutions respectives 333 et 111 m) et de la dispersion de polluants WRF-LES-FLEXPART (mˆemes domaines que WRF-LES) sont d´ecrits et discut´es dans le chapitre 3. La publication traitant des sorties num´eriques de l’exp´erience M´eso-A (avec la carte d’occupation des sols de la Guadeloupe USGS AVHRR 1992), est incluse dans la section 3.1.1. La section 3.1.2 pr´esente les effets de la carte d’occupation des sols Corine Land Cover 2006 sur les circulations locales g´en´er´ees par l’archipel (exp´erience M´eso-A’). Dans la section 3.2, nous analysons les circulations micro-´echelles WRF-LES, simul´ees `a partir du for¸cage des sorties M´eso-A’ (1 km de r´esolution). Les simulations micro-´echelles de la dispersion duIntroduction 5 panache de la centrale EDF de Jarry (WRF-LES-FLEXPART) sont examin´ees `a la section 3.3. Enfin dans la partie Conclusion et perspectives, nous r´esumons les principaux r´esultats et enseignements de ces travaux, et nous pr´esentons leurs perspectives futures.Chapitre 1 Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 1.1 Echelles des circulations atmosph´eriques ´ Comme d´ecrit par Malardel (2009) dans son livre de r´ef´erence Fondamentaux de M´et´eorologie, l’atmosph`ere subit plusieurs types d’excitations ext´erieures comme les variations cycliques du rayonnement solaire durant l’ann´ee, ou des excitations plus irr´eguli`eres et complexes comme les interactions avec la surface terrestre ou oc´eanique. Il en r´esulte une forte variabilit´e spatio-temporelle de l’´etat du fluide atmosph´erique. Dans l’atmosph`ere excit´ee, des circulations se mettent en place et permettent un retour `a l’´equilibre. Ces circulations pr´esentent un large champ d’´echelles spatiales et temporelles : du millim`etre `a la taille de la plan`ete, et de la seconde `a plusieurs ann´ees (Malardel, 2009). D’apr`es Stull (2000), les ´echelles de temps de la plupart des ph´enom`enes sont approximativement proportionnelles aux ´echelles horizontales avec un coefficient proche d’1 s.m-1. Par exemple, dans la couche limite atmosph´erique, les vents thermiques d’1 km de diam`etre ont une dur´ee de circulation de 15 min. Les cellules orageuses qui ont une taille de 10 km peuvent durer une demi-journ´ee tandis que les perturbations cycloniques de l’ordre de 1000 km ont des dur´ees de vie allant de quelques jours `a quelques semaines (Stull, 2000). Stull (1988) a propos´e une classification des ph´enom`enes atmosph´eriques en fonction de leur ´echelle spatio-temporelle (Fig. 1.1). Les ´echelles (larges) plan´etaires et synoptiques ne sont pas d´ecrites dans ce sch´ema. L’´echelle plan´etaire est caract´eris´ee par une dimension 6Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 7 Figure 1.1: Classification des ph´enom`enes atmosph´eriques en fonction de leur ´echelle spatio-temporelle (Orlanski, 1975; Stull, 1988). spatiale de l’ordre de grandeur de 10.000 km (la circonf´erence de la Terre repr´esentant 4 fois cette valeur) et une dimension temporelle allant de plusieurs semaines `a plusieurs ann´ees. Les ph´enom`enes d’´echelle plan´etaire sont associ´es aux climats et incluent les circulations li´ees aux ondes de Rossby, `a l’ENSO (” El Ni˜no-Southern Oscillation ”), ou les circulations d’Hadley. L’´echelle synoptique a une dimension spatiale d’un millier de kilom`etres et une dimension temporelle de plusieurs jours. Elle correspond aux circulations g´en´er´ees par l’intensit´e et la position des centres anticycloniques et d´epressionnaires (comme les aliz´es). La m´eso-´echelle s’´etend sur un espace horizontal allant de 200 km `a plusieurs centaines de m`etres et un espace temporel allant de quelques jours `a la demi-heure (Fig. 1.1). Plusieurs sous-´echelles sont d´efinies dans la m´eso-´echelle : la m´eso-α (les cyclones et les fronts), la m´eso-γ (les jets de basses couches, les amas de nuages), la m´eso-δ (les orages, les effets urbains) et la micro-α (les couches limites atmosph´eriques, les nuages cumuliformes). Les ph´enom`enes comme la turbulence, avec des ´echelles spatiales inf´erieures `a 3 km et des ´echelles de temps inf´erieures `a l’heure, sont class´es dans la micro-´echelle. La m´eso-´echelle et la micro-´echelle semblent confondues dans les sous-´echelles : m´eso-δ et micro-α (Fig. 1.1). Cette zone d’imbrication inclut les ´ecoulements locaux de la couche limite atmosph´erique (comme les brises de terre–mer et les ´ecoulements catabatiques–anabatiques). Les ´etudes de pollution atmosph´erique comme la dispersion de panaches de polluants s’appliquent aussi dans le domaine de la micro-´echelle. L’ensemble des ph´enom`enes m´et´eorologiques sont bien class´es dans des ´echelles d’espace et de temps, leur mod´elisation est donc simplifi´ee.Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 8 1.2 M´eso-´echelle et micro-´echelle : circulations locales de couche limite atmosph´erique Dans cette partie, la description des ph´enom`enes de couche limite atmosph´erique, se produisant `a la m´eso- et `a la micro-´echelle, est bas´ee sur les d´efinitions de Stull (1988). 1.2.1 Couche limite atmosph´erique (CLA) 1.2.1.1 D´efinition La troposph`ere est la r´egion dense et habitable de l’atmosph`ere (elle regroupe 80% de sa masse totale). La troposph`ere s’´etend du sol jusqu’`a une altitude moyenne de 11 km, cependant seuls les premiers kilom`etres sont en g´en´eral modifi´es par les ph´enom`enes se produisant `a la surface de la Terre. Stull (1988) a d´efini la couche limite atmosph´erique (CLA) comme la partie de la troposph`ere qui est directement influenc´ee par la pr´esence de la surface de la Terre avec un temps de r´eponse inf´erieur ou ´egal `a l’heure. Les for¸cages incluent la friction, l’´evapo-transpiration, le bilan radiatif, la topographie. La hauteur de la CLA varie en fonction des variables spatio-temporelles, avec des valeurs comprises entre quelques centaines de m`etres `a quelques kilom`etres. Les variations diurnes de la temp´erature de la CLA sont dues aux processus de transports, induits par le r´echauffement et le refroidissement du sol (rayonnement solaire). La turbulence est un processus de transport majeur. 1.2.1.2 Structure de la CLA associ´ee au cycle diurne Stull (1988) a ´etudi´e l’´evolution diurne de la structure de la CLA terrestre dans des r´egions anticycloniques (Fig. 1.2). La CLA passe par trois ´etats principaux : la couche m´elang´ee, la couche r´esiduelle et la couche limite stable. La couche m´elang´ee peut ˆetre divis´ee en couche nuageuse et une couche sous-nuageuse. La partie basse de la CLA, la couche de surface, est d´efinie comme une couche de flux 1 constants donc avec des flux turbulents relativement uniformes sur l’axe vertical. Une zone d’entrainement fortement stable, de turbulence intermittente, s´epare la couche m´elang´ee de l’atmosph`ere libre. Durant la nuit, cette zone d’entrainement laisse place `a une couche d’inversion non turbulente (aussi appel´ee “capping”, Fig. 1.2). 1. Transport de mati`ere ou d’´energie `a travers une surfaceChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 9 Figure 1.2: Evolution temporelle de la structure verticale de la couche limite ´ atmosph´erique terrestre dans des r´egions anticycloniques (Stull, 1988). Couche de m´elange La couche de m´elange se d´eveloppe durant la journ´ee avec une hauteur maximale atteinte avant midi (Fig. 1.2). Dans cette couche, la turbulence est g´en´eralement induite par la convection. Les sources de convection sont : le transfert de chaleur provenant du sol irradi´e par les rayons du soleil et le refroidissement radiatif (dans les fr´equences de l’infra-rouge) au sommet des nuages. Couche r´esiduelle Environ une heure avant le coucher du soleil, en absence d’advection d’air froid, les thermiques de la couche de m´elange ne se d´eveloppent plus. A cet instant, la couche de ` m´elange commence `a se d´ecomposer en une couche r´esiduelle et une couche dite nocturne (Fig. 1.2). La couche r´esultante est appel´ee couche r´esiduelle parce que ses conditions thermodynamiques initiales sont les mˆemes que celles de la couche de m´elange en train de disparaˆıtre.Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 10 Couche limite stable Au cours de la nuit, la partie basse de la couche r´esiduelle se transforme en une couche limite stable (Fig. 1.2). Cette couche est caract´eris´ee par une turbulence quasi-nulle et un vent calme au niveau du sol. En cons´equence, les polluants ´emis dans la couche limite stable se dispersent peu sur l’axe vertical. Pour ces conditions de stabilit´e, des ´ecoulements particuliers peuvent se produire comme des vents catabatiques dans des r´egions orographiques ou des brises de terre dans des r´egions cˆoti`eres. Ces deux ´ecoulements particuliers seront d´ecrits dans la sous-section 1.2.2. 1.2.1.3 Vent moyen, ondes et turbulence Les ´ecoulements locaux (se produisant sur un site d´efini) peuvent ˆetre divis´es en trois cat´egories : le vent moyen, les ondes et la turbulence. Chacune de ces cat´egories existe dans la CLA, o`u le transport des quantit´es comme la vapeur d’eau (humidit´e), la chaleur, les mouvements (tourbillons) et les polluants, est domin´e par le vent moyen sur l’axe horizontal et par la turbulence sur l’axe vertical. Le vent moyen est responsable de l’advection assurant le transport horizontal rapide. Les ordres de grandeur classiques de vitesse du vent sont compris entre 2 et 10 m.s-1. La friction induite pr`es du sol, g´en`ere un profil de vitesse particulier (r´eduction continue de la vitesse en se rapprochant du sol), et donc une vitesse du vent moyen plus faible. Les vitesses verticales du vent moyen sont de l’ordre du millim`etre au centim`etre par seconde. Les ondes transportent principalement la quantit´e de mouvement et l’´energie. Ces ondes peuvent ˆetre localement g´en´er´ees par le cisaillement du vent moyen et du vent orographique. La CLA se distingue du reste de l’atmosph`ere par la forte fr´equence de la turbulence au voisinage du sol. La turbulence modifie les conditions de la CLA en fonction des for¸cages de surface. Elle est superpos´ee au vent moyen, et se manifeste par des mouvements tourbillonnaires (dits “eddies“ en anglais) de diff´erente taille imbriqu´es les uns dans les autres. Les tourbillons les plus grands ont une taille proche de la hauteur de la CLA et sont entretenus directement par les transferts de chaleur g´en´er´es par le sol irradi´e (pour les vents thermiques de la CLA), par la friction du sol ou par le franchissement d’obstacle (pour les sillages turbulents). Ces grands tourbillons peuvent ˆetre observ´es avec les boucles form´ees par un panache de fum´ee. Les plus petits tourbillons, de l’ordre du millim`etre, sont tr`es faibles `a cause des effets dissipatifs de la viscosit´e (friction inter-mol´eculaire qui transforme les mouvements en chaleur).Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 11 Dans la litt´erature, les ´etudes de la turbulence et des ondes de CLA s´eparent les variables (comme la temp´erature ou le vent) en une composante moyenne et une composante de perturbation en respectant les r`egles dites de Reynolds (Boussinesq, 1887; Reynolds, 1947). La partie moyenne repr´esente les effets de la temp´erature moyenne ou du vent moyen, tandis que la partie de perturbation repr´esente l’effet des ondes ou celui de la turbulence. 1.2.2 Circulations locales g´en´er´ees par les conditions de terrain Stull (1988) a d´ecrit les circulations locales dans des conditions de vents faibles et calmes. 1.2.2.1 R´egions cˆoti`eres : brises de mer–terre L’importante capacit´e calorifique des oc´eans inhibe les variations diurnes de la temp´erature de surface de l’eau tandis que la surface de la terre, caract´eris´ee par une faible capacit´e calorifique et une faible conductivit´e mol´eculaire, se r´echauffe et se refroidit consid´erablement durant le cycle diurne. Donc, durant la journ´ee, la terre est plus chaude que la mer et durant la nuit, la terre est plus froide. Brises de mer Pendant la matin´ee, apr`es la disparition de la couche limite stable, l’air commence `a s’´elever au-dessus du sol chaud et l’air provenant de la mer, plus froid, commence `a le remplacer. La brise de mer se met en place. L’extension de la brise de mer `a l’int´erieur des terres est d´elimit´ee par un front. Ce front est marqu´e par une zone de convergence, une chute de la temp´erature de quelques degr´es Celsius, une augmentation de l’humidit´e et des mouvements ascendants de l’ordre de 0,5 `a 2,5 m.s-1. Un ´ecoulement de retour vers la mer peut apparaˆıtre au-dessus pour fermer la circulation de brise de mer. En absence de vent synoptique, le front de brise peut progresser `a l’int´erieur des terres (entre 20 km et 50 km de distance `a la cˆote), avec une vitesse comprise entre 1 m.s-1 et 5 m.s-1 . Brises de terre La nuit, la surface de la terre se refroidissant plus rapidement que celle de l’eau de la mer, le gradient horizontal de temp´erature est invers´e. Une brise de terre se met en place : l’air froid terrestre souffle en direction de la mer plus chaude. Une circulation de retourChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 12 peut apparaˆıtre au-dessus : l’air chaud marin s’´el`eve et souffle en direction de la terre. La circulation de brise de terre est moins intense que celle de la brise de mer. 1.2.2.2 R´egions orographiques : vents anabatiques–catabatiques Ces ´ecoulements orographiques sont associ´es `a une diff´erence de temp´erature horizontale entre l’air `a la surface des pentes de la montagne et l’air environnant `a la mˆeme altitude. Vents anabatiques Pendant la journ´ee, la surface des pentes de la montagne chauff´ees par le rayonnement solaire r´echauffe `a son tour l’air proche du sol, qui devient plus chaud que l’air environnant pour une mˆeme altitude. La flottabilit´e positive induit qu’un ´ecoulement anabatique se d´eveloppe : l’air chaud va longer les pentes jusqu’au sommet de la montagne. L’air chaud peut ensuite s’´elever au-dessus de la crˆete de la montagne et former des cumulus dans certaines conditions d’humidit´e. Vents catabatiques La nuit, le refroidissement radiatif des pentes de la montagne refroidit l’air proche de la surface. Une masse d’air plus froide que l’air environnant s’accumule sur le relief. La flottabilit´e n´egative g´en`ere un ´ecoulement de gravit´e descendant les pentes : le vent catabatique. Cet ´ecoulement a, en g´en´eral, une faible ´epaisseur de quelques dizaines de m`etres et des vitesses de l’ordre de 1 `a 5 m.s-1 (Simpson, 1999). 1.3 Simulations num´eriques de la descente dynamique de la m´eso-´echelle `a la micro-´echelle Dans la section 1.1, nous avons montr´e que l’ensemble des ph´enom`enes m´et´eorologiques sont class´es dans des ´echelles d’espace et de temps. Par cons´equent, leur mod´elisation num´erique est simplifi´ee : chaque ph´enom`ene est simul´e aux ´echelles d’espace et de temps lui correspondant. Pour des raisons de coˆut des calculs num´eriques, il est plus simple de simuler des ph´enom`enes de large ´echelle, car ils sont associ´es `a des espaces importants qui peuvent ˆetre repr´esent´es par un nombre plus faible de grandes mailles. A ces grandes `Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 13 ´echelles, les fluctuations sur les circulations sont tr`es faibles. Il en r´esulte des pas de temps de calcul plus importants. Les ph´enom`enes m´et´eorologiques associ´es `a des ´echelles spatio-temporelles diff´erentes, interagissent entre eux (e.g. les circulations m´eso-´echelles dans un cyclone et les tourbillons turbulents qui l’animent `a la micro-´echelle). Pour ´etudier ces interactions d’´echelles, il est n´ecessaire d’effectuer une mod´elisation avec une imbrication d’´echelles. La notion de descente d’´echelle est un terme g´en´erique pour d´efinir le passage d’une simulation `a l’´echelle donn´ee `a une autre simulation `a l’´echelle plus fine (Fig. 2.10). 1.3.1 Descente d’´echelle En simulation m´et´eorologique, il existe deux types de descentes d’´echelle dynamique entre un domaine parent et son domaine imbriqu´e de r´esolution plus ´elev´ee. La descente d’´echelle sans retour d’information du domaine imbriqu´e vers le domaine parent est appel´ee ” oneway ”. La descente d’´echelle avec un retour d’information du domaine imbriqu´e vers le domaine parent est appel´ee ” two-way ”. Le transfert des conditions atmosph´eriques du domaine imbriqu´e vers le domaine parent permettrait d’am´eliorer les simulations m´et´eorologiques. Dans les mod`eles m´et´eorologiques m´eso-´echelles comme le Weather Research and Forecasting WRF, le rapport de r´esolution entre le domaine imbriqu´e et le domaine parent, est pr´econis´e `a [3 :1] (Skamarock et al., 2008). 1.3.2 Spectre de la turbulence : ” terra incognita ” (Wyngaard, 2004) Dans la mod´elisation m´eso-´echelle, l’´echelle l de la turbulence contenant l’´energie et les flux, est tr`es petite devant l’´echelle ∆ du filtre spatial de r´esolution des ´equations du mouvement, donc la turbulence ne peut pas ˆetre r´esolue (Wyngaard, 2004). Dans ce cas la turbulence est enti`erement mod´elis´ee par la fermeture des sch´emas de moyenne d’ensemble. Dans la mod´elisation micro-´echelle Large Eddy Simulation (LES), c’est le cas contraire, l est grand devant ∆, la turbulence de grande ´echelle est r´esolue et celle de petite ´echelle (dissipation) est mod´elis´ee. Les mod`eles de fermeture de la turbulence ne sont pas con¸cus pour ˆetre utilis´es quand l et ∆ sont du mˆeme ordre de grandeur, Wyngaard (2004) a appel´e cet intervalle num´erique : la ” terra incognita ”.Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 14 1.3.3 M´eso-´echelle : principaux sch´emas de moyenne d’ensemble 1D (Shin and Hong, 2011) La couche limite atmosph´erique se compose de la couche limite de surface (CLS, comprise entre 0 et 150 m AGL 2 ) et de la couche limite plan´etaire (CLP, comprise entre le sommet de la CLS et le sommet de la CLA). Dans les mod`eles m´et´eorologiques, les ph´enom`enes de couche limite atmosph´erique sont param´etr´es par un sch´ema de couche limite de surface et un sch´ema de couche limite plan´etaire. Comme d´ecrit par Shin and Hong (2011), dans les sch´emas de couche limite plan´etaire, les flux turbulents sous-mailles sont calcul´es en utilisant les variables moyennes pronostiqu´ees (comme la temp´erature, le rapport de m´elange, les vitesses horizontales), suivant les ´equations de diffusion verticale du type : ∂C ∂t = − ∂ ∂zw0c 0 = ∂ ∂z  Kc  ∂C ∂z  (1.1) o`u Kc est la diffusivit´e turbulente pour la variable moyenne C, t le temps, z la coordonn´ee verticale, et w 0 la fluctuation de la vitesse verticale. 1.3.3.1 Sch´ema YSU : fermeture au premier ordre avec un m´elange non-local Le sch´ema YSU (Hong et al., 2006) ne n´ecessite pas l’addition de nouvelles ´equations pronostiques pour exprimer les effets de la turbulence sur les variables moyennes (Shin and Hong, 2011). En couche limite convective, ce sch´ema est bas´e sur le profil K en d´eterminant la diffusivit´e turbulente Kc (fonction du cisaillement du vent local et du nombre de Richardson local dans l’atmosph`ere libre). En addition de la diffusion locale (Eq. 1.1), le sch´ema YSU consid`ere le m´elange non-local par des grands tourbillons convectifs (Shin and Hong, 2011). Pour exprimer ce m´elange non-local, un terme d’ajustement de gradient non-local (γc) est ajout´e : ∂C ∂t = ∂ ∂z  Kc  ∂C ∂z − γc  − (w0c 0 )h z h 3  (1.2) avec h la hauteur de la couche limite convective. Le sch´ema YSU traite explicitement les processus d’entrainement au sommet de la couche limite plan´etaire. En couche limite stable, la version du sch´ema YSU am´elior´ee par Hong (2010) est bas´ee sur le nombre de Richardson global entre la couche de surface et le sommet de la couche limite (Shin and Hong, 2011). 2. Au-dessus du sol, de l’anglais : Above Ground LevelChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 15 1.3.3.2 Sch´ema MYJ : fermeture TKE `a l’ordre 1,5 avec un m´elange local Le sch´ema MYJ (Janji´c, 1990) n´ecessite l’addition d’une ´equation pronostique de l’´energie cin´etique turbulente, exprim´ee par l’accronyme anglais TKE (Turbulent Kinetic Energy) : Kc = l √ eSc (1.3) avec e la TKE, l la longueur de m´elange (d´efinie par Prandtl comme la distance sur laquelle une perturbation transporte des propri´et´es d’une parcelle d’air) et Sc le coefficient de proportionnalit´e (Shin and Hong, 2011). Le sch´ema MYJ applique le m´elange local en tenant compte de la diffusivit´e turbulente locale existant entre le plus bas et le plus haut niveau vertical, en couche limite convective et stable. L’entrainement est param´etr´e par le calcul de Kc pr`es du sommet de la couche limite plan´etaire. 1.3.4 Micro-´echelle : sch´emas Large Eddy Simulation (LES) 3D (Mirocha et al., 2010) Figure 1.3: Sch´ema du spectre de l’´energie en fonction de la taille des structures turbulentes. Les simulations aux grandes ´echelles (LES, de l’anglais : Large Eddy Simulation) ont pour principe de calculer par r´esolution num´erique directe les structures turbulentes de grande taille et de mod´eliser celles de petite taille (Fig. 1.3). Dans la CLA, les grands tourbillons sont de l’ordre d’une centaine de m`etres, mais leur structure varie selon l’´ecoulement,Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 16 tandis que les petits tourbillons ont un caract`ere universel. Les m´ethodes LES ont pour avantages : la simulation des ´ecoulements complexes de la micro-´echelle et la r´eduction de la puissance de calcul requise par rapport `a la simulation num´erique directe (DNS, de l’anglais : Direct Numerical Simulation). La mod´elisation LES repose sur la r´esolution explicite en 3D des ´echelles de production et de transport de l’´energie turbulente atmosph´erique, tandis que la partie petite ´echelle du spectre de la turbulence, correspondant `a la dissipation de l’´energie turbulente, est ´elimin´ee par l’interm´ediaire d’un filtre spatial (Mirocha et al., 2010). Les effets du filtrage des structures de ces ´echelles, sur le composant r´esolu de l’´ecoulement, sont mod´elis´es par un mod`ele de fermeture dit ” sub-filter scale ” (SFS). Mirocha et al. (2010) ont d´ecrit les ´equations LES de la mani`ere suivante, les variables r´esolues des structures grandes ´echelles ´etant not´ees avec un tilde, nous avons : ∂u˜i ∂t + ∂(˜uiu˜j ) ∂xj = − 1 ρ˜ ∂p˜ ∂xi − ∂τij ∂xj , (1.4) avec τij = (ugiuj ) − (˜uju˜i). (1.5) u˜i,j sont les vitesses r´esolues (i, j = 1, 2, 3, correspondant aux 3 composantes de la vitesse, respectivement, u, v et w) ; ˜p est la pression r´esolue ; ˜ρ est la densit´e r´esolue ; xi , xj font r´ef´erence aux coordonn´ees spatiales avec i, j = 1, 2, 3 indiquant respectivement les composants, x, y et z. τij d´efinit la contrainte de cisaillement `a la sous-´echelle du filtre (SFS) induit par les petites structures (petits tourbillons). Cette force de surface est param´etr´ee par un mod`ele de contrainte SFS. Les deux mod`eles de contrainte SFS principalement utilis´es dans la bibliographie sont : le mod`ele de Smagorinsky (Lilly, 1967; Smagorinsky, 1963) et le mod`ele bas´e sur la fermeture SFS TKE d’ordre 1,5 (Lilly, 1967). Chacun de ces mod`eles est de la forme de viscosit´e turbulente (les effets de la turbulence sont d´ecrits par une analogie avec la viscosit´e mol´eculaire) : τij = −2νT S˜ ij , (1.6) avec νT le coefficient de viscosit´e turbulente et S˜ ij = 1/2[(∂u˜i/∂x˜j )+ (∂u˜j/∂x˜i)] le tenseur de d´eformation des grandes structures (Mirocha et al., 2010).Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 17 1.3.4.1 Fermeture SFS Smagorinsky Le coefficient de viscosit´e d’eddy de Smagorinsky est calcul´e d’apr`es la formule : νT = (CSl) 2max[0,(S˜ ijS˜ ij − Pr−1N 2 ) 1/2 ]. (1.7) CS est le coefficient de Smagorinsky. L’´echelle de longueur est donn´ee par l = (∆x∆y∆z) 1/3 . Le nombre de Prandtl turbulent Pr est d´efini par µCp/λ, avec µ la viscosit´e dynamique (kg.m-1.s-1), Cp la capacit´e thermique massique (J.kg-1.K-1) et λ la conductivit´e thermique (W.m-1.K-1). Le nombre de Prandtl repr´esente le rapport entre la diffusivit´e de la quantit´e de mouvement et la diffusivit´e thermique. N2 est la fr´equence de Brunt-V¨ais¨al¨a. Elle repr´esente la stabilit´e de la couche d’air : si la parcelle d’air d´eplac´ee verticalement oscille autour de sa position d’´equilible N2 est positive, dans le cas contraire N2 est inf´erieure ou ´egale `a 0. L’´equation 1.7 induit une r´eduction de la contrainte quand la stabilit´e augmente jusqu’`a une limite de la disparition du m´elange, quand N2 est tr`es important par rapport aux d´eformations. Ceci limiterait l’utilisation du mod`ele Smagorinsky dans des conditions de forte stabilit´e (Mirocha and Kirkil, 2010). 1.3.4.2 Fermeture SFS TKE d’ordre 1.5 Dans ce mod`ele le coefficient de viscosit´e d’eddy est d´efini par : νT = Cl√ es , (1.8) o`u es est l’´energie cin´etique turbulente sous-maille, et C = 0, 15. Quand cette fermeture est s´electionn´ee, le mod`ele WRF int`egre l’´equation pronostique suivante, de la TKE du SFS (Mirocha et al., 2010) : ∂t(µdes)+Transport = µd(Production cisaillement+Production thermique+Dissipation) (1.9) avec µd, la masse de la colonne d’air sec et le terme de dissipation mod´elis´e par l’expression −Ce 3/2 s /l.Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 18 1.3.5 Descente d’´echelle : couplage d’un sch´ema d’ensemble et d’un sch´ema LES Les simulations num´eriques des circulations locales incluant une descente d’´echelle (” oneway ” et ” two-way ”) depuis les dimensions synoptiques jusqu’`a celles de la m´eso-echelle sont largement r´epandues dans la litt´erature et ont montr´e leur efficacit´e (Carlis et al., 2010; C´ec´e et al., 2014; Jury et al., 2009; Lef`evre et al., 2010; Nguyen et al., 2010; Seaman et al., 2012; Yang and Chen, 2005). En revanche la descente d’´echelle (” one-way ” et ” two-way ”) depuis la m´eso-´echelle (sch´ema de moyenne d’ensemble 1D) vers la micro-´echelle (Large Eddy Simulation 3D) est tr`es r´ecente et peu document´ee (Mirocha and Kirkil, 2010). Cette imbrication d’´echelle n´ecessite d’importants moyens de calcul en comparaison avec les simulations m´eso-´echelles. Ces besoins ´elev´es de calcul sont principalement li´es au maillage. La r´esolution minimale requise en LES est de l’ordre de la centaine de m`etres, alors que les sch´emas de moyenne d’ensemble sont limit´es `a la r´esolution du kilom`etre. En g´en´eral, le rapport de r´esolution d’imbrication entre deux domaines est de 3 :1. Dans le cas de l’imbrication m´eso-LES, il sera donc n´ecessaire d’utiliser des domaines interm´ediaires situ´ees dans la ” terra incognita ” (Wyngaard, 2004) du spectre de la turbulence. Enfin, la finesse du maillage LES induit des dur´ees de calcul plus longues, associ´ees `a la diminution du pas de temps et `a l’augmentation de la fr´equence d’appel des sch´emas de mod´elisation de la physique. La plupart des ´etudes traitant le sujet ont ´et´e r´ealis´ees `a partir de l’utilisation du syst`eme coupl´e WRF-LES. Dans le cas d’imbrication id´ealis´ee (sans couplage avec la m´eso-´echelle) de deux domaines LES en ” two-way ”, Moeng et al. (2007) ont montr´e un bon transfert des conditions turbulentes du domaine imbriqu´e vers le domaine parent. Moeng et al. (2007) ont ´enonc´e les probl`emes qui seraient rencontr´es dans le cas du transfert de ces conditions turbulentes d’un domaine LES 3D vers un domaine de moyenne d’ensemble 1D m´eso-´echelle : la diff´erence de pr´ediction du transport turbulent entre les deux domaines (induisant des biais sur les champs de vent et de temp´erature) et le temps de latence aux conditions limites (passage des mouvements turbulents LES dans les ´ecoulements laminaires m´eso- ´echelles). Zhu (2008b) a analys´e un cas r´eel de transport turbulent dans l’ouragan Ivan. Il a utilis´e simultan´ement 6 domaines avec une r´esolution horizontale comprise entre 8100 m et 100 m. Dans les 3 premiers domaines (m´eso-´echelle), les circulations de la couche limite cyclonique ont ´et´e r´esolues par le sch´ema YSU. Dans les 3 autres domaines (micro-´echelle), le mod`ele LES de Smagorinsky a ´et´e s´electionn´e pour r´esoudre les grands tourbillons deChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 19 la turbulence. Les r´esultats WRF-LES du vent de surface (moyenn´e toutes les 10 min) ont montr´e une bonne ad´equation avec les donn´ees d’observation. Par une ´etude similaire WRF-LES, Zhu (2008a) a montr´e que les vents d´evastateurs de l’ouragan Katrina, lors de son arriv´ee sur les cˆotes am´ericaines, avaient pour principale origine les grands tourbillons de la turbulence. L’´evaluation de la ressource ´eolienne, la pr´evision de la puissance ´electrique g´en´er´ee, la conception d’une ferme ´eolienne, n´ecessitent l’analyse, en conditions m´et´eorologiques r´eelles, des ´ecoulements moyens et turbulents. L’imbrication m´eso-´echelle – ´echelle large eddy (” one-way ” et ” two-way ”) commence aussi `a ˆetre appliqu´ee dans le domaine de l’´energie ´eolienne (Liu et al., 2010; Lundquist et al., 2010; Marjanovic et al., 2010). Liu et al. (2010) ont montr´e la capacit´e du syst`eme WRF-LES, incluant l’assimilation de donn´ees d’observation non-maill´ees, `a pr´edire les effets locaux du vent dans une ferme ´eolienne. Talbot et al. (2012) ont men´e les travaux les plus r´ecents sur l’imbrication de domaines LES (dont la plus haute r´esolution est de 50 m) dans les domaines WRF m´eso-´echelles. Ils ont analys´e les performance du syst`eme WRF-LES pour des situations m´et´eorologiques r´eelles. Talbot et al. (2012) ont r´ealis´e la descente d’´echelle en deux ´etapes, `a l’aide de trois domaines m´eso-´echelles (de r´esolutions respectives, 12150 m, 4050 m et 1350 m) et de trois domaines micro-´echelles (de r´esolutions respectives, 450 m, 150 m et 50 m). Le mod`ele de moyenne d’ensemble YSU a ´et´e utilis´e pour la m´eso-´echelle. Les sorties du domaine m´eso-´echelle de plus haute r´esolution (1350 m) ont ensuite ´et´e interpol´ees lin´eairement en temps et en espace pour le for¸cage du domaine LES de plus faible r´esolution (450 m). Les mod`eles sous-mailles TKE ordre 1,5 et Smagorinsky ont ´et´e test´es en LES. Dans le domaine de plus haute r´esolution (50 m), Talbot et al. (2012) ont constat´e que les variations de temp´erature ´etaient bien simul´ees contrairement `a celles de l’humidit´e sp´ecifique. Les vitesses et les directions du vent simul´e pr´esentaient d’importantes erreurs particuli`erement durant la nuit. Talbot et al. (2012) n’ont pas remarqu´e de diff´erences significatives entre les simulations micro-´echelles Smagorinsky et TKE ordre 1,5. 1.4 Simulation num´erique de la dispersion de polluants : applications du mod`ele FLEXPART-WRF L’analyse du transport de polluants dans l’air est essentiel dans la pr´evention des risques sur la sant´e, le suivi de la qualit´e de l’air (pic de pollution r´ecent `a Paris, poussi`eres du Sahara dans l’arc des Petites Antilles), et la s´ecurit´e a´erienne (´eruptions en 2010 duChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 20 volcan Eyjafj¨oll en Islande et du volcan de la Soufri`ere de Montserrat). La connaissance des champs de vent aux diff´erentes ´echelles, macroscopiques et microscopiques, permet de pr´edire les trajectoires des particules. Les deux m´ethodes principalement connues sont : la m´ethode eul´erienne et la m´ethode lagrangienne. La m´ethode eul´erienne consiste `a suivre l’ensemble des concentrations de particule en chaque point du domaine. Cette approche est tr`es gourmande en m´emoire et en temps de calcul. La m´ethode lagrangienne consiste `a suivre une particule ou un groupe de particule. Dans cette section, nous nous focaliserons sur les m´ethodes lagrangiennes et leurs couplages avec le mod`ele m´et´eorologique m´eso- ´echelle WRF. 1.4.1 G´en´eralit´es sur les mod`eles lagrangiens de dispersion de particules (Hegarty et al., 2013a,b) Les mod`eles lagrangiens de dispersion de particules suivent un ensemble de particules en sens direct (” forward ”) depuis une r´egion source et en sens indirect (” backward ”) depuis un r´ecepteur (lieu de mesures) (Hegarty et al., 2013a). Le transport de chacune des particules est bas´e sur les champs de vents moyens (provenant d’un mod`ele num´erique de pr´evision m´et´eorologique) et la composante turbulente du vent obtenue par un mod`ele sous-maille (Hegarty et al., 2013a). L’´evaluation des mod`eles lagrangiens les plus utilis´es, HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory), STILT (Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport) et FLEXPART (FLEXible PARTicle), a montr´e que ces mod`eles ont les mˆemes performances et que la pr´ecision des simulations d´epend principalement des donn´ees m´et´eorologiques utilis´ees comme condition initiale et limite (Hegarty et al., 2013a,b). 1.4.2 Quelques applications du mod`ele FLEXPART-WRF Le syst`eme FLEXPART-WRF (Brioude et al., 2013) repr´esente le mod`ele lagrangien de dispersion de particules FLEXPART (Stohl et al., 2005) qui int`egre les champs m´et´eorologiques m´eso-´echelles du mod`ele WRF (Skamarock et al., 2008) avec le pas de temps souhait´e. Nous d´ecrirons le mod`ele FLEXPART-WRF dans la section 2.4 du rapport. Landgren (2011) a utilis´e le mod`ele FLEXPART-WRF (incluant 3 domaines imbriqu´es de r´esolutions respectives, 9, 3 et 1 km) pour examiner les ´emissions de gaz de trois volcans : Popocat´epetl (Mexique), Tungurahua (Equateur) et Nyiragongo (R´epublique ´ d´emocratique du Congo). Landgren (2011) a constat´e que le mod`ele FLEXPART-WRFChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 21 simulait bien les ´emissions de gaz volcaniques mˆeme pour des petites ´echelles (1 km). Globalement, les mesures de concentration de SO2 ont montr´e une bonne performance du mod`ele dans deux tiers des cas. Cependant les hauteurs et largeurs du panache ´etaient biais´ees, le mod`ele pr´esentait une importante propagation du panache. D’apr`es Landgren (2011), l’am´elioration des donn´ees m´et´eorologiques d’entr´ee pourrait r´eduire ces biais. Dans une ´etude exp´erimentale et num´erique, de Foy et al. (2011) ont examin´e les panaches de polluants affectant le bassin du centre-ville de Mexico. Les mesures lidar ont ´et´e compar´ees aux sorties mod`eles FLEXPART-WRF pour plusieurs groupes d’´emissions : les ´emissions urbaines, les feux de forˆet et les poussi`eres soulev´ees par le vent. Le mod`ele ´etait suffisamment performant pour caract´eriser correctement les types d’a´erosols et leur ˆage (de Foy et al., 2011). A l’aide de FLEXPART-WRF, ` Angevine et al. (2013) ont aussi men´e une ´etude du transport de polluants multi-sources. Ces travaux concernent plusieurs r´egions de la Californie et deux types de traceurs : les ´emissions automobiles (CO) et l’´emission agricole d’ammoniac. Sur plusieurs sites de comparaison, les sorties mod`eles ´etaient qualitativement fid`eles aux observations. Sandeepan et al. (2013) ont montr´e la capacit´e du mod`ele FLEXPART-WRF `a reproduire l’effet de serpentement d’un panache bi-modal (p´eriodicit´e de 30 min) durant un ´ecoulement catabatique. 1.5 Etat de l’art sur les circulations locales g´en´er´ees ´ par des ˆıles tropicales Les effets m´ecaniques des ˆıles sur le flux d’aliz´es continu sont caract´eris´es par un nombre de Froude local Fr qui est d´efini par (U/Nhm), o`u U est la vitesse du vent, hm est la hauteur de l’obstacle, et N est la fr´equence de flottabilit´e. De mani`ere g´en´erale, la litt´erature et en particulier Beucher (2010) analyse les circulations locales pour chacun des trois types d’ˆıles tropicales suivants : les ˆıles larges (avec Fr ≥ 1 et une largeur > 50 km), les ˆıles montagneuses (avec Fr < 1), ou les ˆıles petites (avec Fr ≥ 1 et une largeur ≤ 50 km).Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 22 1.5.1 Circulations g´en´er´ees par les ˆıles tropicales larges (Fr ≥ 1 et une largeur > 50 km) Les effets des ˆıles larges sur les vents synoptiques ont ´et´e examin´es pour les ˆıles Tiwi (Oliphant et al., 2001) et Porto Rico (Jury et al., 2009; Malkus, 1955). Oliphant et al. (2001) ont montr´e qu’avec une topographie plate de 8000 km2 , les ˆıles Tiwi g´en`erent leur propre r´egime de circulations locales d’origine thermique, associ´e avec des brises de mer le jour, et des brises de terre la nuit. Les simulations de la m´et´eorologie m´eso-´echelle de Porto Rico, `a l’aide du mod`ele Weather Research and Forecast (WRF), ont indiqu´e comment le r´echauffement diurne et l’orographie agissent sur la structure de la couche limite convective et le flux d’aliz´es (Jury et al., 2009). 1.5.2 Circulations g´en´er´ees par les ˆıles tropicales montagneuses (Fr < 1) En g´en´eral, les ˆıles montagneuses comme l’archipel d’Hawaii (Carlis et al., 2010; Feng and Chen, 1998; Nguyen et al., 2010; Reisner and Smolarkiewicz, 1994; Smith and Grubiac, 1993; Yang and Chen, 2005), la Nouvelle-Cal´edonie (Lef`evre et al., 2010), l’ˆıle de la R´eunion (Lesou¨ef et al., 2011), ou les ˆıles des Petites Antilles comme Saint-Vincent (Smith et al., 1997) et la Dominique (Minder et al., 2013; Smith et al., 2012) auraient principalement des effets m´ecaniques sur le flux incident (blocage sur la cˆote au vent et contournements, effets d’acc´el´eration de Venturi, panne de vent et tourbillons dans le sillage) avec dans certains cas des circulations thermiques apparaissant sur leurs cˆotes sous le vent. Les r´esultats de l’´etude num´erique id´ealis´ee de Lesou¨ef et al. (2011) ont montr´e que le r´egime des ´ecoulements locaux au-dessus de l’ˆıle de la R´eunion variait avec l’intensit´e des aliz´es. Dans le cas de vitesse de vent synoptique nulle, des circulations thermiques sont g´en´er´ees par les contrastes de temp´erature entre la terre et la mer, et entre l’air et les pentes des montagnes. Pour une vitesse de vent synoptique de 5 m.s-1, le r´egime de vent local est caract´eris´e par une convergence diurne et une divergence nocturne. Des brises thermiques peuvent se produire sur la cˆote sous le vent. Pour une vitesse de vent synoptique de 10 m.s-1, la convergence et la divergence de la circulation sont moins marqu´ees. Les effets thermiques sont inhib´es par les forts aliz´es, cependant il y a des occurrences de brises sur la cˆote sous le vent. Durant la campagne de terrain Dominica Experiment (DOMEX), Minder et al. (2013);Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 23 Smith et al. (2012) ont observ´e que deux types de r´egimes de vent local apparaissaient sur la cˆote sous le vent de l’ˆıle montagneuse de la Dominique en fonction de l’intensit´e des aliz´es. Des vitesses de vent synoptique inf´erieures `a 5 m.s-1 ´etaient associ´ees `a des ´ecoulements anabatiques sur les pentes au vent et sous le vent tandis que celles sup´erieures `a 8 m.s-1 ´etaient associ´ees `a des fort courants descendant les pentes sous le vent du relief. 1.5.3 Circulations g´en´er´ees par les petites ˆıles (Fr ≥ 1 et une largeur ≤ 50 km) Les impacts thermiques des petites ˆıles sur la couche limite atmosph´erique marine ont ´et´e analys´es par des observations et des simulations num´eriques au-dessus de l’ˆıle de la Barbade, dont le diam`etre est de 40 km (Mahrer and Pielke, 1976; Souza, 1972; Whitehall et al., 2013) et au-dessus de l’ˆıle de Nauru, dans le Pacifique, dont le diam`etre est de 5 km (Matthews et al., 2007; Savij¨arvi and Matthews, 2004). Ces ´etudes ont montr´e qu’avec un important r´echauffement de la surface du sol, les petites ˆıles tropicales peuvent g´en´erer leurs propres circulations d’origine convective. Whitehall et al. (2013) ont men´e des simulations WRF d’un ph´enom`ene d’inondations extrˆemes sur l’ˆıle de la Barbade, durant les aliz´es faibles (vitesse de vent inf´erieure `a 5 m.s-1). Les r´esultats de la mod´elisation ont indiqu´e que le d´eveloppement de nuages de convection profonde ´etait conditionn´e par deux m´ecanismes de circulation locale. Premi`erement, un syst`eme de brise de mer induisait une convergence de l’humidit´e dans les basses couches. Deuxi`emement, la topographie de l’ˆıle (sommet `a 366 m AMSL), entraˆınait une ´el´evation m´ecanique de cette masse d’air humide. 1.6 Etat de l’art sur l’archipel de la Guadeloupe ´ 1.6.1 Contexte m´et´eorologique synoptique L’archipel de la Guadeloupe est un ensemble d’ˆıles localis´e `a 61,5➦W et 16,3➦N dans la partie centrale de l’Arc des Petites Antilles (Fig. 1.4). Ces ˆıles travers´ees par les aliz´es ont un climat tropical insulaire caract´eris´e par deux saisons pr´edominantes (Br´evignon, 2003). La premi`ere est une saison relativement s`eche avec des pr´ecipitations tr`es peu intenses, appel´ee le carˆeme. Elle s’´etend de mi-janvier `a mars. La seconde, appel´ee l’hivernage, s’´etend de juillet `a novembre. Elle se caract´erise par des cumuls de pluie plus ´elev´es. L’intensit´e desChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 24 Figure 1.4: Carte topographique GeBCO 08 (General Bathymetric Chart of the Oceans IOC et al. (2003), 30 secondes d’arc de r´esolution) en m : (a) zone de la Cara¨ıbe ; (b) l’Arc des Petites Antilles. pr´ecipitations est le facteur marquant principalement la diff´erence entre ces deux saisons. Les donn´ees d’observation de la station m´et´eorologique du Raizet (RZT, disque rouge, Fig. 1.5), localis´ee en zone convective, indiquent qu’en f´evrier le cumul moyen mensuel est de l’ordre de 60,6 mm tandis qu’en octobre il atteint 214,5 mm. Le cycle saisonnier est une cons´equence de la variation annuelle de la latitude de la zone de convergence intertropicale (ZCIT). Le cycle annuel des pr´ecipitations observ´ees `a la station m´et´eorologique du Raizet indique que le carˆeme correspond `a la position la plus australe de la ZCIT, soit 5➦S, et l’hivernage, `a la position la plus nord soit 10➦N. Br´evignon (2003) a d´ecrit le r´egime des aliz´es arrivant sur l’Arc antillais. Les aliz´es sont g´en´er´es par l’anticyclone des A¸cores dans l’Atlantique nord et soufflent vers les basses pressions ´equatoriales en subissant une d´eviation vers la droite de leur mouvement, li´ee `a la force de Coriolis. La direction et la force des aliz´es d´epend principalement de la position et de l’intensit´e des centres anticycloniques et d´epressionnaires sur l’Atlantique. Durant l’ann´ee, les aliz´es sont en g´en´eral mod´er´es (vitesse de l’ordre de 6 m.s-1). Le passage de perturbations tropicales, subtropicales ou de fronts peut induire dans leur queue une panne d’aliz´es caract´eris´ee par des vents tr`es faibles (vitesse inf´erieure `a 5 m.s-1). Le passage des cyclones tropicaux peut g´en´erer de puissants vents tournants qui ont des vitesses comprises entre 20 et 70 m.s-1 . 1.6.2 Contexte m´et´eorologique local L’archipel de la Guadeloupe comprend deux ˆıles principales (Fig. 1.5) : la Basse-Terre, une ˆıle volcanique montagneuse avec une topographie complexe qui s’´el`eve jusqu’`a 1467 m (le sommet du volcan de la Soufri`ere) et la Grande-Terre, un plateau calcaire avec une faibleChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 25 topographie qui s’´el`eve jusqu’`a 135 m. Ces deux ˆıles sont s´epar´ees par un canal ´etroit, la Rivi`ere sal´ee. Ce dernier est bord´e par deux zones d’eaux peu profondes : Le Petit Cul-de-sac Marin au sud et le Grand Cul-de-sac Marin au nord. D´esirade, Marie-Galante et Les Saintes sont des petites ˆıles de l’archipel. La particularit´e de la Guadeloupe est la combinaison de deux types de topographie (Fig. 1.5) : l’ˆıle montagneuse de la Basse-Terre (Fr < 1 et une largeur ≤ 50 km) et la petite ˆıle, relativement plate, de la Grande-Terre (Fr > 1 et une largeur ≤ 50 km). Il y a tr`es peu d’´etudes traitant des circulations locales au-dessus de la Guadeloupe. Dans la bibliographie, les donn´ees m´et´eorologiques d’observation proviennent principalement de quatre stations M´et´eo-France (Raizet, D´esirade, Moule, et Grand-Bourg) et d’une station cˆoti`ere du Laboratoire de Recherche en G´eosciences et Energie (LaRGE), situ´ee `a ´ Arnouville. Ces stations sont respectivement nomm´ees RZT, DES, MOU, GBD, et ARN (Fig. 1.5). Figure 1.5: Carte topographique (IGN, 50 m de r´esolution), avec la zone la plus peupl´ee de l’archipel (rectangle noir), la d´echarge DCH (carr´e marron), la centrale EDF (croix rouge), le campus de Fouillole (carr´e jaune), le mˆat instrument´e du laboratoire LaRGE (ARN, triangle vert) et les 4 stations M´et´eo-France, Raizet (RZT, disque rouge), Moule (MOU, ´etoile magenta), D´esirade (DES, carr´e bleu), Grand-Bourg de Marie-Galante (GBD, losange noir). 1.6.2.1 Quelques aspects des vents locaux d’apr`es Br´evignon (2003) En se basant sur des observations en mer et des donn´ees de stations terrestres, Br´evignon (2003) a pr´esent´e quelques aspects du vent sur l’archipel. Ils ont d´efini trois r´egimes de circulation locale. Le r´egime au vent : les vents synoptiques continus soufflent sans panneChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 26 de vent nocturne (cas de DES et MOU, Fig. 1.5). Le r´egime continental insulaire au milieu de l’archipel, dans les zones terrestres autour du Grand Cul-de-Sac Marin et du Petit Culde-Sac Marin (cas de ARN, RZT, GBD, Fig. 1.5), avec la nuit, le refroidissement radiatif du sol qui induit une panne de vent dans les basses couches. Le r´egime sous le vent (incluant le r´egime orographique), qui est gouvern´e par des effets thermiques et dynamiques locaux. Le vent est en g´en´eral faible et perturb´e dans la zone sous le vent. Sous des vents synoptiques faibles, la nuit, des apparitions de faibles brises de terre sur la cˆote au vent de la Grande-Terre (MOU, Fig. 1.5) ont ´et´e observ´ees. Br´evignon (2003) a publi´e des cartes de circulations cˆoti`eres (Fig. 1.6) en se basant sur les observations marines empiriques. Pour un vent d’est, les circulations diurnes et les circulations nocturnes semblent similaires (Fig. 1.6). On peut observer, de jour comme de nuit, des effets dynamiques de contourneFigure 1.6: Cartes de circulations cˆoti`eres autour de la Guadeloupe durant des vents synoptiques d’est (d’apr`es Br´evignon (2003)). ment et d’acc´el´eration du vent, ainsi que des retournements du vent qui apparaissent sur la cˆote sous le vent de la Basse-Terre. D’apr`es Br´evignon (2003), le ph´enom`ene de brise de mer–terre serait tr`es discret en Guadeloupe `a cause de la petitesse du territoire. Il a indiqu´e qu’il n’y aurait pas de retournement du vent jour–nuit mais une simple variation dans la direction du vent. Les brises thermiques seraient principalement observ´ees le long de la cˆote sous le vent de la Basse-Terre (Br´evignon, 2003). 1.6.2.2 Campagne exp´erimentale dans la zone cˆoti`ere d’Arnouville (ARN, D’Alexis et al. (2011)) D’Alexis (2011) a men´e une campagne exp´erimentale de terrain pour analyser les ph´enom`enes de micro-´echelle dans la couche de surface de mangrove 3 . Entre avril 2007 et avril 3. Milieu naturel cˆotier avec une v´eg´etation semi-immerg´ee domin´ee par les pal´etuviers.Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 27 2008, la station m´et´eorologique du Laboratoire de Recherche en G´eosciences et Energie ´ (LaRGE) a enregistr´e des mesures `a 1 Hz et `a 20 Hz. Cette station ´etait localis´ee dans la zone cˆoti`ere d’Arnouville sur la cˆote au vent de la Basse-Terre (ARN, Fig. 1.5). Les donn´ees recueillies sur une ann´ee ont montr´e qu’en g´en´eral, sous des aliz´es faibles `a mod´er´es, il y a des apparitions d’un renversement nocturne du vent dans les bas niveaux verticaux. Cet ´ecoulement nocturne d’ouest est associ´e `a une chute soudaine de la temp´erature de l’air `a 2 m AGL. La localisation (une zone cˆoti`ere en bas des pentes au vent de la chaˆıne de montagnes), pourrait sugg´erer un vent catabatique et–ou une brise de terre. Durant 261 jours de mesure (entre avril 2007 et avril 2008), D’Alexis et al. (2011) ont observ´e 121 jours d’occurrence de cet ´ecoulement nocturne (i.e. une fr´equence d’apparition d’un jour sur deux). Cette observation indiquerait que durant la campagne exp´erimentale, pr`es de la moiti´e des nuits ont ´et´e marqu´ees par cet ´ecoulement. Sur l’ann´ee, d´ecembre est le mois de fr´equence maximale du ph´enom`ene, alors que juin est celui de fr´equence minimale. D’Alexis et al. (2011) ont constat´e que cet ´ecoulement inverse du vent pouvait s’´etablir pendant toute la nuit, ou ˆetre intermittent avec le retour des ´ecoulements classiques des aliz´es. Les circulations nocturnes particuli`eres observ´ees par Br´evignon (2003); D’Alexis et al. (2011), ont une direction ouest, une vitesse de vent inf´erieure `a 2 m.s-1, et semblent repousser au large les aliz´es des basses couches. 1.6.2.3 Campagne exp´erimentale dans la zone urbaine de Pointe-`a-Pitre (DCH, Plocoste (2013); Plocoste et al. (2014)) Plocoste (2013) a men´e une campagne exp´erimentale sur la dispersion des compos´es organiques volatils de la d´echarge de la Gabarre (DCH, Fig. 1.5) situ´ee dans l’agglom´eration pointoise, sur la cˆote ouest de la Grande-Terre `a 7 km de ARN. Durant des aliz´es faibles, Plocoste et al. (2014) ont observ´e la pr´esence d’un renversement nocturne du vent qui adopte une direction ouest et une vitesse inf´erieure `a 2 m.s-1. Ce flux ´etait associ´e `a une baisse locale de la temp´erature de l’air. Les mesures de la station RZT (entre 2000 et 2012) ont montr´e que ce ph´enom`ene ´etait plus fr´equent durant le mois de d´ecembre et bien moins fr´equent au cours du mois de juin (Plocoste, 2013). Cette mˆeme variation annuelle avait ´et´e constat´ee par D’Alexis et al. (2011) `a la station ARN. Plocoste et al. (2014) ont attribu´e l’origine de cet ´ecoulement `a la pr´esence d’un ˆılot de chaleur urbain dans la zone et l’ont d´efini comme une brise urbaine. D’apr`es nous, l’origine purement urbaine de cet ´ecoulement serait discutable pour les raisons suivantes. Les mesures exp´erimentales de D’Alexis et al. (2011) effectu´ees dans les mˆemes conditions m´et´eorologiques, sugg´ereraient que l’´ecoulement d’ouest observ´e par Plocoste (2013) est g´en´er´e, en amont, sur la cˆoteChapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 28 au vent de la Basse-Terre avec une extension vers la Grande-Terre. Les observations du panache de la centrale EDF de Jarry (Fig. 1.7, 1.8, 1.9) confirmeraient cette extension de l’´ecoulement vers la cˆote ouest de la Grande-Terre (sous-section 1.6.3). 1.6.2.4 Variabilit´e diurne et spatiale des champs de surface Au-dessus des ˆıles de l’archipel de la Guadeloupe, la temp´erature de l’air `a 2 m augmente en g´en´eral de 5➦C entre 6 h et 10 h LT 4 et atteint sa valeur maximale `a 13 h LT (Br´evignon, 2003). Le refroidissement radiatif commence `a la fin de l’apr`es-midi (17 h LT) et la temp´erature minimale est atteinte le lendemain matin `a 5 h LT. Durant ses travaux de th`ese, D’Alexis (2011) a examin´e la relation entre le cycle diurne (moyenn´e sur les six mois de la saison s`eche de l’ann´ee 2008) de la temp´erature de l’air `a 2 m et celui de la vitesse du vent `a 10 m. La station m´et´eorologique de la D´esirade, DES, est caract´eris´ee par des vents soutenus (7–8 m.s-1) avec une absence de variations diurnes de la vitesse du vent `a 10 m. Les donn´ees de vent de cette station peuvent ˆetre utilis´ees pour d´ecrire de mani`ere grossi`ere le vent synoptique incident. Pour les stations du Raizet et d’Arnouville, respectivement, RZT et ARN, qui sont sous l’influence du r´egime continental insulaire, les temp´eratures et les vitesses de vent semblent avoir une ´evolution horaire quasiment synchronis´ee. Les cycles diurnes de temp´erature et la moyenne annuelle de la temp´erature de l’air audessus de la mer (27➦± 0,5➦C) indiquent que le contraste thermique le plus important entre la terre et la mer apparaˆıt durant la nuit (le contraste mer–RZT atteint 4,7➦C `a 5 h LT). De plus, les cycles diurnes de la vitesse du vent `a 10 m montrent que les diff´erences majeures entre le vent synoptique (station DES) et le vent local (stations continentales insulaires) se produisent `a partir de l’heure du d´ebut de refroidissement radiatif. Ceci peut sugg´erer que durant la nuit, les circulations locales sont mieux marqu´ees que durant le jour. Dans le cas de RZT, `a partir de minuit, le plus souvent, il y a une absence totale de vent. A` cause du refroidissement nocturne, une couche froide de surface se d´eveloppe au-dessus de la Grande-Terre, et les aliz´es plus chauds sont oblig´es de passer au-dessus de cette couche (Br´evignon, 2003). 4. Temps local, de l’anglais : Local Time ; en Guadeloupe l’heure LT correspond `a l’heure UTC−4Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 29 1.6.3 Impacts des circulations locales nocturnes sur la dispersion de polluants industriels 1.6.3.1 Centrale EDF diesel Jarry nord Malgr´e le d´eveloppement des ´etudes sur la caract´erisation de ressources ´energ´etiques renouvelables dans l’Arc des Petites Antilles (comme l’´energie marine, l’´eolien ou le solaire), l’´electricit´e est presque exclusivement produite `a partir de sources fossiles. En Guadeloupe, la principale usine de production d’´electricit´e est la centrale EDF diesel Jarry nord (Fig. 1.7), situ´ee dans la zone industrielle de Jarry (Petit Cul-de-Sac Marin, Fig. 1.5 et Fig. 1.8). Cette centrale constitue la premi`ere source industrielle d’´emissions de polluants. Figure 1.7: Photo des chemin´ees de la centrale ´electrique EDF Jarry nord, [cr´edit photo : R. C´ec´e 2014]. D’apr`es le Registre fran¸cais des Emissions polluantes ´ , la centrale EDF Jarry nord ´emet en moyenne chaque ann´ee, 0,5 M´egatonnes de dioxyde de carbone (CO2), 10 kilotonnes d’oxydes d’azote (NOx) et 3 kilotonnes d’oxydes de soufre (SOx). La dispersion de ces rejets importants doit ˆetre examin´ee pour pr´evenir les risques sanitaires.Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 30 Figure 1.8: Photo satellite Google earth (8/04/2013) : localisation de la centrale EDF et du campus UAG, les fl`eches rouges correspondant aux directions (a) et (b) du panache durant une circulation nocturne d’ouest (Fig. 1.9). 1.6.3.2 Observations du panache de la centrale durant des retournements nocturnes du vent Des observations du panache de la centrale EDF Jarry nord nous ont permis de d´etecter, en d´ebut de matin´ee, le renversement nocturne du vent dans la couche limite stable (Fig. 1.9). Dans le cas du 14 septembre 2010 `a 7 h 21 LT, le vent dans les basses couches a une direction nord-ouest, le panache se dirige vers le campus universitaire de Fouillole (Fig. 1.9a, 1.8). Le radiosondage du jour (lanc´e `a 7 h LT depuis la station RZT) indique une faible vitesse du vent dans les basse couches (< 0,5 m.s-1, `a 125 m AGL) et une ´epaisseur de la couche limite stable de 400 m. Dans le cas du 4 novembre 2009 `a 7 h 11 LT, le vent de basses couches a une direction sud-ouest, le panache se dirige vers le pont de la Gabarre (Pointe-`a-Pitre, Fig. 1.9b, 1.8). Comme pour la pr´ec´edente situation, l’analyse du radiosondage correspondant montre de faibles vitesses du vent dans les basses couches (≈ 3 m.s-1 `a 325 m AGL) et une couche limite stable plus d´evelopp´ee (550 m). Ces observations confirment la pr´esence d’une circulation d’ouest dans le Petit Cul-de-Sac Marin, en amont de la zone urbaine de Pointe-`a-Pitre. Cet ´ecoulement local nocturne d’ouest, soufflant en direction de la partie la plus peupl´ee de l’archipel en passant par la zone industrielle de Jarry, dans laquelle plusieurs sources d’´emissions de polluants sont pr´esentes, n´ecessite une analyse 3D de sa structure et des m´ecanismes de sa formation dans les basses couches de l’atmosph`ere surplombant l’archipel.Chapitre 1. Circulations atmosph´eriques dans les basses couches et leurs effets : ´etude bibliographique 31 Figure 1.9: Photos du panache de la centrale EDF de Jarry (prise de vue depuis le campus de Fouillole UAG, Fig. 1.8) : (a) direction du vent nord-ouest, photo prise le 14/09/2010 `a 7 h 21 LT ; (b) direction du vent sud-ouest, photo prise le 4/11/2009 `a 7 h 11 LT [cr´edits photos : D. Bernard 2009-2010].Chapitre 2 M´ethodologie et outils de simulation 2.1 M´ethodologie g´en´erale Les travaux de mod´elisations num´eriques pr´esent´es ont deux objectifs principaux. Premi`erement, l’analyse des m´ecanismes m´eso- et micro-´echelles qui induisent des circulations locales diurnes et nocturnes sur les ˆıles de la Guadeloupe. Deuxi`emement, l’´etude des effets de ces circulations sur la dispersion du panache de la source industrielle la plus polluante de l’archipel. Pour atteindre ces objectifs, la m´ethodologie suivante a ´et´e adopt´ee (Fig. 2.1). Nous avons choisi trois situations m´et´eorologiques r´eelles d´ependant de la vitesse du flux incident des aliz´es et excluant les perturbations synoptiques pluvieuses : les aliz´es faibles (AF), les aliz´es soutenus (AS), et les aliz´es moyens (AM), correspondant aux p´eriodes respectives, 3/12/2007 6 h UTC–5/12/2007 6 h UTC 1 , 14/12/2007 6 h UTC–16/12/2007 6 h UTC, et 24/12/2007 6 h UTC–26/12/2007 6 h UTC. Pour ces trois types de temps nous avons simul´e, `a l’aide du mod`ele WRF ARW V3.4.1, une descente d’´echelle ” two-way ” jusqu’`a 1 km de r´esolution (m´eso-´echelle), avec l’assimilation des donn´ees d’analyse mondiale FNL NCEP (NCEP (ment), 110 km de r´esolution) aux conditions limites du domaine de plus basse r´esolution. Quatre domaines imbriqu´es, D01, D02, D03 et D04 (de r´esolutions respectives 27, 9, 3 et 1 km) ont ´et´e employ´es, le domaine D04 couvrant la totalit´e de l’archipel de la Guadeloupe (Fig. 2.10). L’intervalle de temps des sorties mod`eles est horaire. La turbulence de la CLP est mod´elis´ee par le sch´ema 1. Temps universel coordonn´e, de l’anglais : Universal Time Coordinated ; en Guadeloupe l’heure UTC correspond `a l’heure LT+4 32Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 33 d’ensemble 1D YSU (Hong et al., 2006). Les ´echanges sol–atmosph`ere gouvernent le bilan ´energ´etique de surface et sont succeptibles d’induire des circulations locales d’origine thermique et dynamique. Afin d’obtenir des simulations pertinentes, il est n´ecessaire de disposer de cartes d’occupation des sols r´ealistes, d´ecrivant avec pr´ecision les diff´erentes cat´egories succeptibles d’exister dans le territoire `a ´etudier. Pour la descente d’´echelle m´eso-´echelle, deux exp´eriences num´eriques ont ´et´e r´ealis´ees. La premi`ere, ” M´eso-A ”, inclut dans le domaine D04 la carte d’occupation des sols USGS Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) d’1 km de r´esolution qui r´esulte d’analyses d’images satellites datant de 1992 (Anderson et al., 1976; Eidenshink and Faundeen, 1994). La seconde, ” M´eso-A’ ”, inclut dans le domaine D04 la carte d’occupation des sols Coordination of Information on the Environment (Corine Land Cover, CLC2006), de 23 m de r´esolution qui a ´et´e produite `a partir d’images satellites plus r´ecentes, de 2006 (EEA, 2007). Les r´esultats de l’exp´erience M´eso-A ont ´et´e publi´es par C´ec´e et al. (2014). L’article est pr´esent´e dans la section 3.1.1 du rapport. Les r´esultats de l’exp´erience M´eso-A’ nous permettent d’´evaluer l’impact de la carte d’occupation des sols Corine 2006 sur les circulations locales g´en´er´ees par la Guadeloupe. Les champs de surface simul´es dans le domaine D04 sont ´evalu´es `a l’aide des donn´ees d’observation de 5 stations m´et´eorologiques. Les simulations micro-´echelles WRF-LES sont r´ealis´ees `a l’aide de deux nouveaux domaines (Fig. 2.10) : D05 (333 m de r´esolution) et D06 (111 m de r´esolution). Le domaine D05 inclut l’ˆıle de la Basse-Terre et la cˆote ouest de la Grande-Terre. Le domaine D06 couvre la zone du Petit Cul-de-Sac Marin incluant la zone d’Arnouville (ARN), la zone industrielle de Jarry et Pointe-`a-Pitre. Les domaines D05 et D06 ont une imbrication ” one-way ”. Les conditions limites du domaine D05 sont d´efinies par les sorties horaires du domaine m´eso-´echelle D04 via une fonction d’interpolation WRF ” NDOWN ” (avec une m´ethode spline cubique). WRF-LES r´esoud explicitement en 3D les ´echelles de production et de transport de l’´energie cin´etique turbulente tandis que sa dissipation est mod´elis´ee par le mod`ele de fermeture TKE d’ordre 1,5. L’intervalle de temps des sorties WRF-LES pour les deux domaines est de 10 minutes. Le choix de cet intervalle de temps repose sur deux contraintes, le volume des donn´ees de sortie (150 Mo par sortie) et la possibilit´e de comparer les donn´ees num´eriques avec des donn´ees d’observations de station. Ces champs simul´es infra-horaires sont ´evalu´es `a l’aide des donn´ees d’observation du mˆat instrument´e ARN (la direction DD et la vitesse UU du vent horizontal `a 10 m AGL, la temp´erature de l’air `a 2 m AGL T2, le flux de chaleur sensible HFX, l’´energie cin´etique turbulente TKE, etc.). Enfin, nous avons utilis´e un couplage WRF-LES-FLEXPART pour ´etudier la pollution de la centrale diesel EDF de Jarry. La dispersion du panache de NOx de la centrale estChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 34 simul´ee pour des p´eriodes de 24 h pour chaque type de temps. Le mod`ele lagrangien FLEXPART-WRF est forc´e toutes les 10 minutes avec les sorties WRF-LES. Les simulations WRF-LES-FLEXPART sont r´ealis´ees dans le domaine LES D06. Les concentrations de NOx simul´ees par le syst`eme WRF-LES-FLEXPART sont moyenn´ees et sauv´ees toutes les 10 minutes. Ces sorties sont compar´ees, graphiquement, avec les donn´ees d’observation de l’unique station de mesure de la qualit´e de l’air dans la zone (station de Pointe-`a-Pitre de l’association agr´e´ee de surveillance de la qualit´e de l’air en Guadeloupe, Gwad’air).Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 35 Figure 2.1: Sch´ema r´ecapitulatif de la m´ethodologie adopt´ee.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 36 2.2 S´election des trois situations m´et´eorologiques ´etudi´ees 2.2.1 Classification des types de temps Nous utiliserons la classification climatologique des types de temps dans les Petites Antilles et la Guyane, d´ecrite dans le rapport de stage de K. Morvan (R´ealisation d’une climatologie et dune classification en type de temps sur les Petites Antilles et la Guyane, Universit´e des Antilles et de la Guyane, M´et´eo-France, 2011). Cette classification obtenue par des k-moyennes est fond´ee sur 20 ans d’observations des stations m´et´eorologiques locales et sur les champs de r´e-analyses Era-Interim du Centre europ´een pour les pr´evisions m´et´eorologiques `a moyen terme (CEPMMT, en anglais : European Center for Medium range Weather Forecasting, ECMWF). Elle utilise les variables r´e-analys´ees suivantes : la vitesse du vent horizontal `a 850 hPa, la vitesse du vent vertical `a 600 hPa, la divergence du vent horizontal `a 200 hPa, la pression au niveau de la mer (Pmer), la temp´erature de l’air `a 2 m, la temp´erature de l’air `a 925 hPa et la temp´erature potentielle du thermom`etre mouill´e `a 850 hPa. Pour simuler et examiner les circulations du vent local g´en´er´ees par l’archipel de la Guadeloupe, trois types de temps issus de cette classification ont ´et´e choisis. Le for¸cage principal est la vitesse du flux incident des aliz´es, en conformit´e avec la m´ethode pr´esent´ee par Lesou¨ef et al. (2011) et Smith et al. (2012). Les aliz´es faibles (AF), les aliz´es moyens (AM), et les aliz´es soutenus (AS) sont associ´es `a des vitesses de vent respectives de 3, 6, et 12 m.s-1. D’apr`es Br´evignon (2003) les AM repr´esentent le type de temps le plus fr´equent durant l’ann´ee (60% des cas). Les AS et AF constituent chacun 10% des cas durant l’ann´ee, les 20% des cas restants correspondent aux fortes perturbations pluvieuses (les fronts d´epressionnaires, les ondes d’est, les cyclones, etc.). Dans le but d’´etudier les m´ecanismes qui induisent les retournements nocturnes du vent des basses couches `a ARN, les jours simul´es ont ´et´e s´electionn´es durant la p´eriode de la campagne exp´erimentale de D’Alexis (2011), soit d’avril 2007 `a juin 2008. Le mois de d´ecembre a ´et´e choisi car ce mois, correspondant `a l’initiation de la saison s`eche, inclut aussi bien l’apparition des trois types de temps (AS, AM et AF), l’absence de fortes perturbations synoptiques que des fr´equences ´elev´ees des retournements nocturnes du vent. A partir de ces crit`eres, nous avons s´electionn´e trois p´eriodes de 48 heures, correspondant `Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 37 respectivement aux situations m´et´eorologiques, AF, AS, et AM : 3/12/2007 6 h UTC– 5/12/2007 6 h UTC, 14/12/2007 6 h UTC–16/12/2007 6 h UTC, et 24/12/2007 6 h UTC– 26/12/2007 6 h UTC (avec le temps UTC correspondant `a LT+4). Les observations effectu´ees `a partir des images radar M´et´eo-France montrent une couverture nuageuse tr`es faibles durant ces trois p´eriodes (Fig. 2.2). La couverture nuageuse pr´esente sur la chaˆıne de montagne de la Basse-Terre, durant les AS (Fig. 2.2a) est caract´eristique d’un r´egime orographique. Figure 2.2: Donn´ees d’observation du radar de M´et´eo-France (250 m de r´esolution) `a 16 h LT : (a) le 15 d´ecembre 2007 (AS), (b) le 24 d´ecembre 2007 (AM) et (c) le 3 d´ecembre 2007 (AF). 2.2.2 Circulations synoptiques de basses couches pour les dates simul´ees Pour d´ecrire les circulations synoptiques de basses couches correspondant `a chaque type de temps (AF, AS, et AM), les champs de surface FNL (NCEP (ment), 1➦ de r´esolution) sont examin´es dans la zone centrale de l’oc´ean Atlantique (latitudes comprises entre 5➦N et 35➦N et longitudes comprises entre 70➦W et 10➦W). Le flux d’aliz´es arrivant sur les Antilles est principalement conditionn´e par la position et la force des cellules anticycloniques des A¸cores et des Bermudes. Durant les AF, le 3 d´ecembre 2007 `a 12 h UTC, la faible cellule anticyclonique des Bermudes est s´epar´ee de celle des A¸cores par un creux barom´etrique (avec une Pmer minimale de 1005 hPa). Nous observons un front d´epressionnaire de 1012 hPa (22➦N, 54➦W, Fig. 2.3a) qui induit, dans sa queue, une zone de vents faibles affectant la Martinique, la Dominique et la Guadeloupe (Fig. 2.3b). Sur l’Arc des Petites Antilles, le gradient de pression horizontale a une faible valeur de 0,2 hPa sur 100 km (Fig. 2.3a). Les aliz´es arrivant sur la Guadeloupe ont une direction nord-est et une vitesse inf´erieure `a 5 m.s-1 (Fig. 2.3b).Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 38 Figure 2.3: Champs de surface FNL (NCEP (ment), 1➦ de r´esolution) durant AF le 3/12/2007 `a 12h UTC : (a) Pmer en hPa ; (b) vitesse UU du vent horizontal `a 10 m en m.s-1 . Durant les AS, le 14 d´ecembre 2007, le fort anticyclone des Bermudes est en position basse, l’isobare 1024 hPa est positionn´ee `a 25➦N (Fig. 2.4a). Il y a un resserrement des isobares, le gradient de pression horizontale atteint sur l’Arc des Petites Antilles, la valeur de 0,6 hPa sur 100 km. Les aliz´es incidents ont des vitesses ´elev´ees de 12 m.s-1 et une direction est-nord-est quasi-uniforme (Fig. 2.4b). La l´eg`ere d´ec´el´eration du vent autour de la Martinique, de la Dominique et de la Guadeloupe pourrait sugg´erer un freinage du flux par l’orographie de ces ˆıles montagneuses. Durant les AM, le 24 d´ecembre 2007, les deux cellules anticycloniques sont en position haute (Fig. 2.5a). Elles sont s´epar´ees par un faible creux barom´etrique (avec une Pmer minimale de 1018 hPa). Les AM sont caract´eris´es par des vents d’est mod´er´es arrivant sur les Petites Antilles (7 m.s-1, Fig. 2.5b). Sur l’Arc, le gradient de pression horizontale a une valeur moyenne de 0,4 hPa sur 100 km. Au passage de l’Arc antillais, le flux d’aliz´es subit une d´ec´el´eration de 2 m.s-1 (Fig. 2.5b).Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 39 Figure 2.4: Champs de surface FNL (NCEP (ment), 1➦ de r´esolution) durant AS le 14/12/2007 `a 12h UTC : (a) Pmer en hPa ; (b) vitesse UU du vent horizontal `a 10 m en m.s-1 .Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 40 Figure 2.5: Champs de surface FNL (NCEP (ment), 1➦ de r´esolution) durant AM le 24/12/2007 `a 12h UTC : (a) Pmer en hPa ; (b) vitesse UU du vent horizontal `a 10 m en m.s-1 .Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 41 2.3 Mod`ele num´erique m´eso-´echelle de pr´evision m´et´eorologique : WRF ARW V3.4.1 2.3.1 Description du mod`ele d’apr`es les ´etudes de Skamarock et al. (2008) et Wang et al. (2010) Le mod`ele Weather Research and Forecasting ARW (WRF ARW, Skamarock et al. (2008)) est un mod`ele atmosph´erique non-hydrostatique et compressible con¸cu par le National Center for Atmospheric Research (NCAR). WRF ARW est largement utilis´e en recherche scientifique et en pr´evision op´erationnelle. C’est un code num´erique dit open-source (libre de t´el´echargement, d’utilisation et de d´eveloppement). WRF est principalement support´e et d´evelopp´e par la Mesoscale and Microscale Meteorology Division du NCAR. Ce mod`ele m´et´eorologique permet une grande vari´et´e de mod´elisations de l’atmosph`ere : des applications depuis l’´echelle globale jusqu’`a l’´echelle LES, des descentes d’´echelle dynamiques ” one-way ” ou ” two-way ”, des simulations id´ealis´ees ou r´eelles incluant le for¸cage par des champs de mod`eles globaux (type GFS, FNL, ou des r´e-analyses Era-Interim), des assimilations de donn´ees d’observation en temps r´eel pour la pr´ediction... Il contient plusieurs conditions de limites lat´erales avec un ensemble d’options de param´etrisation physique. 2.3.1.1 Architecture Wang et al. (2010) ont d´ecrit l’architecture du mod`ele WRF (Fig. 2.6). Pour des simulations de cas r´eels, le programme WRF Preprocessing System (WPS) est utilis´e. Ses fonctions permettent : de d´efinir les domaines de simulation ; d’interpoler les donn´ees terrestres statiques (comme la topographie et l’occupation des sols) sur les domaines de simulation ; et d’interpoler les donn´ees m´et´eorologiques maill´ees d’un autre mod`ele (GFS, FNL NCEP, Era-Interim, ...). Les donn´ees d’observation non maill´ees (stations m´et´eorologiques, radar, ...) peuvent ˆetre ´egalement int´egr´ees, filtr´ees et valid´ees par le syst`eme d’assimilation WRF-Var ou le syst`eme d’analyse OBSGRID. Le coeur dynamique ARW utilise les sch´emas de second et troisi`eme ordre de Runge-Kutta pour g´en´erer les pr´evisions. Les sorties WRF peuvent ˆetres lues et trait´ees par plusieurs outils de visualisation (VAPOR, NCAR Command Language (NCL), ou RIP4). Le programme MET permet de les formater pour leur assimilation dans WPS.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 42 Figure 2.6: Architecture du mod`ele WRF ARW (d’apr`es Wang et al. (2010)). 2.3.1.2 Principales ´equations r´esolues Le coeur dynamique ARW r´esout les ´equations d’Euler non-hydrostatiques et compressibles (Skamarock et al., 2008). Le mod`ele suit la philosophie de Ooyama (1990), ces ´equations sont exprim´ees sous forme de flux de variables conservatrices (i.e., la chaleur, la quantit´e de mouvement, etc.). Les ´equations sont formul´ees en utilisant une coordonn´ee verticale hydrostatique, η, qui d´epend des variations topographiques (Kasahara, 1974; Laprise, 1992). Coordonn´ee verticale η et variables associ´ees La coordonn´ee verticale d´ependant de la pression hydrostatique (ph = ρgH) et donc de la topographie, est appel´ee η et d´efinie par : η = (ph − pht)/µd o`u µd = phs − pht. (2.1) ph est la pression hydrostatique, pht et phs, repr´esentent respectivement, les pressions hydrostatiques au sommet et `a la surface. Les valeurs de η sont normalis´ees et varient entre 1 `a la surface et 0 au sommet du mod`ele (Fig. 2.7). Avec µd(x,y) repr´esentant laChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 43 masse de la colonne d’air sec par unit´e de surface au point (x,y), les variables s’´ecrivent : V = µdv = (U, V, W), Ω = µdη,˙ Θ = µdθ. (2.2) v = (u, v, w) sont les vitesses covariantes en 3D (base vectorielle), ω = ˙η est la vitesse verticale contravariante (vitesse associ´ee au changement de coordonn´ee verticale), θ est la temp´erature potentielle. Dans les ´equations gouvernantes de ARW, les variables nonconserv´ees suivantes apparaissent : le g´eopotentiel φ = gz (avec g l’acc´el´eration de la pesanteur), la pression p, et le volume massique α = 1/ρ. Figure 2.7: Niveaux verticaux η dans WRF ARW avec pht et phs, respectivement, les pressions hydrostatiques au sommet et `a la surface (d’apr`es Skamarock et al. (2008)). Equations d’Euler incluant l’humidit´e ´ En utilisant la coordonn´ee verticale adimensionnelle η et les variables associ´ees d´ecrites ci-dessus, Skamarock et al. (2008) ont ´ecrit les ´equations d’un fluide parfait compressible, le long de la colonne d’air (axe-η). Ces ´equations sont dites d’Euler et ont ´et´e pr´esent´eesChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 44 par Laprise (1992), pour les avantages qu’elles offrent en simulation atmosph´erique nonhydrostatique : ∂tU + (∇.Vu) + µdα∂xp + (α/αd)∂ηp∂xφ = FU (2.3) ∂tV + (∇.Vv) + µdα∂yp + (α/αd)∂ηp∂yφ = FV (2.4) ∂tW + (∇.Vw) − g[(α/αd)∂ηp − µd] = FW (2.5) ∂tΘ + (∇.Vθ) = FΘ (2.6) ∂tµd + (∇.V) = 0 (2.7) ∂tφ + µ −1 d [(V.∇φ) − gW] = 0 (2.8) ∂tQm + (∇.Vqm) = FQm (2.9) en incluant la relation diagnostique pour le volume massique d’air sec, ∂ηφ = −αdµd, (2.10) et l’´equation d’´etat des gaz atmosph´eriques p = p0(Rdθm/p0αd) γ . (2.11) γ = cp/cv = 1.4 est le rapport de capacit´e thermique pour l’air sec, Rd est la constante des gaz parfaits pour l’air sec, et p0 est la pression de r´ef´erence (1000 hPa). Les termes FU , FV , FW , FΘ et FQm repr´esentent les for¸cages provenant de la physique du mod`ele, du m´elange turbulent, de la vapeur d’eau, des projections sph´eriques et de la rotation de la Terre. Les ´equations 2.3 et 2.4 repr´esentent les ´equations de la quantit´e de mouvement horizontale. Les ´equations 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 et 2.9 d´ecrivent respectivement, la quantit´e de mouvement verticale, l’´equation thermodynamique, l’´equation de continuit´e, l’´equation de la hauteur du g´eopotentiel et l’´equation de l’humidit´e. Skamarock et al. (2008) ont exprim´e ces ´equations eul´eriennes humides sous forme de perturbations par rapport `a un ´etat de r´ef´erence (avec les variables d´efinies suivant la d´ecomposition de Reynolds (1947) p = ¯p(¯z)+p 0 , φ = φ¯(¯z)+φ 0 , α = ¯α(¯z)+α 0 , µd = ¯µd(x, y)+µ 0 d ) et en utilisant des facteurs d’´echelle et des termes rotationnels. Maillage ARW d´ecal´e : Arakawa-C La r´esolution num´erique des ´equations d´efinies dans la section pr´ec´edente (Eq. 2.3-2.8) se fait `a l’aide d’un maillage d´ecal´e. Les grandeurs vectorielles (U, V , W, Ω et φ) sontChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 45 moyenn´ees sur les arˆetes de la maille et les grandeurs scalaires (µ, θ, qv et ql) sont moyenn´ees au centre de la maille (Fig. 2.8). Ce sch´ema est d´enomm´e Arakawa de type C du nom d’un de ses cr´eateurs (Arakawa and Lamb, 1977), il est particuli`erement utilis´e dans les r´esolutions d’´ecoulements g´eophysiques (oc´ean et atmosph`ere). Figure 2.8: Maille individuelle de la grille Arakawa-C avec les grandeurs vectorielles (U, V , W, Ω et φ) et les scalaires (µ, θ, qv et ql) (Skamarock and Dudhia, 2014). 2.3.1.3 Sch´emas de param´etrisation physique Les cat´egories de param´etrisation physique disponibles dans WRF sont : la microphysique, la convection, la couche de surface, la surface du sol (canop´ee), le rayonnement et la couche limite plan´etaire (CLP) (Skamarock et al., 2008). Les interactions entre les sch´emas de param´etrisation ont ´et´e r´esum´ees par Dudhia (2014) dans la Fig. 2.9. La microphysique r´esout explicitement 2 les processus suivants : les changements d’´etats de la vapeur d’eau, la formation nuageuse et les pr´ecipitations. Les sch´emas de convection sont responsables de la prise en compte des ph´enom`enes se produisant `a l’´echelle de la sous-maille, provenant de nuages de convection profonde et peu profonde : repr´esentation des flux verticaux associ´es aux mouvements ascendants et descendants. Ces sch´emas sont importants car ils permettent de r´eduire le coˆut de calcul qui serait n´ecessaire `a la r´esolution de ces ph´enom`enes avec un maillage plus fin. 2. L’´etat actuel est calcul´e uniquement `a l’aide des ´etats pr´ec´edents.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 46 Figure 2.9: Interactions entre les sch´emas de param´etrisation physique du mod`ele WRF ARW (Dudhia, 2014). Les sch´emas de couche de surface calculent les vitesses de friction et les coefficients d’´echange. Ces variables permettent le calcul des flux de chaleur et d’humidit´e dans les mod`eles de surface et le calcul du tenseur des contraintes de surface dans les sch´emas de couche limite plan´etaire (CLP). Les mod`eles de surface utilisent l’information atmosph´erique fournie par la couche de surface, le rayonnement et la microphysique (pr´ecipitations) pour produire les flux de chaleur et d’humidit´e associ´es aux variables d’´etat du sol et aux propri´et´es de surface (rugosit´e, alb´edo, ...). Les sch´emas de CLP d´eterminent les profils de flux dans la couche limite de m´elange et la couche stable. Ces sch´emas fournissent des ´evolutions spatio-temporelles de la temp´erature, de l’humidit´e et de la quantit´e de mouvement horizontal dans la colonne atmosph´erique. Enfin, les sch´emas de rayonnement mod´elisent la divergence du flux radiatif (r´eflexion, diffusion, effets des nuages) et les flux des grandes et courtes longueurs d’onde arrivant `a la surface.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 47 2.3.2 Configurations utilis´ees 2.3.2.1 Preprocessing WPS Domaines de simulation Les simulations WRF incluent 6 domaines imbriqu´es dont les zones de couverture et les r´esolutions ont ´et´e s´electionn´ees en fonction des objectifs de la mod´elisation et des recommandations de Skamarock et al. (2008) (comme le rapport de r´esolution entre un domaine parent et un domaine imbriqu´e de [3 :1]). Dans le but de simuler les circulations locales m´eso-´echelles induites par les interactions entre les vents synoptiques et des petites ˆıles comme la Guadeloupe, nous avons utilis´e une descente d’´echelle ” two way ” avec quatre domaines (D01, D02, D03, D04, de r´esolutions respectives en km : 27, 9, 3, 1)(Fig. 2.10). Le domaine de plus basse r´esolution, D01, couvre une grille de 80 x 80 mailles [longitude x latitude] dans la zone centrale de l’Atlantique (de l’Am´erique du Sud `a la R´epublique Dominicaine). Le domaine D02 couvre une grille de 121 x 109 mailles dans l’Arc des Petites Antilles. Le domaine D03 couvre une grille de 112 x 91 mailles dans la zone d´elimit´ee par la Dominique et les ˆıles de Saint Kitts et N´evis. Le dernier domaine imbriqu´e, D04, couvre une grille de 130 x 112 mailles sur l’archipel de la Guadeloupe. Figure 2.10: Cartes des domaines imbriqu´es : en blanc D01 (27 km de r´esolution), en cyan D02 (9 km de r´esolution), en gris D03 (3 km de r´esolution), en jaune D04 (1 km de r´esolution), en vert D05 (333 m de r´esolution) et en rouge D06 (111 m de r´esolution). Dans le but d’´etudier, `a la micro-´echelle, les circulations nocturnes particuli`eres observ´ees `a ARN et leurs effets dans la zone la plus peupl´ee de l’archipel, deux autres domaines ont ´et´e associ´es `a notre ´etude (Fig. 2.10) : le D05 et le D06 (de r´esolutions respectives,Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 48 333 m et 111 m). Le domaine D05 couvre une grille de 120 x 129 mailles sur l’ˆıle de la Basse-Terre et la cˆote ouest de la Grande-Terre. Enfin le dernier domaine imbriqu´e D06 est compos´e de 165 x 69 mailles sur la zone du Petit Cul-de-Sac Marin, incluant la zone d’Arnouville, la zone industrielle de Jarry et Pointe-`a-Pitre. Topographie La topographie des trois domaines de plus faibles r´esolutions (D01, D02 et D03) a ´et´e interpol´ee `a partir des donn´ees fournies par l’US Geological Survey 3 (USGS, 30 secondes d’arc de r´esolution). La topographie des trois autres domaines (D04, D05 et D06) a ´et´e interpol´ee depuis la carte topographique de l’Institut G´eographique National 4 (IGN) dont la r´esolution est de 50 m. L’impact de la r´esolution sur la repr´esentation du relief de la Guadeloupe est illustr´e par la comparaison de la topographie des domaines D04, D05 et D06 (Fig. 2.11). Figure 2.11: Cartes topographiques (m AMSL) interpol´ees `a partir des donn´ees IGN (50 m de r´esolution) : (a) D04 (1 km de r´esolution), (b) D05 (333 m de r´esolution), (c) D06 (111 m de r´esolution) ; avec la station num´erique VER (triangle jaune), le mˆat instrument´e ARN (triangle vert) et la centrale ´electrique EDF (croix rouge). 3. Institut d’´etudes g´eologiques des Etats-Unis, de l’anglais : United States Geological Survey ´ 4. Institut National de l’Information G´eographique et Foresti`ereChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 49 Occupation des sols Les circulations locales sont g´en´eralement g´en´er´ees par des contrastes thermiques de surface. Donc leur mod´elisation num´erique implique une bonne repr´esentation de la carte d’occupation des sols. Pour notre application au cas de l’archipel de la Guadeloupe, nous avons pr´ealablement utilis´e une carte d’occupation des sols tr`es bien r´ef´erenc´ee dans la bibliographie : les donn´ees globales USGS 5 (ULC24) avec 1 km de r´esolution (Anderson et al., 1976; Eidenshink and Faundeen, 1994). Cette carte d’occupation des sols, r´ealis´ee `a partir des donn´ees satellites du Radiom`etre Avanc´e `a Tr`es Haute R´esolution AVHRR (1992–1993, Eidenshink and Faundeen (1994)), a ´et´e employ´ee dans l’exp´erience M´eso-A. Dans le cadre des simulations micro-´echelles, il ´etait pr´ef´erable de disposer de donn´ees dont la r´esolution est sup´erieure ou ´egale `a la taille d’une maille du domaine D06 (111 m). De plus, dans un souci de r´ealisme, la date de la carte d’occupation des sols devait correspondre avec notre p´eriode de simulation (2007). Les donn´ees de la carte d’occupation des sols Corine Land Cover 2006 (EEA, 2007) pour les d´epartements d’outremer, bas´ee sur l’interpr´etation des images des satellites SPOT et Landsat, ont ´et´e r´ecemment mises en ligne. Ces donn´ees, qui incluent une classification en 50 classes d’occupation des sols, ont une r´esolution 1 : 100000 (un pixel de 23 m pour la Guadeloupe). Le sch´ema de canop´ee Noah-LSM (Chen and Dudhia, 2001), utilis´e dans la configuration de nos simulations WRF, est param´etr´e `a partir des 24 cat´egories USGS d’occupation du sol. Pour int´egrer la nouvelle carte d’occupation des sols, la conversion des 50 classes Corine en 24 classes USGS est n´ecessaire. Pineda et al. (2004) ont propos´e un tableau d’´equivalences entre les cat´egories Corine et les cat´egories USGS (Tab. 2.1). En nous basant sur l’analyse de Pineda et al. (2004), nous avons donc converti les 50 classes de la carte d’occupation des sols de la Guadeloupe Corine 2006 en 24 classes USGS pour obtenir la carte CLC24 6 (Fig. 2.12). Cette repr´esentation de tr`es haute r´esolution est tr`es r´ealiste (Fig. 2.12) : on y observe l’agglom´eration pointoise (au centre de l’archipel), la domination des forˆets de feuillus sur l’ˆıle de la Basse-Terre et celle des terres cultiv´ees sur la Grande-Terre. La pr´ecision de la carte nous permet aussi d’observer la zone aride du crat`ere de la Soufri`ere (Fig. 2.12). La comparaison, `a 1 km de r´esolution (domaine D04), des cartes USGS AVHRR (ULC24) (Fig. 2.13a) et Corine CLC24 (Fig. 2.13b) montre d’importants biais dans l’occupation des sols ULC24. Tout d’abord, contrairement `a la repr´esentation CLC24, la ligne de cˆote ULC24 semble avoir un d´ecalage sud-est avec la ligne de cˆote World Vector Shoreline 5. Carte d’occupation des sols USGS global land cover avec 24 cat´egories (1992) 6. Carte d’occupation des sols Corine Land Cover (2006) convertie aux 24 cat´egories d´efinies par USGSChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 50 Tableau 2.1: Equivalences entre les 50 classes de la Corine Land Cover 2006 DOM ´ et les 24 classes de l’USGS AVHRR 1992 (Pineda et al., 2004). Corine Description Corine USGS Description USGS Albedo Rugosit´e 1–11 Zones urbaines, industrielles 1 Zones urbaines, industrielles 0,15 1,00 12 Terres cultiv´ees non irrigu´ees 2 Terres cultiv´ees non irrigu´ees 0,19 0,07 13-14 Terres irrigu´ees en permanence, 3 Terres cultiv´ees irrigu´ees 0,15 0,07 rizi`eres 15–21 Vignobles, vergers et petits fruits, 6 Terres cultiv´ees/forˆets 0,15 0,07 oliveraies, canne `a sucre, bananeraies, palmeraies, caf´eiers 22 Prairies 2 Terres cultiv´ees non irrigu´ees 0,19 0,07 23–26 Cultures annuelles et permanentes, 6 Terres cultiv´ees/forˆets 0,15 0,07 syst`emes complexes de culture, zones agricoles et espaces naturels, territoires agro-forestiers 27 Forˆets de feuillus 11 Forˆets de feuillus 0,12 0,80 28 Forˆets de conif`eres 14 Forˆets de conif´eres 0,10 1,09 29–30 Forˆets m´elang´ees, mangroves 15 Forˆets m´elang´ees 0.12 0.80 31 Pelouses et pˆaturages naturels 7 Pelouses 0,19 0,08 32–34 Landes et broussailles, v´eg´etation 9 Arbustes et pelouses 0,23 0,05 V´eg´etation scl´erophylle, forˆet et v´eg´etation arbustive 35–38 Plages, dunes et sable, roches nues 19 Zones arides et 0,12 0,01 V´eg´etation clairsem´ee, v´eg´etation clairsem´ee zones incendi´ees 39 Glaciers et neiges ´eternelles 24 Neige et glacier 0,70 0,001 40–44 Marais int´erieurs, salines, tourbi`eres 17 v´eg´etation basse 0,12 0,04 Marais maritimes, marais salants, en zones innond´ees zones intertidales 45–50 Eaux continentales, eaux maritimes 16 Surfaces d’eau 0,19 0,001 (NOAA, 2014). De plus, la domination de l’occupation des sols de l’archipel par les savanes et les terres cultiv´ees non irrigu´ees semble irr´ealiste (Fig. 2.13a). Cette carte ne montre pas les diff´erences entre la v´eg´etation de l’ˆıle plate de la Grande-Terre et celle du relief de la Basse-Terre qui est soumis `a un r´egime pluvieux plus intense. Enfin les zones urbaines de la carte ULC24 semblent tr`es mal repr´esent´ees. Suite `a cette comparaison graphique, le choix a ´et´e fait d’effectuer de nouvelles simulations m´eso-´echelles (M´eso-A’) en int´egrant l’occupation des sols CLC24 dans le domaine D04. Les effets de la CLC24 sur les circulations locales de l’archipel (1 km de r´esolution) sont examin´es `a la section 3.1.2. La CLC24 est aussi utilis´ee dans les domaines micro-´echelles : D05 et D06. La configuration des donn´ees g´eographiques pour les six domaines de simulation estChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 51 Figure 2.12: Carte d’occupation des sols de l’archipel de la Guadeloupe CLC24 (23 m de r´esolution) : Corine Land Cover 2006 dont les 50 cat´egories ont ´et´e converties en 24 cat´egories USGS, avec le rectangle noir repr´esentant l’agglom´eration pointoise. Figure 2.13: Comparaison des cartes d’occupation des sols de l’archipel de la Guadeloupe `a 1 km de r´esolution (D04) avec la ligne de cˆote World Vector Shoreline (NOAA, 2014), (1) les zones urbaines, (2) les terres cultiv´ees non irrigu´ees, (6) les m´elanges de terres cultiv´ees et de forˆets, (7) les pelouses, (8) les arbustes, (9) les m´elanges d’arbustes et de pelouses, (10) les savanes, (11) les forˆets de feuillus, (13) les forˆets denses, (14) les forˆets de conif`eres, (15) les forˆets m´elang´ees mangroves incluses, (16) les surfaces d’eau, (17) les v´eg´etations basses en zones inond´ees, (18) les surfaces bois´ees en zones inond´ees, (21) la toundra bois´ee : (a) USGS ULC24 (M´eso-A), (b) Corine CLC24 (M´eso-A’). r´esum´ee dans le tableau 2.2.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 52 Tableau 2.2: Configuration des six domaines de simulation. D01 D02 D03 D04 D05 D06 R´esolution [m] 27000 9000 3000 1000 333 111 Nombre de mailles [lon. x lat.] 80 x 80 121 x 109 112 x 91 130 x 112 120 x 129 165 x 69 Superficie [km2 ] 4665600 1068309 91728 14560 1584 140 Topographie USGS 30 s IGN 50 m Occupation des sols M´eso-A ULC24 30 s ULC24 30 s CLC24 23 m Occupation des sols M´eso-A’ ULC24 30 s CLC24 23 m CLC24 23 m Sch´ema de turbulence Sch´ema de moyenne d’ensemble 1D Sch´ema LES 3D Donn´ees m´et´eorologiques globales pour l’assimilation du mod`ele WRF ARW Les donn´ees globales du syst`eme NCEP FNL (Final) Operational Global Analysis (NCEP, ment) ont ´et´e int´egr´ees toutes les 6 heures, dans le mod`ele WRF. Ces champs de donn´ees, dont la maille est de 1➦(≈ 110 km) et le pas de temps de six heures, sont en t´el´echargement libre. Les analyses NCEP FNL sont disponibles pour des dates post´erieures au 30/07/1999 18 h UTC. Les donn´ees proviennent du syst`eme d’assimilation de donn´ees mondiales (GDAS), qui recueille, en continu, les donn´ees d’observation depuis le syst`eme de t´el´ecommunications globales (GTS). Les sorties d’analyses FNL incluent des champs `a la surface et sur 26 niveaux verticaux levels entre 1000 mb et 10 mb. Les param`etres disponibles comprennent la pression de surface, la pression au niveau de la mer, la hauteur du g´eopotentiel, la temp´erature, la temp´erature de surface du sol et de la mer, l’humidit´e relative, les composantes horizontales du vent, les mouvements verticaux, la vorticit´e et la teneur en ozone. 2.3.2.2 Param´etrisations WRF ARW Caract´erisation des niveaux verticaux Les exp´eriences M´eso-A et M´eso-A’ comportent respectivement 71 et 70 niveaux verticaux m´edians (centres des mailles verticales) avec un premier niveau vertical `a une altitude de 13 m AGL (Fig. 2.14b). Le sommet du mod`ele est limit´e au niveau de pression 50 hPa dans l’exp´erience M´eso-A et `a la tropopause 100 hPa dans l’exp´erience M´eso-A’ (Fig. 2.14a). Le mod`ele fournit les variables de surface classiques avec la temp´erature `a 2 m AGL (T2) qui est calcul´ee `a partir de la temp´erature du premier niveau vertical et de celle de la surface du sol, tandis que pour le vent `a 10 m AGL, le calcul est bas´e sur la th´eorie des similitudes de Monin-Obukhov. Suivant les recommandations de Skamarock et al. (2008), la distance entre les niveauxChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 53 Figure 2.14: Niveaux verticaux m´edians (WRF) pour les exp´eriences M´eso-A (croix bleues) et M´eso-A’ (cercles rouges) : (a) profils lin´eaires en fonction du niveau de pression (hPa) et (b) profils logarithmiques en fonction de l’altitude (km). verticaux est inf´erieure `a 900 m (Fig. 2.14b). Dans le but d’´etudier les circulations locales induites dans la CLA par l’orographie et les contrastes thermiques de surface, nous avons d´efini dans les deux exp´eriences 43 niveaux verticaux dans les couches inf´erieures `a 3000 m AGL, en incluant 23 niveaux dans les 1000 premiers m`etres (Fig. 2.14b). Les simulations WRF-LES micro-´echelles (D05 et D06) comportent les mˆemes niveaux verticaux que ceux de l’exp´erience M´eso-A’. P´eriodes simul´ees et intervalles de temps des sorties mod`eles A m´eso- et micro-´echelle, la dur´ee des p´eriodes simul´ees est de 60 heures pour les trois ` cas, AF (du 2 d´ecembre 2007 18 h UTC au 5 d´ecembre 2007 6 h UTC), AS (du 13 d´ecembre 2007 18 h UTC au 16 d´ecembre 2007 6 h UTC) et AM (du 23 d´ecembre 2007 18 h UTC au 26 d´ecembre 2007 6 h UTC). Aussi bien en m´eso-´echelle qu’en micro-´echelle, les r´esultats des 12 premi`eres heures ne sont pas pris en compte dans notre analyse, car ils correspondent `a la p´eriode classique du temps de latence du mod`ele, appel´ee ” spin-up ” (Hu et al., 2010). Les sorties mod`eles m´eso-´echelles (D01, D02, D03 et D04) sont sauvegard´ees toutes les heures. Suivant la m´ethode de Talbot et al. (2012), les champs simul´es horaires du domaine D04 sont utilis´es par la suite comme conditions limites du domaine LES D05 via une fonction d’interpolation spline cubique, appel´ee ” NDOWN ”. Les sorties WRF-LES des domaines D05 et D06 sont sauvegard´ees toutes les 10 minutes.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 54 Param´etrisations physiques m´eso- et micro-´echelles Les sch´emas de physique utilis´es dans nos travaux `a la m´eso-´echelle et `a la micro-´echelle correspondent aux param´etrisations les plus fr´equemment employ´ees dans les ´etudes num´eriques utilisant le mod`ele WRF. Dans les domaines m´eso-´echelles (D01, D02, D03 et D04), la couche limite plan´etaire (CLP) est mod´elis´ee par le sch´ema de moyenne d’ensemble non-local-K YSU (Hong et al., 2006) associ´e `a la diffusion horizontale Smagorinsky du premier ordre. Les ´etudes comparatives des sch´emas de CLP du mod`ele WRF ont montr´e que le sch´ema YSU ´etait le plus performant en couche limite convective (Hu et al., 2010; Shin and Hong, 2011). Cependant, en condition de stabilit´e nocturne, le sch´ema YSU (versions WRF ant´erieures `a la 3.4.1 utilis´ee ici) avait tendance `a inhiber le gradient de vent vertical, ceci ´etant en parti dˆu `a un m´elange vertical excessif (Hu et al., 2013). La r´eduction du m´elange vertical nocturne dans la version 3.4.1 du code WRF ARW a permis d’am´eliorer la pr´ediction des vitesses du vent des basses couches durant la nuit (Hu et al., 2013). Le sch´ema YSU a aussi montr´e de bonnes performances dans les ´etudes de couplage micro-´echelle WRF-LES (Talbot et al., 2012; Zhu, 2008a,b). Dans les domaines micro-´echelles (D05 et D06), la couche limite plan´etaire (CLP) est r´esolue explicitement par le sch´ema LES 3D avec la fermeture 3D TKE d’ordre 1.5 (d´ecrit `a la sous-section 1.3.4). Dans les six domaines de simulation, la param´etrisation de la couche de surface est bas´ee sur la th´eorie des similitudes de Monin-Obukhov. La microphysique est mod´elis´ee par le sch´ema WRF Single-Moment 6-class WSM6 (Hong and Lim, 2006) qui est pr´ef´erable pour les simulations de haute r´esolution au sch´ema WRF Single-Moment 3-class WSM3 utilis´e par Lef`evre et al. (2010). Pour la param´etrisation du rayonnement `a ondes longues et du rayonnement `a ondes courtes, les sch´emas RRTM (Mlawer et al., 1997) et Dudhia (Dudhia, 1989) sont respectivement s´electionn´es. Les ˆıles volcaniques des Petites Antilles, comme la Martinique, la Dominique et la Guadeloupe ont une topographie complexe. Dans le but de mieux simuler les for¸cages radiatifs, les effets de pente et d’ombre ont ´et´e ajout´es pour les domaines D03, D04, D05 et D06. Le mod`ele de surface Noah Land Surface Model (Chen and Dudhia, 2001) est s´electionn´e. Il inclut le calcul de l’humidit´e et de la temp´erature dans quatre couches du sol. Dans le domaine D01, le sch´ema Kain-Fritsch (Kain, 2004) est ajout´e pour mod´eliser la convection. Dans les 5 autres domaines, le mod`ele r´esout explicitement la convection. D’apr`es Skamarock et al. (2008), les sch´emas de convection doivent ˆetre appliqu´es sur des mailles de taille sup´erieure `a 10 km.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 55 L’option de variation de la temp´erature de surface de la mer en fonction du rayonnement est activ´ee. Cette option permet de simuler le cycle diurne de la temp´erature de surface de la mer. Pas de temps de calcul Pour maximiser les pas de temps de calcul tout en maintenant le mod`ele num´eriquement stable, nous avons utilis´e une m´ethode de pas de temps adaptatif bas´ee sur les conditions de stabilit´e Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Trois param`etres doivent ˆetre pr´ealablement d´efinis en fonction de la r´esolution du domaine (∆x, en km). Skamarock et al. (2008) recommandent un pas de temps de d´epart de 6∆x, un pas de temps minimal de 4∆x et un pas de temps maximal de 8∆x. Le pas de temps adaptatif a ´et´e employ´e pour les simulations m´eso-´echelles (Tab. 2.3). Son utilisation pour les simulations LES entraˆınait des erreurs et des interruptions de calcul. Nous avons donc fix´e les pas de temps de calcul des domaines D05 et D06 (Tab. 2.3). Tableau 2.3: Pas de temps de calcul pour les six domaines de simulation. D01 D02 D03 D04 D05 D06 ∆x = 27 km ∆x = 9 km ∆x = 3 km ∆x = 1 km ∆x = 0.3 km ∆x = 0.1 km Pas de temps de d´epart (s) 162 54 18 6 ∅ ∅ ∆t = 6∆x Pas de temps minimal (s) 108 36 12 4 ∅ ∅ ∆t = 4∆x Pas de temps maximal (s) 216 72 24 8 ∅ ∅ ∆t = 8∆x Pas de temps constant (s) ∅ ∅ ∅ ∅ 1,2 0,4 ∆t = 4∆x Conditions initiales Les conditions initiales incluent aussi bien les conditions au sol (topographie, occupation des sols, ...) que les champs m´et´eorologiques interpol´es provenant des analyses globales du mod`ele NCEP FNL (NCEP, ment), dont la maille est de 110 km. Ces champs maill´es comportent des variables 2D au sol et des variables 3D qui seront interpol´ees sur les niveaux verticaux de la simulation.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 56 Conditions aux limites Les conditions aux limites lat´erales des six domaines de simulation sont configur´ees par une zone de sp´ecification (zone entourant le domaine d’´epaisseur ´egale `a une maille) et par la zone de relaxation (zone suivant entourant le domaine d’´epaisseur ´egale `a quatre mailles). Les valeurs des conditions sont impos´ees dans la zone de sp´ecification, puis propag´ees dans la zone de relaxation (Davies and Turner, 1977) permettant d’´eviter les instabilit´es induits par d’´eventuels gradients ´elev´es. Tableau 2.4: Conditions aux limites des simulations WRF pour les six domaines ´etudi´es. D01 D02 D03 D04 D05 D06 Sommet Vitesse verticale w nulle Surface Conditions du sol (topographie, rugosit´e, alb´edo, ...) Bords lat´eraux NCEP-FNL Sorties D01 Sorties D02 Sorties D03 Sorties D04 Sorties D05 Intervalle de temps 6 h ∆tD01 ∆tD02 ∆tD03 1 h ∆tD05 Imbrication Two-way One-way Dans le cas des simulations `a la m´eso-´echelle, les conditions aux limites lat´erales du premier domaine (D01, 27 km de maille) proviennent des champs m´et´eorologiques NCEP-FNL (NCEP, ment) interpol´es, 2D et 3D, toutes les six heures (Tab. 2.4). Pour les trois autres domaines (D02, D03 et D04), les conditions aux limites sont ´etablies par imbrication : c’est le domaine parent qui fixe les conditions lat´erales du domaine fils `a chaque pas de temps. Dans le cas des simulations `a la micro-´echelle, les conditions aux limites lat´erales du premier domaine (D05, 333 m de maille) sont ´etablies par les sorties interpol´ees, 2D et 3D, du domaine D04 (1 km de r´esolution), toutes les heures. Les conditions limites du domaine D06 sont d´efinies par les r´esultats du domaine D05. Le sommet de l’atmosph`ere, d´efini respectivement dans les simulations M´eso-A et M´esoA’, `a 50 hPa et 100 hpa, est param´etr´e par une condition de vitesse verticale nulle.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 57 2.4 Mod`ele lagrangien de dispersion de particules : FLEXPART-WRF 2.4.1 Description Le mod`ele lagrangien de dispersion de particules FLEXPART (Stohl et al., 2005) a ´et´e con¸cu initialement pour simuler, aux larges et moyennes ´echelles, la dispersion de polluants provenant de sources industrielles, tels les accidents au sein d’une centrale nucl´eaire, les incendies de plateforme industrielle, etc. FLEXPART simule le transport, la diffusion, les d´epˆots secs et humides, et la d´esint´egration radioactive des traceurs lib´er´es depuis des sources (point, ligne, surface ou volume). La dynamique de ce code permet des simulations directes (la dispersion des traceurs depuis leur source), ou indirectes (d´etermination des sources potentielles pour des r´ecepteurs connus). Ce mod`ele utilise les donn´ees m´et´eorologiques mondiales comme les pr´edictions du mod`ele Global Forecast System (GFS, Han and Pan (2011); Yang et al. (2006)) fournies avec une r´esolution sup´erieure ou ´egale `a 0,5➦. Dans le cas des moyennes et petites ´echelles, c’est le mod`ele coupl´e FLEXPART-WRF qui a ´et´e d´evelopp´e pour mod´eliser la dispersion de particules (Brioude et al., 2013). Tout comme FLEXPART, le code FLEXPART-WRF ´ecrit en Fortran 95 est en libre t´el´echargement sous la licence GNU General Public Licence (GPL). 2.4.1.1 Int´egration des donn´ees m´et´eorologiques WRF Le transport des polluants dans le code num´erique FLEXPART-WRF est forc´e par des champs de variables m´et´eorologiques WRF (Tab. 2.5). Les sorties du mod`ele WRF sont maill´ees sur une grille Arakawa C-grid avec des niveaux verticaux η suivant la topographie. Les composantes du vent horizontal et vertical sont d´efinies sur grille d´ecal´ee. Dans le mod`ele FLEXPART-WRF, les vents sont interpol´es sur le centre des mailles, de telle sorte que toutes les donn´ees m´et´eorologiques soient sur la mˆeme grille. Les donn´ees WRF 3-D sont interpol´ees dans FLEXPART-WRF, sur des niveaux cart´esiens suivant la topographie.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 58 Tableau 2.5: Variables des sorties WRF requises et optionnelles pour le for¸cage du mod`ele FLEXPART-WRF (Brioude et al., 2013). Variable WRF Dimension Description ZNW 1D Valeur Eta des niveaux verticaux Eta ZNU 1D Valeur Eta `a la moiti´e des niveaux verticaux PB 3D Valeur de la pression `a l’´etat de r´ef´erence en Pa P 3D Perturbation sur la pression en Pa PHB 3D Valeur du g´eopotentiel `a l’´etat de r´ef´erence en m2 .s-2 PH 3D Perturbation sur le g´eopotentiel en m2 .s-2 T 3D Perturbation de temp´erature potentielle en K QVAP 3D Rapport de m´elange de vapeur d’eau en kg.kg-1 TKE 3D Energie cin´etique turbulente en m ´ 2 .s-2 (optionnel) XLAT 2D Latitude en degr´e nord XLONG 2D Longitude en degr´e est MAPPAC M 2D Facteur d’´echelle de la carte PSFC 2D Pression `a la surface en Pa U10 2D Vitesse du vent horizontal `a 10 m suivant l’axe x V10 2D Vitesse du vent horizontal `a 10 m suivant l’axe y T2 2D Temp´erature `a 2 m en K Q2 2D Humidit´e sp´ecifique `a 2 m en kg.kg-1 SW 2D Rayonnement solaire incident en W.m-2 (optionnel) RAINNC 2D Pr´ecipitation r´esolue explicitement en mm (optionnel) RAINC 2D Pr´ecipitation convective en mm (optionnel) HFX 2D Flux de chaleur sensible `a la surface en W.m-2 (optionnel) UST 2D Vitesse de friction en m.s-1 (optionnel) HCLA 2D Hauteur de la couche limite atmosph´erique en m (optionnel) Type 1 des variables de vent int´egr´ees U 3D Vitesse du vent horizontal suivant l’axe x en m.s-1 V 3D Vitesse du vent horizontal suivant l’axe y en m.s-1 W 3D Vitesse du vent suivant l’axe z en m.s-1 Type 2 des variables de vent int´egr´ees AVGFLX RUM 3D Vitesse du vent horizontal suivant l’axe x, pond´er´ee sur la masse et moyenn´ee sur l’intervalle de temps, en Pa.m.s-1 AVGFLX RVM 3D Vitesse du vent horizontal suivant l’axe y, pond´er´ee sur la masse et moyenn´ee sur l’intervalle de temps, en Pa.m.s-1 AVGFLX WWM 3D Mouvement vertical, pond´er´e sur la masse et moyenn´e sur l’intervalle de temps, en Pa.m.s-1 MU 2D Perturbation de la masse d’air dans la colonne en Pa MUB 2D Masse d’air de r´ef´erence dans la colonne en Pa Type 3 des variables de vent int´egr´ees U 3D Vitesse du vent horizontal suivant l’axe x en m.s-1 V 3D Vitesse du vent horizontal suivant l’axe y en m.s-1 WW 3D Mouvement vertical de la masse d’air en Pa.s-1 2.4.1.2 Param´etrisation de la couche limite atmosph´erique et de la turbulence Par d´efaut, deux param`etres de couche limite WRF sont utilis´es : la vitesse de friction et le flux de chaleur sensible. Stohl et al. (2005) ont indiqu´e que ces param`etres peuvent ˆetre calcul´es dans FLEXPART en appliquant la m´ethode du profil (Berkowicz and Prahm, 1982) au vent (10 m et second niveau vertical) et `a la temp´erature (2 m et second niveau vertical). Une option (SFC OPTION) permet d’int´egrer la hauteur de la couche limite simul´ee par WRF ou d’effectuer son calcul dans FLEXPART par la m´ethode de la valeur critique du nombre de Richardson (Stohl et al., 2005; Vogelezang and Holtslag, 1996). Dans ce cas, la HCLA est atteinte pour le premier niveau vertical pour lequel le nombre de Richardson d´epasse la valeur critique de 0,25.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 59 Quatre options sont disponibles pour la param´etrisation du vent turbulent dans la couche limite (Brioude et al., 2013) : 1. Le traitement de la turbulence est d´esactiv´e. 2. Le m´elange turbulent de la couche limite est trait´e par le sch´ema de turbulence Hanna (Hanna, 1982). Ce sch´ema est bas´e sur les param`etres suivants : la hauteur de couche limite (HCLA), la longueur de Monin-Obukhov, l’´echelle de la vitesse de convection, la longueur de rugosit´e et la vitesse de friction. En fonction du r´egime de la couche limite, instable, stable ou neutre, diff´erents profils turbulents sont utilis´es. Le sch´ema de turbulence Hanna peut ˆetre associ´e `a une param´etrisation de couche limite convective. Dans ce cas la turbulence gaussienne est remplac´ee par la formulation de Luhar et al. (1996). 3. Les composantes du vent turbulent sont calcul´ees `a partir de l’´energie cin´etique turbulente (TKE) fournie par WRF. La TKE est r´epartie entre les composantes horizontales et verticales suivant la couche de surface et la stabilit´e locale param´etr´ee par le sch´ema de turbulence Hanna. 4. La TKE des sorties WRF est utilis´ee. La TKE est r´epartie d’apr`es l’´equilibre entre l’´energie turbulente de production et celle de dissipation. Au-dessus de la CLP, la turbulence est bas´ee sur une diffusivit´e verticale constante de 0,1 m2 .s-1 dans la stratosph`ere et une diffusivit´e horizontale de 50 m2 .s-1 dans la troposph`ere libre (Stohl et al., 2005). La stratosph`ere et la troposph`ere sont diff´erenci´ees par une valeur seuil de 2 pvu (potential vorticity units). 2.4.1.3 Calcul de la trajectoire des particules Comme d´ecrit par Stohl et al. (2005), FLEXPART utilise un sch´ema du type ” acc´el´eration nulle ”. L’´equation de la trajectoire (Stohl et al., 1998) est une ´equation diff´erentielle du premier ordre, dX dt = v[X(t)] (2.12) qui est int´egr´ee `a l’aide d’un sch´ema d’int´egration num´erique du premier ordre de type Euler : X(t + ∆t) = X(t) + v(X, t)∆t, (2.13) o`u t est le temps, ∆t l’incr´ement de temps, X le vecteur position et v = ¯v + vt + vm, le vecteur du vent incluant le vent de la maille ¯v, les fluctuations du vent turbulent vt et les fluctuations du vent `a la m´eso-´echelle vm.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 60 Le transport des particules est calcul´e `a partir des donn´ees m´et´eorologiques (principalement les vents) interpol´ees `a la position de la particule (Stohl et al., 2005) tandis que la dispersion turbulente est bas´ee sur la r´esolution des ´equations de Langevin. 2.4.2 Configurations de nos simulations L’objectif principal des simulations WRF-LES-FLEXPART est d’analyser les effets des circulations locales sur la dispersion d’un panache de polluants industriels dans la zone la plus peupl´ee de l’archipel pour trois cas r´eels de situation m´et´eorologique (AS, AM et AF). Nous nous sommes int´eress´es `a la source industrielle la plus polluante de l’ˆıle : la centrale diesel EDF de Jarry nord, situ´ee dans le Petit Cul-de-Sac Marin (Fig. 1.5, 1.7, 1.8, 1.9). D’apr`es le Registre fran¸cais des Emissions polluantes ´ , la centrale EDF Jarry nord ´emet chaque ann´ee, 10 kilotonnes d’oxydes d’azote en ´equivalent NO2 (NOx = NO + NO2). Seules les ´emissions de NOx sont r´epertori´ees dans ce registre, le rapport du m´elange NO– NO2 n’est pas disponible. Nous avons donc analys´e les concentrations d’oxyde d’azote NOx produites par la combustion du diesel dans la centrale, durant les trois types de temps (AS, AM et AF). La couleur brune, caract´eristique du NO2, nous permet d’´evaluer visuellement la structure du panache depuis des photos d’observation (Fig. 1.7, 1.9). Les simulations de la dispersion du NOx ´emis depuis les chemin´ees de la centrale sont effectu´ees dans le domaine LES D06 (Fig. 2.10, 2.11) `a l’aide de FLEXPART. 2.4.2.1 P´eriodes de simulation et intervalles de temps des sorties mod`eles Les dur´ees des p´eriodes simul´ees sont de 24 heures pour les trois cas : AF (du 3 d´ecembre 2007 16 h UTC au 4 d´ecembre 2007 16 h UTC), AS (du 14 d´ecembre 2007 16 h UTC au 15 d´ecembre 2007 16 h UTC) et AM (du 24 d´ecembre 2007 16 h UTC au 25 d´ecembre 2007 16 h UTC). Les sorties WRF-LES du domaine D06 sont utilis´ees pour forcer toutes les 10 minutes le mod`ele FLEXPART. Les sorties de concentration de NOx sont moyenn´ees sur 10 minutes et sauvegard´ees toutes les 10 minutes. Nous avons choisi d’employer le mˆeme intervalle de temps pour l’int´egration dans FLEXPART des sorties WRF-LES et pour les sauvegardes des concentrations WRF-LES-FLEXPART, pour limiter toute mod´elisation suppl´ementaire des champs m´et´eorologiques par FLEXPART et les ´eventuels biais associ´es.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 61 2.4.2.2 Caract´erisation des niveaux verticaux Pour simuler les effets des circulations locales sur la dispersion du panache de NOx, 38 niveaux verticaux, allant de 10 `a 3000 m AGL ont ´et´e employ´es (Fig. 2.15). Tout comme dans le mod`ele WRF, les niveaux verticaux FLEXPART suivent les variations de la topographie. Figure 2.15: Profil vertical des 38 niveaux verticaux FLEXPART-WRF. 2.4.2.3 Param´etrisation du panache de NOx de la centrale EDF D’apr`es le site internet du Registre fran¸cais des Emissions polluantes ´ , la centrale EDF Jarry nord a ´emis en 2007 9,790 kilotonnes d’oxydes d’azote en ´equivalent NO2. En partant de ce chiffre, la masse totale de NOx ´emise par la centrale durant les simulations de 24 heures est de 26,820 tonnes. Le nombre total de particules simul´ees durant les 24 heures, est ´etabli `a 100000 avec un taux d’´emission constant (toutes les 10 minutes). Les dimensions de la colonne d’´ejection des particules, sont d´etermin´ees en fonction des coordonn´ees g´eographiques des chemin´ees de la centrale, de leur hauteur et des observations de l’extension verticale du panache en couche limite atmosph´erique neutre. La distance entre les deux chemin´ees est inf´erieure `a la taille de la maille du domaine D06 (111 m). Nous consid´erons donc, une unique colonne d’´ejection pour les deux chemin´ees sur la grille du domaine. La colonne d’´ejection s’´etend horizontalement sur un rectangle d´elimit´e par le coin inf´erieur gauche (16.23518➦N, 61.5543➦W) et le coin sup´erieur droit (16.23559➦N, 61.5537➦W). La colonne d’´ejection s’´etend verticalement depuis la hauteur des chemin´ees (≈ 60 m AGL) jusqu’`a la hauteur du panache observ´ee en couche limite neutre (≈ 600 m AGL).Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 62 2.4.2.4 Param´etrisations physiques Brioude et al. (2012) ont montr´e que l’utilisation des champs de vitesse verticale instantan´ee WRF, entrainait des biais dans les zones de topographie complexe. Pour pr´evenir ces incertitudes, les simulations ont ´et´e effectu´ees en int´egrant les champs de vitesses moyenn´ees WRF : les composantes horizontales et verticales de la vitesse sont pond´er´ees sur la masse et moyenn´ees sur l’intervalle de temps. Dans notre cas, ces champs de vitesses sont moyenn´ees sur 10 minutes. D’apr`es Brioude et al. (2013), les champs de vitesses moyenn´ees WRF permettent de r´eduire les incertitudes sur la mod´elisation de la trajectoire des particules dans FLEXPART. Les sorties num´eriques WRF-LES n’incluent pas la hauteur de la couche limite atmosph´erique (HCLA), FLEXPART d´etermine ce param`etre en se basant sur la valeur critique du nombre de Richardson. Nous avons utilis´e les deux param´etrisations de turbulence qui permettent l’int´egration des champs de TKE produits par WRF-LES (description dans la partie 2.4.1.2). Durant nos simulations, l’activation de la param´etrisation de la turbulence bas´ee sur l’´equilibre entre la production et la dissipation de la TKE, a entrain´e des instabilit´es num´eriques g´en´erant des valeurs invalides. Donc nous avons finalement opt´e pour l’utilisation d’une seule param´etrisation : la r´epartition de la TKE WRF-LES suivant des coefficients de stabilit´e du sch´ema Hanna (Hanna, 1982). 2.5 Donn´ees m´et´eorologiques d’observation pour l’´evaluation du mod`ele WRF ARW3 2.5.1 Radiosondages journaliers (Universit´e du Wyoming) Pour ´evaluer nos premi`eres simulations nous avons jug´e utile d’effectuer des comparaisons des param`etres sur toute la troposph`ere `a l’aide des donn´ees fournies par les radiosondages. Cependant un seul radiosondage est disponible une fois par jour pour la zone de la Guadeloupe (station RZT de l’a´eroport du Raizet), soit pour les trois simulations de 48 heures, seulement six profils observ´es. Pour avoir des points de comparaison suppl´ementaires, d’autres stations de radiosondage (12 h UTC) ont ´et´e utilis´ees : BAR (ID 78954, Barbade) et SXM (ID 78866, Saint-Martin) qui sont localis´ees dans le domaine D02, TRI (ID 78970, Trinidad), PTR (ID 78526, Porto-Rico), et SDM (ID 78486, R´epublique Dominicaine) qui sont localis´ees dans le domaine D01 (Fig. 2.16).Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 63 Il faut noter que les radiosondages ont approximativement la moiti´e du nombre des niveaux verticaux simul´es par WRF. Pour calculer les estimateurs d’erreur pr´esent´es dans la section 2.7, les radiosondages observ´es et les profils verticaux mod´elis´es sont interpol´es (avec une m´ethode spline cubique) aux mˆemes niveaux de pression (1000, 950, 925, 900, 850, 800, 700, 650, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, et 100 hPa). Le mod`ele int`egre les profils d’observation via les analyses NCEP FNL `a 12 h UTC. Pour estimer la capacit´e du mod`ele WRF `a pr´edire la stratification, les profils verticaux WRF `a 11 h UTC sont ´evalu´es. Les r´esultats des 35 comparaisons (TRI a un radiosondage manquant) `a chaque niveau, entre les profils interpol´es observ´es et simul´es sont pr´esent´es dans la section 3.1.1 du rapport. Figure 2.16: G´eolocalisation des radiosondages (TRI, BAR, RZT, SXM, PTR, et SDM : carr´es rouges), des bou´ees du r´eseau NDBC-NOAA (ATL, CAR, POR, et BAH : cercles bleus) au sein des quatre premiers domaines (D01, D02, D03, D04) employ´es dans les simulations WRF m´eso-´echelles, de r´esolutions respectives de 27, 9, 3 et 1 km. 2.5.2 Bou´ees m´et´eorologiques du National Data Buoy Center Les donn´ees d’observation de la surface de la mer sont extraites de quatre bou´ees du National Data Buoy Center (http://www.ndbc.noaa.gov/) : la bou´ee POR (ID 41043, 21,061➦N, 64,966➦W, au nord de Porto-Rico) localis´ee dans le domaine 2, la bou´ee BAH (ID 41046, 23,838➦N, 68,333➦W, au large des Bahamas), la bou´ee CAR (ID 42059, 15,058➦N, 67,528➦W, en mer des Cara¨ıbes) et la bou´ee ATL (ID 41040, 14,516➦N, 53,024➦W, dansChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 64 l’oc´ean Atlantique), qui sont localis´ees dans le domaine 1 (Fig. 2.16). Les donn´ees d’observation horaires ´etudi´ees sont les moyennes 10 min des variables suivantes : la temp´erature de la surface de la mer, la temp´erature de l’air `a 4 m au-dessus du niveau de la mer (AMSL), la vitesse et la direction du vent `a 5 m AMSL. Les quatre bou´ees ont une pr´ecision de 1➦C pour la temp´erature de surface de la mer, 1➦C pour la temp´erature de l’air, 1 m.s-1 pour la vitesse du vent et 10➦ pour la direction du vent. Les variables des sorties WRF sont extraites au point de maille le plus proche de chaque bou´ee. Les observations, temp´erature de surface de la mer, temp´erature de l’air `a 4 m AMSL, et vitesse et direction du vent `a 5 m AMSL, sont respectivement compar´ees avec les variables WRF, ”skin temperature”, temp´erature de l’air `a 2 m AMSL et vitesse et direction du vent `a 10 m AMSL. L’´evaluation des champs de surface marins WRF est pr´esent´ee `a la section 3.1.1 du rapport. 2.5.3 Stations m´et´eorologiques de l’archipel de la Guadeloupe (M´et´eo France et LaRGE) Les donn´ees d’observation `a la surface terrestre sont extraites des cinq stations m´et´eorologiques de l’archipel de la Guadeloupe (domaine 4), en fonctionnement durant la p´eriode ´etudi´ee (d´ecembre 2007). RZT, DES, MOU, et GBD sont des stations du r´eseau M´et´eoFigure 2.17: Carte topographique (IGN, 50 m de r´esolution), avec le mˆat instrument´e du laboratoire LaRGE (ARN, triangle vert) et les 4 stations M´et´eo-France, Raizet (RZT, disque rouge), Moule (MOU, ´etoile magenta), D´esirade (DES, carr´e bleu), Grand-Bourg de Marie-Galante (GBD, losange noir).Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 65 France, localis´ees respectivement, au Raizet, `a la D´esirade, au Moule et `a Grand-Bourg (Fig. 2.17). Les donn´ees horaires utilis´ees sont les moyennes 10 min des variables suivantes : la temp´erature de l’air `a 2 m AGL, la vitesse et la direction du vent `a 10 m AGL. Ces quatre stations M´et´eo-France ont une pr´ecision de 0,1➦C pour la temp´erature, 1 m.s-1 pour la vitesse du vent, et 10➦ pour la direction du vent. D’Alexis (2011) a men´e une campagne exp´erimentale de terrain pour analyser les ph´enom`enes de micro-´echelle dans la couche de surface de mangrove. Entre avril 2007 et juin 2008, la station m´et´eorologique du Laboratoire de Recherche en Energie et G´eosciences ´ (LaRGE) a enregistr´e des mesures `a 1 Hz et `a 20 Hz. Ce mˆat instrument´e ARN, localis´e dans la zone cˆoti`ere d’Arnouville de Petit-Bourg (Fig. 2.17) est muni d’un capteur barom´etrique PTB101B (Fig. 2.18a), d’une centrale d’acquisition Campbell CR3000 (Fig. 2.18b), d’un capteur HR capacitif (HMP45C) pour l’humidit´e et la temp´erature `a 2 m AGL (Fig. 2.18c), d’un an´emom`etre `a coupelles `a 2 m AGL (Fig. 2.18d), d’une girouette `a 2 m AGL (Fig. 2.18e), d’un an´emom`etre sonique 3D (CSAT3) pour le calcul des flux turbulents `a 5 m AGL (Fig. 2.18f) et d’un an´emom`etre sonique 2D (WindSonic) pour le vent horizontal `a 10 m AGL (Fig. 2.18g). La station ARN a une pr´ecision de 0,2➦C pour la temp´erature, 2% (avec une r´esolution de 0,01 m.s-1) pour la vitesse du vent, et 3➦ pour la direction du vent. En plus de ces variables classiques, la station ARN, avec ses mesures `a 20 Hz nous permettra d’´evaluer les simulations de flux turbulents comme le flux de chaleur sensible (HFX) et l’´energie cin´etique turbulente (TKE). Les champs de surface WRF-LES (10 minutes) seront ´evalu´es avec les donn´ees mesur´ees par ARN.Chapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 66 Figure 2.18: Description du mˆat instrument´e du laboratoire LaRGE `a ARN (sch´ema extrait de D’Alexis (2011)), avec, (a) le capteur barom´etrique PTB101B, (b) la centrale d’acquisition Campbell CR3000, (c) le capteur HR capacitif (HMP45C) pour l’humidit´e et la temp´erature (2 m AGL), (d) l’an´emom`etre `a coupelles (2 m AGL), (e) la girouette (2 m AGL), (f ) l’an´emom`etre sonique 3D (CSAT3) pour le calcul des flux turbulents (5 m AGL) et (g) l’an´emom`etre sonique 2D (WindSonic) pour le vent horizontal (10 m AGL). 2.6 Donn´ees d’observation de la qualit´e de l’air pour l’´evaluation du mod`ele FLEXPART-WRF Nous avons utilis´e les donn´ees d’observation de concentration en NOx enregistr´ees par la station du r´eseau Gwad’air (association agr´e´ee de surveillance de la qualit´e de l’air, AASQA) situ´ee `a Pointe-`a-Pitre (PAP) donc dans l’agglom´eration pointoise (Fig. 2.19). Cette agglom´eration compos´ee de quatre communes (Pointe-`a-Pitre, Baie-Mahault, Les Abymes et Le Gosier) inclut la zone industrielle la plus importante de l’archipel (zone deChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 67 Jarry, not´ee EDF sur la Fig. 2.19). L’agglom´eration pointoise est la zone la plus peupl´ee de l’archipel : 133000 habitants pour une superficie de 175 km2 (Plocoste, 2013). Figure 2.19: Carte de localisation de la station Gwad’air PAP (losange violet) et de la centrale ´electrique EDF (croix rouge) : (a) Topographie (en m AMSL) du domaine D05 (maille de 333 m) avec l’agglom´eration pointoise (contour violet), (b) image satellite Google earth de la zone d’´etude (4/8/2013). Plocoste (2013) a d´ecrit les ´equipements de mesure de cette station : un analyseur d’oxyde d’azote NOX 2000 G, un analyseur de poussi`eres TEOM 1400A, un analyseur d’ozone OZ 2000 G et un calibrateur SONIMIX 3022-2000TM et un analyseur de dioxyde de soufre SF 2000 G. 2.7 Estimateurs d’erreur utilis´es pour l’´evaluation statistique des simulations C´ec´e et al. (2014) ont d´ecrit les estimateurs d’erreur (MBE, RMSE, MAE, IOA and IOA2) qui ont ´et´e employ´es pour l’´evaluation statistique des simulations. Les outils d’´evaluation statistique les plus utilis´es dans les ´etudes de mod´elisation m´et´eorologiques, ont ´et´e d´evelopp´es par Willmott (1981); Willmott and Matsuura (2005). Les erreurs individuelles de pr´ediction du mod`ele sont d´efinies comme ei = Pi − Oi (i = 1, 2, ..., n), o`u Pi et Oi sont respectivement les pr´edictions mod`eles et les observations in situ. L’erreur du biais moyen est d´efinie comme MBE = n −1 Pn i=1 ei = P¯ − O¯. L’erreur moyenne absolue est d´efinie par MAE = n −1 Pn i=1 |ei |. L’erreur quadratique moyenne est bas´ee sur la somme du carr´e des erreurs : RMSE =  n −1 Pn i=1 |ei | 2 1/2 . Willmott (1981) aChapitre 2. M´ethodologie et principaux outils de simulation 68 d´efini un indice de performance des mod`eles (IOA) comme IOA = 1 − Pn i=1 |ei | 2 Pn i=1 [|Pi − O¯| + |Oi − O¯|] 2 (2.14) avec une valeur comprise entre 0 et 1. Les valeurs sup´erieures `a 0,5 sont consid´er´ees comme bonnes. Willmott et al. (2011) ont reformul´e un indice de performance dont la valeur suit les variations de croissance ou d´ecroissance de la MAE. L’intervalle de valeur est [-1,1]. Ils ont exprim´e ce nouvel indice comme IOA2 =    1 − Pn i=1 |ei| 2 Pn i=1 |Oi−O¯| , quand Pn i=1 |ei | ≤ 2 Pn i=1 |Oi − O¯| 2 Pn i=1 |Oi−O¯| Pn i=1 |ei| − 1, quand Pn i=1 |ei | > 2 Pn i=1 |Oi − O¯| (2.15) . D’apr`es l’´equation (2.15), une valeur de IOA2 ´egale `a 0,5 indique que la somme des erreurs repr´esente la moiti´e de la somme des variations du mod`ele parfait plus celles ajout´ees des observations. A l’oppos´e, une valeur de IOA2 ´egale `a -0,5 signifie que la somme des ` erreurs repr´esente le double de la somme des variations du mod`ele parfait plus celles des observations. La RMSE et l’IOA sont les outils les plus utilis´es dans la lit´erature pour exprimer les diff´erences entre les pr´evisions et les donn´ees observ´ees. Cependant, comme ´ecrit par Willmott and Matsuura (2005), du fait qu’ils sont caract´eris´es par la somme du carr´e des erreurs, les erreurs importantes ont relativement plus d’influence sur l’erreur totale, que les plus faibles (contrairement `a la MAE). Nos simulations num´eriques de courte dur´ee, avec peu de points spatiaux de comparaison (nombre faible de stations m´et´eorologiques dans la zone d’´etude) seraient d’autant plus affect´ees par ce probl`eme. Pour le r´esoudre, suivant la recommandation de Willmott and Matsuura (2005); Willmott et al. (2011), la MAE and l’IOA2 sont choisis `a la place de la RMSE et du IOA. Les valeurs suivantes de IOA2 : n´egative, comprise entre 0 et 0,5, et sup´erieure `a 0,5, sont respectivement consid´er´ees comme mauvaises, bonnes et tr`es bonnes.Chapitre 3 R´esultats des simulations et discussion 3.1 Simulations num´eriques m´eso-´echelles des circulations g´en´er´ees par l’archipel de la Guadeloupe (WRF) Dans cette partie, nous pr´esentons les r´esultats des simulations num´eriques m´eso-´echelles incluant les quatre domaines : D01, D02, D03 et D04 (Fig. 2.10). Deux configurations du domaine D04 sont analys´ees : la configuration M´eso-A (carte d’occupation des sols USGS 1992, ULC) et la configuration M´eso-A’ (carte d’occupation des sols Corine 2006, CLC24). 3.1.1 Simulation M´eso-A : r´esum´e et article publi´e Les r´esultats des simulations num´eriques m´eso-´echelles (M´eso-A) ont ´et´e publi´es dans la revue scientifique ” Monthly Weather Review ”. Le mod`ele Weather Research and Forecast (WRF) est utilis´e pour simuler une descente d’´echelle dynamique `a l’aide des quatre domaines imbriqu´es (D01, D02, D03, D04), de r´esolutions respectives : 27, 9, 3, 1 km. Les trois situations m´et´eoroloqiques, correspondant aux aliz´es faibles, moyens et soutenus, sont simul´ees : AF, AM et AS (respectivement li´es aux valeurs du nombre de Froude local 69Chapitre 3. R´esultats des simulations et discussion 70 de 0,21, 0,41 et 0,82). Pour les trois types de temps, les variables m´et´eorologiques classiques pr´esentent une bonne ad´equation avec les donn´ees d’observations, sur plusieurs sites. C’est aussi le cas des champs simul´es `a 1 km sur l’archipel de la Guadeloupe, malgr´e l’utilisation dans le mod`ele WRF de la carte d’occupation des sols ULC24 dont les biais ont ´et´e d´ecrits dans le chapitre 2 du rapport. Les r´esultats de la simulation M´eso-A ont permis de compl´eter la cartographie des r´egimes m´et´eorologiques locaux observ´es par Br´evignon (2003). Ces descriptions peu pr´ecises n’incluaient pas des donn´ees maill´ees de vent, de temp´erature de surface, de couverture nuageuse et de flux de chaleur sensible sur l’ensemble de l’archipel. Les r´egimes attendus du vent local (au vent, continental insulaire, sous le vent) et la pr´edominance des effets thermiques et orographiques (respectivement au-dessus de la Grande-Terre et de la Basse-Terre) sont retrouv´es dans les sorties simul´ees. Dans le cas des AS, la convection est inhib´ee et les circulations locales sont g´en´er´ees par l’orographie. Durant les AM, dans les zones de faibles topographies, les circulations locales sont gouvern´es par le contraste thermique de surface qui induit, durant la journ´ee, une convergence des vents marins vers la terre et, durant la nuit, une divergence des vents de la terre vers la mer. Dans le cas des AF, le mod`ele simule correctement un vent catabatique nocturne induisant un ´ecoulement d’ouest observ´e exp´erimentalement par D’Alexis (2011); D’Alexis et al. (2011) sur la cˆote au vent de la Basse-Terre. Durant la nuit, cette circulation s’opposant aux aliz´es semble s’´etendre en mer (dans le Petit Cul-de-Sac Marin), puis sur la zone industrielle de Jarry et enfin sur la cˆote ouest de la Grande-Terre. Cet ´ecoulement a une vitesse de vent maximale de 4.7 m s-1 . Les r´esultats de l’exp´erience M´eso-A sugg`erent que cet ´ecoulement particulier, apparaissant dans l’agglom´eration pointoise et la zone industrielle de Jarry, pourrait g´en´erer une d´egradation de la qualit´e de l’air, li´ee aux sources industrielles de polluants (comme la centrale diesel de production d’´electricit´e).Numerical Simulations of Island-Induced Circulations and Windward Katabatic Flow over the Guadeloupe Archipelago RAPHAE¨ L CE´ CE´ , DIDIER BERNARD, AND CHRISTOPHE D’ALEXIS Department of Physics, University of the French West Indies and French Guiana, Pointe-a-Pitre, Guadeloupe
JEAN-FRANC¸ OIS DORVILLE Department of Physics, University of West Indies, Kingston, Jamaica (Manuscript received 8 April 2013, in final form 18 September 2013) ABSTRACT This article deals with the first high-resolution numerical modeling of the weather over the small and high islands of the Guadeloupe archipelago. Its main goal is to analyze the mechanisms that drive local-scale airflow circulations over this archipelago, using the 1-km Weather Research and Forecasting Model (WRF). Three meteorological situations corresponding to weak trade winds (WTW), medium trade winds (MTW), and strong trade winds (STW) have been selected and are linked with local Froude number values of 0.21, 0.41, and 0.82, respectively. For these three weather types, simulated typical meteorological variables present a good agreement with observational data at several locations. The 48-h simulations allow the completion of the previous coarse observational descriptions that did not include a map of the wind, skin temperature, cloud cover, and sensible heat flux for the whole archipelago. The expected local wind regime areas (windward, inland, and leeward) are retrieved in the model outputs, including the predominance of thermal and orographic effects over Grande-Terre Island and Basse-Terre Island, respectively. Under STW, the convection is inhibited and the local circulations are driven by the orography. In the case of WTW, the model simulates well a katabatic wind, inducing cold nocturnal reversed flow on the windward coast of Basse-Terre. This circulation, opposing the trade winds, extends to the sea and Grande-Terre Island. This flow has a maximum wind speed of 4.7 m s21 . This particular flow occurring in the most densely populated area produces an important nocturnal pollution period due to industrial sources (the diesel power plants of the archipelago). 1. Introduction Many authors have shown that strong radiative and high topography forcings may induce local circulations over tropical islands. Mechanical effects of islands on the steady trade winds is characterized by the local Froude number Frm which is defined by (U/Nhm), where U is the wind speed, hm is the height of the mountain, and N is the buoyancy frequency. The literature dealing with this subject is generally concerned with one of three types of island: large (i.e., Frm $ 1, width .50 km), high (i.e., Frm , 1), or small (i.e., Frm $ 1, width #50 km). Effects of large islands on synoptic winds have been examined for the Tiwi Islands (Oliphant et al. 2001) and Puerto Rico (Malkus 1955; Jury et al. 2009). Oliphant et al. (2001) showed that with a flat area of 8000 km2 , the Tiwi Islands generate their own thermal airflow regime associated with sea/land-breeze systems. The Weather Research and Forecasting Model (WRF) simulation over Puerto Rico (Jury et al. 2009), indicated how diurnal heating and orography act on the convective boundary layer structure and trade wind airstream. In general, high islands like the Hawaiian Islands (Smith and Grubiac 1993; Reisner and Smolarkiewicz 1994; Feng and Chen 1998; Yang and Chen 2005; Carlis et al. 2010; Nguyen et al. 2010), New Caledonia (Lef
evre et al. 2010), Reunion Island (Lesoue¨f et al. 2011), or Lesser Antilles islands like St. Vincent (Smith et al. 1997) and Dominica (Smith et al. 2012) would have mainly mechanical effects on the impinging airflow with in some cases thermal circulations occurring on the lee side. During the Dominica Experiment field campaign (DOMEX), Smith et al. (2012) observed that two types Corresponding author address: Raphae¨l Cece, Faculty of Sciences, Department of Physics, University of the French West Indies and French Guiana, Fouillole campus, Pointe-
a-Pitre 97110, Guadeloupe. E-mail: raphael.cece@univ-ag.fr 850 MONTHLY WEATHER REVIEW VOLUME 142 DOI: 10.1175/MWR-D-13-00119.1
2014 American Meteorological Society 71 Influence du mapping sur la reconnaissance d’un syst`eme de communication Marion Bellard To cite this version: Marion Bellard. Influence du mapping sur la reconnaissance d’un syst`eme de communication. Information Theory. Universit´e Pierre et Marie Curie, 2014. French. . HAL Id: tel-00959782 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00959782v2 Submitted on 17 Mar 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.THÈSE DE DOCTORAT DE l’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE Spécialité Informatique École doctorale Informatique, Télécommunications et Électronique (Paris) Présentée par Marion Bellard Pour obtenir le grade de DOCTEUR de l’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE Sujet de la thèse : Influence du mapping sur la reconnaissance d’un système de communication soutenue le 30 janvier 2014 devant le jury composé de : Thierry Berger Université de Limoges Rapporteur Pierre Loidreau DGA-MI Rapporteur Gilles Burel Université de Bretagne Occidentale Examinateur Jean-Pierre Tillich INRIA Paris-Rocquencourt Examinateur Annick Valibouze Université Pierre et Marie Curie Examinateur Nicolas Sendrier INRIA Paris-Rocquencourt Directeur de thèseMarion Bellard Influence du mapping sur la reconnaissance d’un système de communication INRIA-équipe-projet SECRET Domaine de Voluceau 78153 Le ChesnayRemerciements Je tiens à remercier ici toutes les personnes qui m’ont permis d’effectuer cette thèse dans d’excellentes conditions, aussi bien pour leurs qualités techniques que humaines. Je tiens d’abord à remercier Nicolas Sendrier mon directeur de thèse pour ses conseils et ses idées qui ont été précieuses et nécessaires au bon déroulement de ces trois années de thèse. Je tiens également à remercier Jean-Pierre Tillich, avec qui j’ai eu la chance de travailler, pour son exigence et sa patience. Merci ensuite à mes deux rapporteurs Pierre Loidreau et Thierry Berger qui ont donné de leur temps pour la relecture de ce manuscrit. Je devrais d’ailleurs remercier doublement Thierry Berger, je lui dois en effet ma découverte des codes correcteurs au cours de mes deux années de Master. Merci également à Gilles Burel et Annick Valibouze d’avoir accepté de faire partie de mon jury. Je ne saurais remercier les gens qui m’ont aidée et soutenue durant cette thèse sans remercier Audrey, avec qui j’ai partagé de multiples interrogations et rebondissements, pour sa disponibilité. Je lui souhaite bonne chance pour la suite. Mes pensées vont ensuite vers Maxime et Jérôme sans qui cette thèse n’aurait pas eu lieu et bien sûr Florine, Denis, Marc, Pierre, Angélique et François pour leur accueil et leur sympathie. Je ne doute pas que j’aurai le plaisir de les revoir. Un grand merci à tous les membres et anciens du projet SECRET que j’ai eu l’occasion de côtoyer Anne, Pascale, María, Christelle, André, Anthony, Ayoub, Baudoin, Céline, Christina, Denise, Gaë- tan, Grégory, Joëlle, Mamdouh, Matthieu, Rafael, Stéphane, Valentin, Vincent, Virginie et Yann. Je garderai d’excellents souvenirs des trois années que j’ai passées au projet. Je dois une dédicace particulière à Christelle qui est d’un grand secours et qui nous aide toujours avec le sourire, à Ayoub, Baudoin, Céline, Christina et Valentin avec qui j’ai partagé mes séances de footing et à Christina de nouveau en tant que pâtissière en chef du projet et ancienne collègue de bureau, merci à elle pour ses excellents gâteaux et sa bonne humeur. Merci également à tous ceux avec qui j’ai appris l’art des mots croisés. Mes prochains remerciements vont à mes collègues Grégory, Valentin et Virginie qui font du bureau 1 un endroit où il fait bon travailler. Mille mercis à Grégory pour tous ses conseils et son aide précieuse, à Valentin pour sa disponibilité sans faille et à Virginie pour sa gentillesse et sa présence. Merci ensuite à mes proches pour leur soutien et leur patience, mes amies Amanda et Adeline, ma famille Fanny, Michael, Fredo, Ingrid, Christine, mes parents bien sûr et enfin Nicolas.iiNotations Notations mathématiques H⊤ la transposée de la matrice H dH( . , . ) la distance de Hamming de( . , . ) la distance euclidienne WH( . ) le poids de Hamming Fq le corps à q éléments, q puissance d’un nombre premier GL(a, F2) l’ensemble des matrices inversibles de taille a × a à coefficients dans F2 pgcd le plus grand diviseur commun ppcm le plus petit multiple commun degg(x) le degré du polynôme g(x) Notations relatives aux mappings a le nombre de bits par symboles binaires de la modulation C une constellation CL(f) la classe linéaire de f CA(f) la classe affine de f f un mapping Gp la pénalité de Gray moyenne Gpk la pénalité de Gray maximum Notations relatives aux codes correcteurs C un code n la longueur du code k la dimension du code G une matrice génératrice H une matrice duale iiiChapitre 1 A0 l’amplitude de l’onde porteuse A et B des alphabets de modulation b(t) un bruit blanc gaussien f0 la fréquence de l’onde porteuse g(t) une impulsion élémentaire M le nombre de points de la constellation M − ASK,M − P SK, M − QAM une modulation à M points p(t) une onde porteuse r(t) le signal reçu sI (t) la porteuse en phase sQ(t) la porteuse en quadrature s(t) le signal émis ϕ0 la phase de l’onde porteuse Chapitre 4 C\I code poinçonné aux positions indéxées par I HI matrice duale restreinte aux positions indixées par I p la probabilité d’erreur du canal binaire symétrique PC la probabilité de collisions pour des données codées Paléa la probabilité de collisions pour des données aléatoires R = PC Paléa le rapport des probabilités de collisions t la taille des blocs de lecture d’une séquence binaire Xobs le nombre de collisions observées sur une séquence binaire xobs la probabilité de collisions observée sur une séquence biniareRésumé Ce document présente les travaux effectués durant ma thèse au sein de l’Equipe-projet SECRET à INRIA Paris-Rocquencourt. Nous nous intéressons à la reconstruction d’un système de communication dans un contexte non coopératif. Nous cherchons d’une part à reconstruire l’association réalisée entre symboles binaires et symboles physiques lors de la conversion de données binaires en un signal modulé (éventuellement bruité). On appelle cette opération le mapping. Dans un canal hertzien, une modulation M-aire peut transmettre M symboles distincts formant une constellation dans un espace euclidien multidimensionnel (par exemple bidimensionnel, représentant la phase et l’amplitude des symboles transmis). Nous regardons essentiellement les modulations de 4 à 256 − QAM (Quadrature Amplitude Modulation). En l’absence de redondance il est impossible de décider quel mapping a été utilisé, aussi nous supposons ici que les données binaires sont codées. Nous nous intéressons particulièrement aux mappings respectant le critère de Gray (deux symboles de la constellation, voisins pour la distance euclidienne, correspondront à des symboles binaires à distance de Hamming de 1). Ce type de mapping est en effet couramment utilisé car il permet de limiter l’impact des erreurs d’interprétations lors de la démodulation. La recherche exhaustive du mapping pour ce type de constellations devient impossible lorsque le nombre de points de celles-ci augmente, alors que les grandes constellations possèdent l’avantage d’augmenter les débits de transmission. Nous définissons alors deux types de classes d’équivalences de mappings : linéaires et affines. Nous définissons de plus un test basé sur la reconnaissance de codes convolutifs et le taux d’erreur du canal. Nous construisons un algorithme de reconstruction, en appliquant ce test, de manière appropriée, à un ensemble de représentants des classes d’équivalences définies. Nous verrons que le résultat d’un tel parcours n’est pas unique mais qu’il permet de réduire significativement le nombre de mappings possibles tout en réduisant le coût de la recherche. D’autre part nous définissons une méthode de détection des paramètres d’un code convolutif ainsi qu’une méthode de reconstruction du dual d’un tel code. Nous regardons une séquence binaire codée et bruitée par blocs de taille t. Deux blocs identiques définissent ce que l’on appelle une collision. La cardinalité de l’ensemble des blocs observés pour des données codées est inférieure à celle observée pour des données aléatoires. Donc la donnée de la probabilité de collisions pour différentes tailles de blocs permet de distinguer des données codées de données aléatoires. Des blocs glissants sont utilisés pour caractériser la présence d’un code convolutif. Cela permet d’obtenir la longueur, la dimension du code et le degré maximum des polynômes générateurs du dual ainsi que la taille de chacune des équations de parité. De plus en poinçonnant des bits dans chacun des blocs observés nous déduisons de la probabilité de collisions des équations de parité du code et une matrice génératrice du dual. La probabilité de collision est de plus invariante pour le changement de mapping lorsque la taille de bloc est un multiple de la taille des symboles du mapping. Nous sommes alors en mesure de détecter la longueur du code sans connaître le mapping qui a été utilisé lors de la modulation. vTable des matières Notations iii Résumé v Introduction 1 1 Introduction à la Transmission du signal Numérique 3 1.1 Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.1 Transmission du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.2 Constellations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Canal de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4 Démodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 Mappings 13 2.1 Codages Gray réfléchis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2 Codages Gray non réfléchis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 Codages Gray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4 Mappings Gray P SK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.5 Mappings Gray QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.6 Mappings quasi-Gray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3 Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon 23 3.1 Introduction aux codes correcteurs d’erreurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2 Codes cycliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.3 Codes convolutifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.3.1 Représentation binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3.2 Équations de parité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.3.3 Représentation en série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.3.4 Codeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.4 Reconstruction de codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.4.1 Codes Convolutifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4.2 Codes Reed-Solomon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 vii4 Signature de codes convolutifs et recherche du dual par tests statistiques 39 4.1 État de l’art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1.1 Test de profondeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1.2 Test de Burrows-Wheeler et Runs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2 Test de collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.3 Espérance du nombre de collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.3.1 Code de parité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.3.2 Équation de parité de poids u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.4 Distingueur de code convolutif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.5 Détection des paramètres d’un code convolutif par un teststatistique . . . . . . . . . . 52 4.5.1 Détection de la longueur de code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.5.2 Détection de la dimension de code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.5.3 Détection de la longueur des équations de parité . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.5.4 Résultats de tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.6 Application à la reconstruction du dual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.6.1 Reconstruction du dual d’une matrice binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.6.2 Reconstruction du dual d’un code convolutif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.7 Signature de codes convolutifs à mapping inconnu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5 Classes de Mappings 65 5.1 Relations d’équivalences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.2 Partitionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3 Représentants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4 Classification des mappings Gray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.4.1 Partitionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.4.2 Représentants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.5 Classification des mappings quasi-Gray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6 Reconstruction de mappings en présence de données codées et bruitées 79 6.1 Classes d’équivalences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.1.1 Équivalence linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.1.2 Équivalence affine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.1.3 Nombre de solutions par classe affine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6.1.4 Unicité de la classe affine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6.2 Algorithme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 6.3 Applications aux mappings Gray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.4 Résultats obtenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.5 Application au cas des codes Reed-Solomon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 A Rapport de probabilités de collisions avec une équation de parité 93Introduction La transmission d’une information numérique nécessite notamment un codage, à l’aide de codes correcteurs d’erreurs, puis une adaptation au canal de transmission que l’on appelle modulation. La modulation est composée de deux parties. La première appelée le mapping permet d’associer des symboles binaires à des paramètres physiques comme une amplitude et une phase. La seconde partie de la modulation permet elle d’utiliser ces valeurs pour modifier ponctuellement un signal porteur. Lors de la réception d’un signal il faut effectuer les opérations inverses de celles appliquées en émission afin de retrouver l’information émise. Un signal reçu doit donc avant toute chose être démodulé. On parle de contexte non coopératif lorsqu’un observateur doit recouvrer la séquence binaire émise à partir du seul signal transmis. Dans ce contexte il faut donc démoduler le signal observé pour associer aux symboles physiques une information binaire et enfin reconstruire le codage canal utilisé. Nous nous intéressons ici à ce problème de reconstruction d’un système de communication. Retrouver la modulation correspond au problème de la démodulation aveugle pour lequel il existe de nombreux travaux académiques, cependant cette démodulation n’inclut pas la reconstruction du mapping. Nous étudions alors le problème de la reconstruction du mapping. Retrouver le codage utilisé correspond au problème de la reconstruction de codes correcteurs d’erreurs pour lequel il existe également de nombreux travaux de recherche. On pourra citer notammant le travail de A. Valembois sur la reconstruction du dual d’un code correcteur d’erreur. Son algorithme se base sur la méthode de Canteaut-Chabaud de recherche de mots de petits poids dans un code. Des travaux spécifiques sur la reconstruction des codes convolutifs existent comme les thèses de E. Filiol, J. Barbier et M. Côte. Nous sommes intéressés à résoudre le problème de la reconnaissance de mapping lorsque les données sont codées par un codeur convolutif et nous utilisons le travail de M. Côte pour notre étude. Cela nous permet d’obtenir une matrice géné- ratrice du code correcteur utilisé à partir d’une séquence codée bruitée. Cependant, si l’on ne connaît pas l’association réalisée entre symboles binaires et symboles physiques, le mapping, on ne connaît pas le comportement de l’algorithme de reconnaissance de code convolutif. Nous nous intéressons à ce problème et étudions l’interaction entre la reconnaissance de codes convolutifs et la recherche de mapping. Dès lors que la transmission d’un signal s’effectue grâce à un protocole de communication, la sé- quence composée des mots de code transmis est encapsulée. De ce fait, il est possible de s’appuyer sur des balises pour connaître la synchronisation des mots de codes, c’est-à-dire que l’on connait le début des mots. Nous considérons alors dans ces travaux que la synchronisation est connue et qu’on n’avons pas à la rechercher. Nous avons abordé nos travaux selon deux axes. Le premier objectif est de décrire une méthode de reconstruction du mapping à partir de données démodulées avec un mapping par défaut. Le second axe consiste à obtenir des informations sur le code de manière invariante pour le mapping. 1Le second axe nous conduit à l’utilisation d’un test statistique basé sur le comptage de collisions dans une séquence binaire observée par blocs. Ce test permet d’estimer le cardinal de l’ensemble observé et donne une information à la fois quantitative et qualitative sur l’espace des blocs observés. Nous définissons alors une méthode de détection de la longueur d’un code convolutif invariante pour le changement de mapping. C’est-à-dire que nous sommes en mesure de dire si un code convolutif à été utilisé pour coder les données observées et le cas écheant d’en donner la longueur et ce sans connaître le mapping utilisé. Nous définissons de plus une méthode de détection des paramètres d’un code convolutif et de reconstruction du dual connaissant le mapping. C’est l’objet du Chapitre 4. Ce travail a été soumis à publication. Le premier axe concerne la reconstruction du mapping lorsque les données observées sont codées. Nous nous sommes principalement intéressés au cas des codes convolutifs. Lorsque l’on parcourt les divers mappings possibles on peut observer une multitude de séquences codées correspondant à divers codes correcteurs. Nous explicitons alors les liens qui relient les différents codes observés. Des classes d’équivalences de mapping peuvent être définies. Elles seront présentées dans le Chapitre 5. Ceci nous conduit à l’élaboration d’une méthode de reconstruction de mappings permettant de diminuer le nombre de mappings à parcourir pour les petites tailles de constellations. Pour des constellations à 16 points et plus, nous considérons uniquement les mappings de type Gray et quasi-Gray. La méthode s’étend naturellement à ces mappings. Celle-ci est applicable dans le cas où le signal transmis est un signal bruité. Nous regardons également le comportement des codes de Reed-Solomon vis-à-vis du changement de mapping. Ceci est vu au Chapitre 6. Cette partie du travail à fait l’objet d’une publication à ISITA’2012 [7]. 2Chapitre 1 Introduction à la Transmission du signal Numérique On peut représenter un système de communication (Figure 1.1) par la suite des traitements appliqués aux données binaires, en émission et en réception, afin d’assurer leur transmission. Codage source Codage canal Modulation Décodage source Décodage Canal Démodulation Canal de transmission Bruit Figure 1.1 – Synoptique d’une transmission numérique Codage source : Le codage de source consiste à éliminer la redondance de manière à réduire la quantité de données à transmettre. Codage canal : Quel que soit le type de canal de transmission utilisé, le signal transmis est soumis à des perturbations, que l’on appelle bruit, pouvant entraîner une altération des données. Afin d’y remédier, il est d’usage d’ajouter de la redondance à l’information dans le but de détecter puis corriger les erreurs de transmission. Nous utilisons pour cela des codes correcteurs d’erreurs. Modulation : La modulation consiste à transformer un message en un signal adapté à la transmission sur un support physique. Une introduction aux codes correcteurs d’erreurs est donnée au Chapitre 3. Nous nous intéressons à présent à différents types de modulations. Nous définissons ici ce qu’est une constellation et introduisons la notion de mapping, avant d’aborder les modèles de canaux de transmission. Ce chapitre est basé sur les ouvrages [19], [39] et [22]. 3Chapitre 1. Introduction à la Transmission du signal Numérique 1.1 Modulation Nous nous intéressons ici à la transmission de données numériques. L’information à véhiculer est donc une séquence binaire, tandis qu’un support physique permet de transmettre une information sous forme d’un signal continu. La modulation consiste alors à transformer l’information binaire en un signal continu adapté au support de transmission. Nous verrons qu’il existe deux possibilités pour transmettre un signal numérique : la transmission en bande de base ou la modulation d’une onde porteuse. La transmission en bande de base consiste à associer à la séquence binaire d’entrée un signal physique qui est transmis dans une plage de fréquence contenant la fréquence nulle. Elle s’utilise dans le cas d’une transmission filaire. La modulation par onde porteuse consiste à modifier un ou plusieurs paramètres d’une onde porteuse, en fonction du symbole binaire à transmettre (un bloc de bits de longueur donnée), et à l’émettre dans une plage de fréquence donnée qui peut être différente pour différents utilisateurs. Une démarche commune aux deux méthodes de transmission est l’association d’une information physique et d’un symbole binaire. C’est ce que nous appelons le mapping. 1.1.1 Transmission du signal Transmission en bande de base La notion de transmission en bande de base ne sera pas utile en tant que telle mais sera utile pour la compréhension du mécanisme de modulation présenté dans le paragraphe suivant. L’information à transmettre étant une séquence binaire, la première approche est d’associer au bit 0 un état significatif (par exemple une tension positive) et d’associer au bit 1 un autre état significatif (par exemple une tension négative). On appelle cette opération le codage, même si ce terme peut porter à confusion. Un exemple de codage : le codage NRZ (No Return to Zero) Le codage NRZ associe au bit 0 une valeur α et associe au bit 1 la valeur −α. La transmission de la séquence 0110101 se traduira alors par la transmission du signal suivant : +α −α 0 1 1 1 1 0 0 Figure 1.2 – Exemple de transmission suivant un codage NRZ Cet exemple ne constitue pas une règle générale, le bit 0 pouvant être codé par une valeur α positive ou négative et inversement pour le bit 1. 41.1 Modulation On dit alors que l’ensemble A = {α, −α} est un alphabet pour le codage NRZ. De manière générale, la suite de bits constituant le message est mise sous forme de symboles binaires, en créant des paquets de a bits. Il existe donc 2a symboles binaires distincts auquels sont associés des valeurs αi appartenant à un alphabet A de cardinal 2a . Le signal émis est de la forme s(t) = P j αjg(t − jT) où αj est la j ème valeur à transmettre et appartient à l’alphabet A choisi et g(t) est une impulsion élémentaire de durée T. Dans l’exemple du codage NRZ, l’impulsion utilisée est telle que g(t) = ( 1 si 0 ≤ t < T 0 sinon . On détaille le calcul de s(t) pour la transmission de la séquence binaire 0110101 dans le tableau ci-dessous : j bit à transmettre αj s(t) 0 0 −α −αg(t) = −α, ∀ 0 ≤ t < T 1 1 α αg(t − T) = α, ∀ T ≤ t < 2T 2 1 α αg(t − 2T) = α, ∀ 2T ≤ t < 3T 3 0 −α −αg(t − 3T) = −α, ∀ 3T ≤ t < 4T 4 1 α αg(t − 4T) = α, ∀ 4T ≤ t < 5T 5 0 −α −αg(t − 5T) = −α, ∀ 5T ≤ t < 6T 6 1 −α −αg(t − 6T) = −α, ∀ 6T ≤ t < 7T Modulation par onde porteuse On définit une onde porteuse par l’expression p(t) = A0cos(2πf0t + ϕ0) où A0 est l’amplitude du signal, f0 sa fréquence et ϕ0 sa phase. La modulation par onde porteuse consiste à transmettre de l’information en modifiant un ou plusieurs paramètres de cette onde porteuse. Le signal en bande de base est alors transposé en fréquence afin d’assurer la transmission dans une bande de fréquence adaptée. C’est-à-dire que le signal en bande de base devient le signal modulant. De plus le signal est transmis à une fréquence donnée qui peut être différente pour différents utilisateurs. Il existe différents types de modulation utilisant des paramètres distincts de la porteuse comme : – la modulation ASK (Amplitude Shift Keying), une modulation d’amplitude – la modulation PSK (Phase Shift Keying), une modulation de phase – la modulation FSK (Frequency Shift Keying), une modulation de fréquence – la modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation), une modulation de phase et d’amplitude Nous ne nous intéressons ici qu’aux modulations d’amplitude et/ou de phase. On note a le nombre de bits par symbole binaire. On a donc M = 2a symboles possibles. Nous supposons ici, pour simplifier 5Chapitre 1. Introduction à la Transmission du signal Numérique l’écriture des signaux modulés, que l’amplitude A0 des porteuses est égale à 1. Modulation ASK Le signal modulé s’écrit s(t) = X j αjg(t − jT)cos(2πf0t) En notant sI (t) = X j αjg(t − jT) on a s(t) = cos(2πf0t)sI (t) Le signal sI (t) modifie alors l’amplitude de la porteuse p(t) = cos(2πf0t). On prendra a priori comme alphabet {±α, ±3α, . . . , ±(M − 1)α}. Modulation PSK Le signal modulé s’écrit s(t) = X j cos(2πf0t + αj )g(t − jT) En notant sI (t) = X j cos(αj )g(t − jT) et sQ(t) = X j sin(αj )g(t − jT) on a s(t) = cos(2πf0t)sI (t) − sin(2πf0t)sQ(t) Le signal sI (t) modifie l’amplitude de la porteuse p(t) = cos(2πf0t) tandis que le signal sQ(t) modifie l’amplitude de la porteuse sin(2πf0t) = cos(2πf0t + π 2 ). On appelle la première porteuse la porteuse en phase, la seconde la porteuse en quadrature. On pourra prendre, pour M = 4, l’un des deux alphabets suivants { iπ 4 |i = 1, 3, 5, 7} ou { iπ 2 |k = 0, 1, 2, 3}. On prendra pour M = 8 l’alphabet { iπ 4 |i = 0, 1, 2, . . . , 7}. Modulation QAM La modulation d’amplitude et de phase simultanée nécessite l’utilisation de deux alphabets A et B de cardinal respectif 2b et 2b ′ . À un symbole binaire de b + b ′ bits on associe un couple (αi , βi ′) ∈ A × B. Et le signal modulé s’écrit s(t) = X j αjcos(2πf0t + βj )g(t − jT) (αj , βj ) ∈ A × B étant la j ème valeur à transmettre. En écrivant sI (t) = X j αjcos(βj )g(t − jT) 61.1 Modulation sI (t) sQ(t) −(M − 1)α −3α −α α 3α (M − 1)α b b b b b b Figure 1.3 – Constellation d’une modulation M-ASK ayant pour alphabet {±α, ±3α, . . . , ±(M −1)α} et sQ(t) = X j αjsin(βj )g(t − jT) on a s(t) = cos(2πf0t)sI (t) − sin(2πf0t)sQ(t) Comme pour la modulation de phase, sI (t) et sQ(t) modifient respectivement l’amplitude de la porteuse en phase et de la porteuse en quadrature. Les trois modulations présentées ici s’écrivent sous la forme s(t) = cos(2πf0t)sI (t)−sin(2πf0t)sQ(t) avec des expressions différentes pour sI (t) et sQ(t) (avec sQ(t) = 0 pour une modulation ASK). À ce titre on peut classer chacune de ces modulations comme des cas, particuliers ou non, de modulation de type QAM. Nous étudierons pour ces modulations les divers mappings possibles. Nous allons voir à présent la notion de constellation et leur forme pour ces modulations. On note M − ASK, M − P SK et M − QAM des modulations à M = 2a points, c’est-à-dire admettant log2M bits par symbole binaire. 1.1.2 Constellations Pour un temps tj fixé, il existe (αj , βj ) tel que : ( sI (tj ) = αj sQ(tj ) = 0 pour une modulation ASK ( sI (tj ) = cos(αj ) sQ(tj ) = sin(αj ) pour une modulation PSK ( sI (tj ) = αj cos(βj ) sQ(tj ) = αj sin(βj ) pour une modulation QAM On représente alors l’ensemble des sI (tj ) et sQ(tj ) dans le plan, formant ainsi une constellation, représentée par la Figure 1.3 dans le cas d’une modulation M-ASK. Définition 1.1.1 (Constellation) Une constellation est la représentation des différents états de la modulation On peut faire de même pour les modulations de type PSK et QAM. On obtient pour une modulation PSK un ensemble de points répartis sur un cercle. (Le rayon du cercle étant déterminé par l’amplitude A0 de la porteuse, que nous avons supposé normalisée à 1 afin de simplifier l’écriture des signaux modulés). Un exemple de constellation PSK pour un nombre de bits par symbole égal à 3 est donné par la Figure 1.5. 7Chapitre 1. Introduction à la Transmission du signal Numérique t t t t Figure 1.4 – Constellation d’une modulation 4-PSK b b b b b b b b αk sI (t) sQ(t) Figure 1.5 – Constellation 8-PSK r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r Figure 1.6 – Constellations correspondant à des modulations (de gauche à droite) : 16-QAM, 32- QAM, 64-QAM, 128-QAM et 256-QAM Le choix de l’alphabet (ou des alphabets) détermine la forme de la constellation. Les modulations 32 et 128−QAM sont d’ailleurs ici cruciformes contrairement aux modulations à 2a points avec a pair. Nous étudions ici les mappings des constellations données par la Figure 1.6 pour les modulations QAM de 16 à 256 points, par la Figure 1.5 pour une constellation à 8 points et enfin par la Figure 1.4 pour une constellation à 4 points, soit de 2 à 8 bits par symbole binaire. La représentation sous forme de constellation sera à présent l’unique représentation pour une modulation donnée. 1.2 Mapping La modulation est l’opération qui permet de convertir une séquence d’information binaire en un signal adapté au support de transmission. Le nombre de bits que l’on souhaite transmettre à chaque intervalle de temps détermine la taille de l’alphabet à utiliser et donc le nombre de points de la constellation pour une modulation donnée. 81.3 Canal de transmission Définition 1.2.1 (Mapping 1) On appelle mapping l’association réalisée entre un symbole binaire et un élément de l’alphabet correspondant à la modulation choisie. Un exemple de mapping Prenons une modulation 2−ASK d’alphabet A = {−α, α}, on peut définir un mapping en associant au bit 0 la valeur −α, et au bit 1 la valeur α. On peut représenter cette association directement sur la constellation. Mais un second mapping est possible en faisant l’association inverse, c’est-à-dire en associant au bit 0 la valeur α et au bit 1 la valeur −α. On peut alors considérer l’opération de mapping comme l’association d’un point de la constellation et d’un symbole binaire. Définition 1.2.2 (Mapping 2) Soit C une constellation à M = 2a points. On appelle mapping toute bijection, f, de C dans {0, 1} a , qui à un point P de C associe un symbole binaire de longueur a. Naturellement d’après la définition 1.2.2, le nombre de mappings possible pour une constellation donnée est de (2a )!. Ce nombre est décrit pour différentes tailles de constellations par la Table 1.1. Table 1.1 – Nombre de mappings pour a = 2, 3, 4 a Nombre de mappings 2 24 3 40 320 4 > 2 ∗ 1013 Nous utiliserons à présent cette définition du mapping. Notons qu’il existe cependant certains mappings ayant des propriétés permettant de limiter les erreurs de transmission, comme les mappings de type Gray [30] que nous utiliserons par la suite. 1.3 Canal de transmission Lors de la transmission d’un signal, celui-ci est soumis à des atténuations et déformations propres au canal (par exemple dû à la distance entre deux antennes pour une communication sans-fil). Il est également soumis à des perturbations externes que l’on appelle couramment du bruit. Différents supports de transmission permettent de véhiculer une information (câble électrique, fibre optique, liaison sans-fil . . .). Chaque type de transmission possède un modèle de propagation qui lui est propre. Une liaison sans-fil est en particulier sensible aux obstacles entraînant des réflexions, diffractions du signal. À ce titre, ces liaisons sont les plus difficiles à modéliser et il existe différents modèles de canaux de transmission. Les deux modèles les plus couramment utilisés sont le canal à bruit blanc additif gaussien et le canal binaire symétrique. Ils sont tous deux des canaux dits sans mémoire. Il existe cependant d’autres modèles simulant notamment les canaux multi-trajets tels que les canaux de Rayleigh et de Rice, utilisés pour modéliser les radiocommunications, auxquels nous ne nous intéressons pas ici. Le canal à bruit blanc additif gaussien : le signal reçu r(t) s’écrit comme l’addition du signal émis s(t) et du bruit blanc gaussien b(t). b(t) est modélisé, dans une bande de fréquence limitée, par un processus aléatoire centré de moyenne nulle, de variance σ 2 , dont la densité de probabilité est : 9Chapitre 1. Introduction à la Transmission du signal Numérique p(b) = 1 √ 2πσ2 e −b 2 2σ2 La qualité d’une transmission analogique se mesure à l’aide du rapport signal à bruit, noté SNR (Signal to Noise Ratio) et exprimé généralement en décibels. Il mesure le rapport de puissance entre le signal et le bruit. Plus le bruit est élevé plus le rapport signal à bruit diminue. La qualité d’une transmission numérique se mesure quant à elle à l’aide de deux outils distincts qui sont le rapport signal à bruit par bit, Eb/N0, et le Taux d’Erreur Binaire (TEB ou BER pour Bit Error Rate). Le rapport signal à bruit par bit mesure le rapport entre l’énergie véhiculée par un bit, Eb, et la densité spectrale de puissance du bruit, N0. Le taux d’erreur binaire définit la probabilité pour un bit d’être faux : BER = nombre de bit f aux nombre de bits transmis Il est possible de calculer le taux d’erreur binaire en fonction du rapport signal à bruit par bit. Ce calcul dépend fortement de la modulation choisie et du mapping utilisé. On trouve ce calcul dans la littérature pour différents types de modulation ([22, 39, 40]). Le canal binaire symétrique : les entrées et sorties du canal binaire symétrique sont des valeurs binaires. Il est caractérisé par la probabilité d’erreur p qu’un bit (0 ou 1) soit modifié (en son opposé) lors de la transmission. La probabilité qu’un bit ne soit pas modifié lors de la transmission est alors 1 − p. Il est représenté par la Figure 1.7. 0 0 1 1 p p 1 − p 1 − p Figure 1.7 – Canal binaire symétrique de probabilité d’erreur p On considère que le canal binaire symétrique regroupe alors la modulation, le canal et la démodulation dans le schéma d’un système de communication. Il est courant de considérer deux modèles de canaux de transmission : – Un modèle dit interne AWGN (Additive White Gaussian Noise), pour lequel est calculé le taux d’erreur binaire (en fonction de la modulation et du mapping). – Un modèle dit externe BSC (Binary Symetric Channel) ayant pour probabilité d’erreur p la probabilité définie par le BER du canal interne. Ce qui rend transparent la modulation et la démodulation pour le codage canal. 1.4 Démodulation On appelle démodulation l’extraction des paramètres αk et βk contenus dans les composantes sI (t) et sQ(t) d’un signal émis s(t). Le signal reçu s ′ (t) correspond au signal s(t) transformé par le bruit du 101.4 Démodulation canal de transmission. Les composantes s ′ I (t) et s ′ Q(t) reçues correspondent alors à des modifications des composantes sI (t) et sQ(t) et la donnée d’un couple (s ′ I (t), s′ Q(t)) donnera lieu à interprétation, dans le sens où l’on évaluera la distance entre le point de coordonnées (s ′ I (t), s′ Q(t)) et les points de la constellation. En effet, l’objectif est de retourner les symboles les plus probablement émis. Un détecteur a maximum de vraisemblance (ML pour Maximum Likelihood) fait l’hypothèse que les symboles émis sont équiprobables. Il calcule alors la distance euclidienne entre les symboles reçus et les symboles possibles. La décision se fait, pour un symbole reçu donné, en faveur du symbole de l’alphabet le plus proche au sens de la distance euclidienne. De cette manière une erreur de décision peut être commise si le point de coordonnées (s ′ I (t), s′ Q(t)) est plus proche géométriquement d’un point de la constellation différent de celui correspondant au signal émis à l’instant t. Lorsqu’une telle erreur se produit, le plus souvent, un point de la constellation est interprété comme étant un de ses plus proches voisins. 11Chapitre 1. Introduction à la Transmission du signal Numérique 12Chapitre 2 Mappings Le mapping est l’association réalisée entre les points d’une constellation et les différents symboles binaires possibles pour une taille de constellation donnée. La taille d’une constellation en désigne le nombre de points, elle détermine alors le débit de transmission. À une constellation de M = 2a points, est associé un ensemble de 2a symboles binaires de longueur a. Nous utilisons tout au long de ce manuscrit la notation a pour désigner le nombre de bits par symbole binaire du mapping. Nous rappelons la définition de mapping comme étant une bijection de la constellation C dans {0, 1} a . Définition 2.0.1 (Mapping) Soit C une constellation à M = 2a points. On appelle mapping toute bijection f, de C dans {0, 1} a , qui à un point P de C associe un symbole binaire de longueur a. Nous rappelons que le nombre de mappings, pour une constellation donnée, est le nombre de permutations de {0, 1} a , c’est-à-dire (2a )!. Nous pouvons alors décrire l’ensemble des mappings en décrivant l’ensemble de ces permutations, pour de petites tailles de constellations (ie a = 2 ou a = 3). Il existe cependant des mappings permettant de limiter le Taux d’Erreur Binaire (T EB ou BER pour Bit Error Rate) en réception. Il définit le nombre d’erreurs de transmission ou d’écriture pour une information numérique. Un taux d’erreur de 10−2 signifie qu’un bit sur 100 est erroné. Les mappings Gray [30] permettent de limiter les erreurs de transmission et donc de diminuer le BER. Définition 2.0.2 (Mapping Gray) Soit C une constellation à M = 2a points. Soit f un mapping de C. On dit que f est un mapping Gray si pour tous points Pi , Pj de C, voisins pour la distance euclidienne, alors f(Pi) et f(Pj ) sont à distance de Hamming de 1. Le terme mapping est essentiellement utilisé pour désigner l’association des symboles binaires et des points d’une constellation en dimension 2. Il est alors courant d’utiliser le terme codage dans le cas d’une constellation en dimension 1. La décision réalisée lors de la démodulation consiste à associer le point reçu, à l’instant t, au point de la constellation le plus proche, au sens de la distance euclidienne. Si le symbole binaire, correspondant au point de la constellation le plus proche, est à distance de Hamming de 1, du symbole binaire émis à l’instant t, alors un seul bit est erroné à cet instant. F. Gray a introduit en 1953 ce type de codage. Il a pour but de limiter les erreurs de transmission. Le code Gray impose des éléments successifs ayant un seul bit différent. Nous pouvons par exemple coder les entiers de 0 à 7 en binaire naturel : 000, 001 , 010 , 011, 100, 101, 110, 111 ou selon le codage 13Chapitre 2. Mappings Gray : 000, 001, 011, 010, 110, 111, 101, 100. Le codage Gray assure de plus un minimum d’opérations lors du passage d’un élément au suivant. Ce codage, également appelé binaire réfléchi, est le codage initialement introduit par F. Gray. Il existe d’autres codages que nous pouvons qualifier de codage Gray puisqu’ils respectent la distance de Hamming de 1 entre deux symbole successifs. Nous voyons en effet dans ce chapitre différents types de codage Gray, réfléchis ou non réfléchis et de quelle façon les générer d’après les travaux de E.N. Gilbert [29]. Ces codages sont utilisés pour construire des mappings Gray pour des constellations P SK, QAM carrées. Les travaux de R.D. Wesel, X. Liu, J.M Cioffi et C. Komminakis [56] ont permis de décrire la méthode de construction de mappings Gray à partir du produit direct de deux codages Gray. Ainsi il nous est possible d’énumérer tous les mappings Gray. Ils ont également mis en avant l’impossibilité de construire un mapping Gray pour une constellation en croix. Nous décrivons alors des méthodes issues essentiellement de ces travaux [32, 56] d’une part et des travaux de J.G. Smith [45] d’autre part, permettant de définir des mappings approchant le critère de Gray. Ils sont communément appelés des mappings quasi-Gray. On pourra également citer les travaux de P.K. Vitthaladevuni, M.S. Alouini et J.C. Kieffer [51, 52] dans ce domaine. Cependant il n’existe pas de définition formelle des mappings quasi-Gray au sens où tous les mappings peuvent être considérés comme quasi-Gray avec des caractéristiques se rapprochant plus ou moins du critère de Gray. 2.1 Codages Gray réfléchis Nous définissons ici un codage Gray réfléchi et sa méthode de construction. Un tel codage est construit comme suit : à l’étape 0 on choisit un symbole parmi les 2a possibles. Ce symbole sert de labellisation pour le point le plus à gauche de la constellation. À l’étape i on choisit un bit à complémenter (non utilisé pendant les étapes précédentes). À cette étape, 2i points sont déjà labellisés. Nous labellisons alors les 2i suivants par symétrie en complémentant le bit précédemment choisi. L’exemple d’un codage Gray réfléchi pour une constellation unidimensionnelle à 8 points est donné ci-dessous, il permet d’illustrer cette construction. Le symbole d’origine est choisi : b b b b b b b b 001 Le 3ème bit est complémenté pour obtenir le symbole suivant : b b b b b b b b 001 000 Les deux symboles suivants sont obtenus par symétrie et en complémentant le 2ème bit de chaque symbole. b b b b b b b b 001 000 010 011 142.2 Codages Gray non réfléchis Les derniers symboles s’obtiennent alors en complémentant le 1er bit de chaque symbole, en utilisant également une symétrie : b b b b b b b b 001 000 010 011 111 110 100 101 Cette construction permet de décrire 23 .3! codages Gray réfléchis différents : 23 pour le choix du symbole d’origine et 3! pour le choix de l’ordre des bits à complémenter. Plus généralement, pour une constellation à 2a points il existe 2a .a! codages Gray réfléchis. 2.2 Codages Gray non réfléchis F. Gray a introduit les codes Gray réfléchis. Il existe cependant des codages également appelés codages Gray qui sont de type non réfléchis. Le codage donné ci-dessous en est un exemple. Nous pouvons cependant remarquer que les symboles situés aux extrémités sont à distance de Hamming de 1. Nous appelons de tels codages des codages Gray cycliques. Les codages Gray réfléchis sont d’ailleurs des codages cycliques. b b b b b b b b 101 001 000 010 011 111 110 100 Il existe donc trois familles de codages Gray : les codages Gray réfléchis, les codages Gray cycliques et enfin les codages qui ne sont ni réfléchis ni cycliques. 2.3 Codages Gray E.N. Gilbert [29] a décrit en 1957 une méthode de génération de l’ensemble des codages Gray basée sur la description de chemins dans un graphe. On définit Qa comme étant un graphe à 2a sommets où deux sommets sont reliés par une arête si leurs labels respectifs ne diffèrent que d’un bit. Une représentation de ces graphes dans le cas a = 2, 3, 4 est donnée par la Figure 2.1, où chaque sommet est labellisé par l’écriture binaire de son numéro. 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 Figure 2.1 – Représentation des graphes Qa, de gauche à droite a = 2, 3, 4 15Chapitre 2. Mappings Les cubes ainsi construits permettent d’obtenir d’une part le nombre de codages Gray pour a ∈ J1, 4K, et d’autre part les codages Gray en eux-mêmes. En effet, la description d’un codage Gray est équivalente à la description d’un chemin, de longueur 2a de Qa, ne parcourant qu’une seule fois chacun des sommets. Le chemin défini par les sommets 0, 1, 3, 2, dans Q2, permet d’obtenir, par le biais de ses labels, le codage Gray suivant : 00, 01, 11, 10. Le chemin 0, 2, 3, 1 définit également un codage Gray. Il existe deux chemins de longueur 4 parcourant chacun des sommets de Q2 et ayant pour origine le sommet 0, ainsi que pour chacune des origines possibles. Il y a donc 8 codages Gray à 2 bits. Nous pouvons déterminer le nombre de codages Gray cycliques pour a ∈ J1, 4K en posant la contrainte suivante : les chemins retenus sont ceux ayant pour extrémités des sommets voisins. Le nombre de codage Gray obtenu par simulation est : – pour a = 2 : 8 dont 8 cycliques – pour a = 3 : 144 dont 96 cycliques – pour a = 4 : 91392 dont 43008 cycliques Les codages Gray réfléchis sont utilisés pour la construction de mappings quasi-Gray, à savoir des mappings respectant “au maximum” le critère de Gray, dans le cas de constellation comme les 32 − QAM et 128 − QAM. Les codages Gray cycliques sont utilisés pour la construction de mappings Gray valides pour les constellations P SK. L’ensemble des codages Gray est également utilisé dans le cas des constellations QAM carrées ou rectangulaires. 2.4 Mappings Gray PSK Une constellation P SK est un ensemble de points dans le plan répartis sur un cercle de rayon A (l’amplitude du signal). Un codage Gray cyclique permet donc de définir un mapping Gray pour ce type de constellation en “enroulant” ce code sur lui-même. Ainsi il existe 96 mappings Gray P SK, dont 48 sont des mappings issus de codages Gray réfléchis. Nous remarquons que la notion de points voisins dans une constellation diffère selon sa configuration. Un point a uniquement deux voisins dans une constellation P SK tandis qu’il peut en avoir jusqu’à quatre dans une constellation QAM. 2.5 Mappings Gray QAM Nous décrivons ici la méthode de génération d’un mapping Gray, pour une constellation QAM carrée ou rectangulaire, issue des travaux Wesel, Liu, Cioffi, Komminakis. Cette méthode utilise le produit direct de deux codages Gray. Elle permet notamment la génération de l’ensemble des mappings Gray. Soit une constellation QAM à 2a × 2 b points. Soient deux codages Gray à 2a et 2b points respectivement. L’un est utilisé verticalement, l’autre horizontalement. Nous pouvons alors labelliser un point en adjoignant ses labels verticaux et horizontaux correspondants. En vue de générer l’ensemble des mappings Gray possibles sans parcourir deux fois le même mapping, il faut fixer la contrainte de ne pas inverser l’ordre des bits issus d’un même codage. Il y a alors a+b a
mappings possibles pour deux codages horizontaux et verticaux fixés. Deux exemples de tels mappings sont donnés par la Figure 2.2. 162.6 Mappings quasi-Gray b b b b b b b b 10 00 01 11 11 01 00 10 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 b b b b b b b b b b b b b b b b 10 00 01 11 11 01 00 10 0000 0001 0100 0101 0010 0011 0110 0111 1000 1001 1100 1101 1010 1011 1110 1111 b b b b b b b b Figure 2.2 – Deux mappings Gray construits par produit direct de codes Gray On note nl (respectivement nc) le nombre de codages Gray lignes (respectivement colonnes). Le nombre de mappings Gray pour une constellation QAM rectangulaire de taille 2a × 2 b est de nl . nc . a + b a ! Le nombre de mappings Gray pour les constellations 4 − P SK, 8 − P SK, 16 − QAM, 64 − QAM et enfin 256 − QAM est donné par la Table 2.1. Constellation Nombre de mappings Gray 4 − P SK 8 8 − P SK 96 16 − QAM 384 64 − QAM 414 720 256 − QAM 584 674 836 480 Table 2.1 – Nombre de mappings Gray La génération de mappings Gray réfléchis pour les constellations QAM carrées ou rectangulaires peut se faire par une méthode similaire à celle définie pour les codages Gray. Elle peut également se faire par produit direct de deux codages Gray réfléchis. Les mappings Gray minimisent les erreurs de réception. Ils sont potentiellement très utilisés et sont à ce titre des cibles privilégiées pour la suite de notre travail. Il est impossible d’utiliser des mappings Gray pour les constellations en croix, 32−QAM et 128 − QAM, nous nous intéressons donc aux mappings dits quasi-Gray. 2.6 Mappings quasi-Gray Wesel & al. ont démontré qu’il n’est pas possible de construire de mappings Gray pour les constellations en croix, notamment 32−QAM et 128−QAM. Il est cependant possible d’utiliser des mappings dits quasi-Gray respectant autant que possible le critère de Gray. Il existe dans la littérature différents 17Chapitre 2. Mappings mappings quasi-Gray. Le but de cette section est d’en présenter quelques uns. La qualité d’un mapping quasi-Gray peut être jugée grâce aux deux critères suivants : la pénalité de Gray moyenne, la pénalité de Gray maximum. Comme il n’existe pas de définition formelle des mappings quasi-Gray, en pratique, on recherche des mappings qui minimisent les pénalités de Gray moyenne et maximum. Définition 2.6.1 (Pénalité de Gray moyenne) On définit la pénalité de Gray moyenne, notée Gp, comme le nombre moyen de bits différents entre deux symboles binaires voisins. Définition 2.6.2 (Pénalité de Gray maximum) On définit la pénalité de Gray maximum, notée Gp k , comme le nombre maximum de bits différents entre deux symboles binaires voisins. Mappings 32 − QAM Méthode par déplacement de labels La première approche se base sur la définition de mappings quasi-Gray à partir de mappings rectangles. Deux méthodes sont schématisées ici, la première issue de [56] est vue dans la Figure 2.3, la seconde issue de [45] est vue dans la Figure 2.4. b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b (2) (4) (1) (3) b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b (2) (4) (1) (3) Figure 2.3 – Construction d’un mapping 32 − QAM par la méthode de Wesel & al. b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b (2) (4) (1) (3) b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b (2) (4) (1) (3) Figure 2.4 – Construction d’un mapping 32 − QAM par la méthode de J.G. Smith Méthode par définition de transitions La seconde approche se base sur la notion de transition. On appelle transition entre deux symboles binaires s1 et s2, un vecteur v, de taille a tel que s2 = s1 + v. Les transitions pour les constellations 32 − QAM sont des vecteurs de taille 5. Wesel & al. ont étudié ces transitions pour en déterminer le nombre nécessaire à l’obtention d’un mapping 32 − QAM, ainsi que les agencements décrivant des mappings quasi-Gray raisonnables. Il en résulte qu’il est possible de labelliser entièrement une 182.6 Mappings quasi-Gray constellation, pour a impair, avec a + 1 transitions : les transitions unitaires (de poids de Hamming 1) et une transition combinaison linéaire des précédentes. Pour les mappings 32 − QAM, ils proposent ainsi six schémas (Figure 2.5). La construction d’un mapping avec cette méthode consiste à choisir le symbole binaire correspondant à l’un des points de la constellation et à appliquer les transitions successivement afin d’obtenir la labellisation de l’ensemble de la constellation. Nous avons matérialisé les transitions non unitaires en les soulignant de gris dans ces schémas de construction. Cela permet de remarquer les positions où les contraintes de Gray ne sont pas respectées. Le nombre de ces positions détermine en partie la qualité du mapping quasi-Gray ainsi défini. Le nombre de mappings quasi-Gray obtenus grâce à l’un des six schémas correspond à 5!.32 ( 5! pour le choix des transitions e1 à e5, e6 étant fixe, 32 pour le choix du symbole d’origine). Correspondance des méthodes Le premier schéma de la Figure 2.5 (en haut à gauche) correspond à un mapping Gray réfléchi pour lequel les points situés aux extrémités droite et gauche ont été déplacés. Ce schéma correspond à la construction de la Figure 2.3. On peut également représenter la construction de la Figure 2.4 sous forme de schéma de transition ( Figure 2.6) à partir du schéma de transition d’un mappings rectangulaire réfléchi (Figure 2.7). b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e4 e2 e2 e6 e7 e7 e6 e5 e5 e1 e1 e2 e1 e1 e3 e1 e1 e2 e1 e1 e6 e7 e7 e6 e2 e2 e6 = e1 ⊕ e5, e7 = e2 ⊕ e5 Figure 2.6 – Schéma de transition des mappings quasi-Gray de J.G. Smith b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e1 e5 e4 e1 e3 e2 e1 e1 e5 e2 Figure 2.7 – Schéma de transition d’un mappings Gray réfléchi rectangulaire 32 − QAM 19Chapitre 2. Mappings b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e4 e2 e2 e6 e5 e5 e6 e5 e5 e1 e1 e2 e1 e1 e3 e1 e1 e2 e1 e1 e6 e5 e5 e6 e2 e2 e6 = e1 ⊕ e2 ⊕ e5 (a) Construction 1 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e1 e3 e3 e4 e5 e3 e3 e5 e4 e6 e5 e5 e6 e4 e3 e4 e4 e3 e2 e3 e4 e4 e3 e4 e6 e5 e5 e6 e4 e5 e3 e3 e5 e4 e3 e3 e6 = e3 ⊕ e4 ⊕ e5 (b) Construction 2 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e1 e4 e4 e2 e5 e4 e4 e5 e4 e6 e3 e3 e6 e4 e3 e5 e5 e3 e2 e3 e5 e5 e3 e4 e3 e5 e5 e3 e2 e5 e5 e6 = e3 ⊕ e4 ⊕ e5 (c) Construction 3 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e1 e6 e6 e2 e3 e6 e6 e3 e4 e4 e3 e3 e4 e4 e3 e5 e5 e3 e2 e3 e5 e5 e3 e4 e6 e4 e4 e6 e4 e5 e3 e3 e5 e2 e3 e3 e6 = e3 ⊕ e4 ⊕ e5 (d) Construction 4 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e5 e1 e5 e2 e4 e4 e5 e3 e3 e3 e3 e5 e6 e6 e2 e6 e6 e5 e4 e4 e4 e4 e5 e3 e3 e2 e6 = e3 ⊕ e4 ⊕ e5 (e) Construction 5 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b e1 e6 e6 e2 e4 e6 e6 e4 e3 e5 e4 e4 e5 e3 e6 e3 e3 e6 e2 e6 e3 e3 e6 e3 e4 e5 e5 e4 e3 e5 e6 e6 e5 e2 e6 e6 e6 = e3 ⊕ e4 ⊕ e5 (f) Construction 6 Figure 2.5 – Six schémas de transitions pour générer des 32-QAM quasi-Gray. Les traits en pointillés signifient que toute la ligne, ou toute la colonne, est construite avec la même transition 202.6 Mappings quasi-Gray Pénalité de Gray Nous pouvons calculer pour chacun des schémas présentés ici la pénalité de Gray moyenne. Ainsi pour la méthode de la Figure 2.4 la pénalité moyenne est de 7 6 : A B D′ C ′ E I M Q U Y F J N R V Z G K O S W A′ H L P T X B′ D C E′ F ′ A E I M Q U Y C ′ B F J N R V Z D′ C G K O S W A′ E′ D H L P T X B′ F ′ Avec les notations précédentes, les points J, N, R, V , K, O, S, W puis E, F, G, H, Y , Z, A′ , B′ ont une pénalité moyenne de 1. En effet, ils respectent le critère de Gray. Les points A, C ′ , D et F ′ont une pénalité de 3 2 , les points B, D′ , C, E′ ont une pénalité de 4 3 et enfin les points restants ont une pénalité de 5 4 . La pénalité moyenne est donc de 7 6 . De la même manière, il est possible de calculer les pénalités de Gray pour les autres méthodes de construction, elles sont données par la Table 2.2 Figure 2.5a 2.5b 2.5c 2.5d 2.5e 2.5f 2.4 Gp 19 16 9 8 17 16 118 96 110 96 71 48 7 6 Gk p 3 3 3 3 3 3 2 Table 2.2 – Pénalité de Gray de mappings 32 − QAM Mappings 128 − QAM Nous présentons ici deux types de mappings quasi-Gray pour les constellations 128 − QAM cruciformes. Ces deux méthodes se basent sur la modification de mappings Gray rectangulaires. La seconde méthode est issue des travaux de P.K. Vitthaladevuni, M.S. Alouini et J.C. Kieffer [52]. Elles sont données par la Figure 2.8 et la Figure 2.9. 21Chapitre 2. Mappings b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b bb b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b bbb b bbbb b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b (1) (2) (3) (4) b b b b b b b b b b b b b b b (3) (4) (1) (2) Figure 2.8 – Construction d’un mapping 128 − QAM par la méthode de Wesel & al. b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b bb b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b bbb b bbbb b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b (1) (2) (3) (4) b b b b b b b b b b b b b b b (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (5) (6) (7) (8) Figure 2.9 – Construction d’un mapping 128 − QAM par la méthode de Vitthaladevuni & al. La pénalité de Gray du mapping présenté Figure 2.9 est donnée dans [52] est vaut 1 + 1 √ 2 ∗ 128 + 1 3 ∗ 128 ≃ 1.0651 Ces méthodes s’étendent au cas des constellations 512 − QAM. Dans la suite de ce travail nous utilisons les mappings quasi-Gray définis à partir de mappings Gray rectangles. Elles sont efficaces dans le sens où elles nécessitent peu de transformations alors que nous sommes déjà en mesure de générer les mappings Gray rectangulaires. 22Chapitre 3 Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon Ce chapitre introductif a pour objectif de donner des notions de théorie des codes. Notamment nous présentons ce que sont les codes convolutifs et les codes de Reed-Solomon. Ces deux types de codes sont ceux utilisés dans le Chapitre 6 pour la reconnaissance du mapping bien que nous nous soyons essentiellement concentrés sur le cas des codes convolutifs. Nous présentons en effet de plus une méthode de détection des codes convolutifs dans le Chapitre 4. 3.1 Introduction aux codes correcteurs d’erreurs Les codes correcteurs d’erreurs sont des systèmes visant à réduire les erreurs de transmission. Le codage de l’information binaire à transmettre, par ce type de systèmes, permet d’ajouter de la redondance ; c’est-à-dire que l’on transmet plus de données que la quantité d’informations initiale. La redondance introduite est utilisée lors de la réception des données afin de détecter et corriger les erreurs de transmission. Il existe deux grandes familles de codes : les codes en blocs et les codes convolutifs. Pour chacune de ces deux familles, l’information est séparée en blocs de taille constante k appelés mots d’information. Les blocs obtenus par codage de ces mots d’informations sont appelés des mots de code. On note u = (u1, . . . , uk), ui ∈ Fq, un mot d’information et y = (y1, . . . , yn), yi ∈ Fq, le mot de code associé où n > k. On appelle n la longueur du code. Codes en blocs Nous allons à présent voir des exemples de codes en blocs et les premières définitions de codes, notamment de codes dits linéaires. Un exemple de code : le code à répétition Le principe du code à répétition est simplement de répéter un certain nombre de fois n chacun des bits du message à transmettre. Pour n = 3 le message 0110 devient 000111111000. Si une erreur se produit lors de la transmission alors on retrouvera le message initial par vote majoritaire. Cette méthode permet de corriger toutes les erreurs de poids 1 (un seul bit sur les trois répétés est faux). Ce code a l’avantage de pouvoir corriger autant d’erreurs que l’on souhaite en augmentant le nombre de répétition, mais le nombre de bits à transmettre est alors trop important. Pour n = 3 si le message à transmettre est de longueur m alors le message codé sera de longueur 3m. 23Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon On définit le rendement d’un code par le ratio k/n où k est la longueur des mots d’informations et n celle des mots de code. Dans l’exemple du code à répétition k = 1 et n = 3. On définit la distance minimale d’un code, noté d, comme la plus petite distance séparant deux mots de code (pour la distance de Hamming). Le code à répétition a pour distance minimale d = n. La question du décodage est liée à la notion de capacité de correction, c’est-à-dire pour un code donné, combien d’erreurs est-on en mesure de corriger. Soit C un code de longueur n, dont la longueur des mots d’informations est k et de distance minimale d. Soit y = (y1, . . . , yn), yi ∈ Fq un mot de code. Lors de la transmission du signal, ce mot de code peut être modifié. Le mot reçu s’écrit alors y ′ = y + e où e correspond à l’erreur ajoutée. On appelle décodage par maximum de vraisemblance le décodage qui consiste à associer à y ′ le mot de code y le plus proche (au sens de la distance de Hamming). Alors on peut décoder de manière unique tous mots reçus ayant au plus t = ⌊ d−1 2 ⌋ erreurs. t est appelé la capacité de correction. L’objectif de la théorie des codes est de définir des codes assurant à la fois de bon taux de transmission et de bonnes capacités de correction. Un exemple de code : le code de Hamming Soit G =   1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1   . Le code défini par l’ensemble des y = uG, avec u = (u1, u2, u3, u4), ui ∈ F2, a pour longueur 7, des mots d’informations de longueur 4 et une distance minimale de 3. Il a donc pour capacité de correction t = 1, pour un rendement de 4 7 . Il est ainsi un code de même distance minimale que le code à répétition mais a un meilleur rendement. Le code de Hamming présenté ici est défini par une matrice G de taille k × n, à coefficients dans F2, que l’on appelle une matrice génératrice. Il peut également être défini par une matrice dite de parité, notée H, de taille (n − k) × n, à coefficients dans F2, telle que GH⊤ = 0k×(n−k) . Alors, pour tout mot de code y de C on a yH⊤ = 0. On peut ainsi déterminer l’appartenance d’un mot à un code en connaissant une matrice de parité. Nous nous attachons maintenant à définir les notions de code, matrice génératrice et matrice de parité pour les codes dit linéaires. Définition 3.1.1 (Code) Un code C sur Fq de longueur n est un sous-ensemble de F n q Définition 3.1.2 (Code linéaire) Un code linéaire C sur Fq de longueur n et de dimension k est un sous-espace vectoriel de F n q de dimension k. On écrit [n, k, d]q les paramètres d’un code linéaire C de longueur n, dimension k, et distance minimale d défini sur Fq et [n, k, d] lorsque qu’il n’y a pas d’ambiguïté sur le corps de base. Définition 3.1.3 (Matrice génératrice) Une matrice génératrice d’un code linéaire C est une matrice dont les vecteurs lignes forment une base de C . 243.2 Codes cycliques Une matrice génératrice n’est donc pas unique et un code possède autant de matrices génératrices que de bases. Définition 3.1.4 (Code dual) Soit C une code linéaire de longueur n et dimension k. On note C ⊥ le code dual de C tel que C ⊥ = {y ∈ F n q | uy = 0, ∀u ∈ C } où uy = Pn i=1 uiyi , ui , yi ∈ Fq Lors de l’utilisation d’un code en bloc, chaque mot d’information est codé indépendamment des autres. Le mot de code y dépend uniquement du mot d’information u. On définit la fonction de codage pour les codes en blocs comme l’application linéaire injective φ : F k q → F n q qui à un mot d’information u associe un mot de code y = φ(u). On peut d’ailleurs définir un code en bloc comme l’ensemble des mots de code y = uG où G est une matrice de l’application φ dans une base donnée. D’autre part, lorsque l’on dispose d’une séquence binaire à coder, cette dernière est décomposée en blocs de taille k qui seront codés pour former des blocs de taille n, constituant ainsi la séquence codée. On note alors respectivement uj et yj les mots d’informations et de codes obtenus au temps j. On obtient donc la relation suivante : yj = ujG. Lorsque les séquences d’informations et les séquences codées sont vues comme des séquences infinies, on écrit U(D) = P j≥0 ujDj où D est une variable indéterminée et uj = (u0, . . . , uk)j = (u0,j , . . . , uk,j ). On a alors Y (D) = U(D)G avec Y (D) = P j≥0 yjDj . 3.2 Codes cycliques Soient c = (c0, c1, . . . , cn−1) appartenant à F n q et c ′ = (cn−1, c0, . . . , cn−2) le décalé de c. Un code de longueur n est dit cyclique si pour tout mot de code c = (c0, c1, . . . , cn−1) son décalé c ′ = (cn−1, c0, . . . , cn−2) est aussi un mot de code. Ce qui implique que (cn−2, cn−1, c0, . . . , cn−3), (cn−3, cn−2, cn−1, . . . , cn−4) et ainsi de suite sont aussi des mots de code. Pour les mots de codes d’un code cyclique on adopte usuellement l’écriture suivante c(x) = c0 + c1x + · · · + cn−1x n−1 D’où c ′ (x) = cn−1 + c0x + · · · + cn−2x n−1 D’autre part xc(x) = c0x + c1x 2 + · · · + cn−1x n = cn−1(x n − 1) + (c0x + c1x 2 + · · · + cn−2x n−1 + cn−1) et xc(x) mod (x n − 1) = cn−1 + c0x + · · · + cn−2x n−1 donc c ′ (x) = xc(x) mod (x n − 1) De même, si c est décalé de deux rangs vers la droite, on obtient (cn−2, cn−1, c0, . . . , cn−3), ce qui correspond à x 2 c(x) mod (x n − 1). C’est également vrai pour les décalés suivants. 25Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon L’ensemble des opérations sur c(x) se fait alors dans l’anneau quotient Fq[x]/(x n−1) et on identifie F n q à Fq[x]/(x n − 1). En montrant que C est un idéal de cet anneau, on obtient alors l’existence d’un unique polynôme unitaire g(x) de degré minimal et tel que g(x) est un générateur de C . De plus g(x) divise x n −1 dans Fq[x]. Notons r le degré de g(x) = g0 + g1x + · · · + grx r . Ce polynôme g(x) est un générateur du code alors tout mot de code c(x) est un multiple de g(x), c’est-à-dire c(x) = m(x)g(x) avec m(x) = m0 +m1x+· · · +mk−1x k−1 . Le code est de dimension k et {g(x), xg(x), x2 g(x), . . . , xk−1 g(x)} est une base de C . Le polynôme c(x) = m(x)g(x) de degré inférieur ou égal à n − 1 s’écrit : c(x) = m0g(x) + m1xg(x) + · · · + mk−1x k−1 g(x) ce qui se représente sous la forme matricielle suivante :  m0 m1 . . . mk−1    g(x) xg(x) . . . x k−1 g(x)   ou encore  m0 m1 . . . mk−1    g0 g1 . . . gr g0 g1 . . . gr . . . . . . . . . g0 g1 . . . gr   Cette matrice de taille k × n est une matrice génératrice de C . D’autre part soit h(x) tel que g(x)h(x) = x n − 1 alors H(n−k)×n =   hk hk−1 . . . h0 hk kk−1 . . . g0 . . . . . . . . . hk hk−1 . . . h0   est une matrice génératrice du dual où h(x) = h0 + h1x + · · · + hk−1x k−1 Codes cycliques raccourcis Soit C ′ le sous-ensemble de C composé de l’ensemble des mots de code c ′ (x) tels que c ′ (x) = m(x)g(x) avec m(x) = m0 + m1x + · · · + mk−i−1x k−i−1 et i un entier positif. C’est-à-dire m =  m0 m1 . . . mk−i−1 0 . . . 0  . Alors C ′ est un code de dimension k − i et de longueur n − i. Un tel code est dit raccourci. 263.2 Codes cycliques Codes Reed-Solomon Les codes Reed-Solomon font partie des codes cycliques les plus utilisés, ils permettent de corriger les erreurs se produisant par paquets. Il ont été inventés en 1960 par Reed et Solomon. Nous supposons à présent que n est premier avec q. Il existe deux façons de décrire un code de Reed-Solomon. La première que nous donnons est la première définie historiquement et permet de donner des résultats théoriques, la seconde est cependant utilisée pour décrire des codeurs et décodeurs de ces codes. Définition 3.2.1 Soient α un élément primitif de Fqm, n = q m − 1 et m(x) = m0 + m1x + · · · + mk−1x k−1 ∈ Fqm[x] un mot d’information sous forme polynomiale. Soit φ : m(x) → c tel que c = (c0, c1, . . . , cn−1) =  m(1), m(α), m(α 2 ), . . . , m(α n−1 )  Le code de Reed-Solomon de longueur n = q m −1 et de dimension k sur Fqm est l’ensemble des images, par φ, des polynômes de degré inférieur ou égal à k − 1 à coefficients dans Fqm. La seconde construction se rapproche de celle des codes BCH (ils doivent leur nom à Bose, Chaudury et Hocquenghem) que nous allons évoquer à présent. Rappelons que le polynôme minimal d’un élément de Fqm est le polynôme (non nul) de plus faible degré dont il est racine. De plus les éléments admettant le même polynôme minimal sont dits conjugués. Un polynôme primitif est un polynôme minimal dont au moins une racine est un élément primitif de Fqm. Un code BCH de longueur n capable de corriger au moins t erreurs se construit selon la procédure suivante : Prendre m le plus petit entier tel que Fqm a une racine n-ième primitive α. Choisir un entier b positif (souvent b = 1). Déterminer ensuite les polynômes minimaux de α b , αb+1, . . . , αb+2t−1 à coefficients dans Fq. Le polynôme générateur g(x) du code est le plus petit multiple commun de ces polynômes minimaux. Ainsi, les coefficients de g(x) sont dans Fq ainsi que les mots du code tandis que les racines de g(x) sont elles dans Fqm. De plus, certains des α i sont potentiellement conjugués donc g(x) est de degré au plus 2t. Le code ainsi construit est un code de longueur n, de dimension n − deg g(x) et de distance minimale supérieure ou égale à δ = 2t + 1. Les α b , αb+1, . . . , αb+2t−1 sont par définition racines de leur polynômes minimaux respectifs et sont alors racines de g(x) sur Fqm. Donc pour tout α i , (i = b, b + 1, . . . , b + 2t − 1 ), g(α i ) = 0 et par conséquent c(α i ) = m(α i )g(α i ) = 0. Ceci se traduit par c0 + c1α i + c2(α i ) 2 + · · · + cn−1(α i ) n−1 = 0, ∀i = b, b + 1, . . . , b + 2t − 1 27Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon Donc  c0 c1 . . . cn−1    1 α i (α i ) 2 . . . (α i ) n−1   = 0 et H =   1 α b (α b ) 2 . . . (α b ) n−1 1 α b+1 (α b+1) 2 . . . (α b+1) n−1 . . . . . . . . . . . . 1 α b+2t−1 (α b+2t−1 ) 2 . . . (α b+2t−1 ) n−1   est également une matrice génératrice du dual. Passons à présent aux codes de Reed-Solomon. Dans Fqm le polynôme minimal d’un élément α est égal à (x − α). Un tel code prend comme polynôme générateur g(x) = (x − α b )(x − α b+1)· · ·(x − α b+2t−1 ). g(x) est alors de degré exactement 2t. Donc n − k = 2t. Et le code est en mesure de corriger t erreurs. Un exemple de code Reed-Solomon : Nous décrivons ici un code de longueur 15 et de dimension 9 sur F2 4 . Ce code est en mesure de corriger 3 erreurs. De plus F2 4 est identifié à F2[x]/(x 4+x+1). Soit α dans F2 4 une racine de x 4 + x+ 1. Nous avons α 15 = 1. On peut d’autre part décrire l’ensemble des puissances successives de α. En effet α 4 = α + 1 puisque α est racine de x 4 + x + 1. Ensuite α 5 = α 2 + α. Les puissances suivantes se calculent de la même manière et dépendent uniquement de 1, α, α 2 et α 3 . On peut donc en donner une représentation vectorielle dans cette base. Les 7 premières puissances sont données dans le tableau ci-dessous : Puissance de α Représentation dans la base Représentation vectorielle 1 1 (1, 0, 0, 0) α α (0, 1, 0, 0) α 2 α 2 (0, 0, 1, 0) α 3 α 3 (0, 0, 0, 1) α 4 α + 1 (1, 1, 0, 0) α 5 α 2 + α (0, 1, 1, 0) α 6 α 3 + α 2 (0, 0, 1, 1) et α est bien un élément primitif de F2 4. Prenons b = 1, on a n = 15 et k = 9 donc 2t = 6 et g(x) = (x − α)(x − α 2 )(x − α 3 )(x − α 4 )(x − α 5 )(x − α 6 ). L’avantage de tels codes est que l’on maîtrise très bien la capacité de correction. De plus, les codes définis sur F2 8 sont souvent utilisés du fait de leur praticité. En effet, chaque élément de F2 8 se repré- sente dans la base {1, α, . . . α7} sur un octet. Par ailleurs, il est possible de donner des matrices systématiques pour les matrices génératrices de C ainsi que pour C ⊥. En effet, la division euclidienne de x n−k+i par g(x) pour i = 0, 1, . . . , k − 1 283.3 Codes convolutifs donne x n−k+i = qi(x)g(x) + ri(x) avec ri(x) = ri,0 + ri,1x + · · · + ri,n−k−1x n−k−1 . C’est-à-dire x n−k+i − ri(x) = qi(x)g(x) donc x n−k+i − ri(x) est un multiple de g(x) et est aussi un mot de code. Le polynôme ri(x) s’écrit sous forme matricielle  ri,0 ri,1 . . . ri,n−k−1 0 . . . 0  donc x n−k − r0(x) correspond à  −r0,0 −r0,1 . . . −r0,n−k−1 1 0 . . . 0  et on obtient la matrice génératrice suivante : G =   −r0,0 −r0,1 . . . −r0,n−k−1 1 0 0 . . . 0 −r1,0 −r1,1 . . . −r1,n−k−1 0 1 0 . . . 0 . . . . . . . . . . . . −rk−1,0 −rk−1,1 . . . −rk−1,n−k−1 0 0 0 . . . 1   et H =   1 0 0 . . . 0 r0,0 r1,0 . . . rk−1,0 0 1 0 . . . 0 r0,1 r1,1 . . . rk−1,1 . . . . . . . . . . . . 0 0 0 . . . 1 r0,n−k−1 r1,n−k−1 . . . rk−1,n−k−1   Les codes en blocs ont l’avantage d’être largement étudiés et permettent à ce titre des constructions variées. En revanche la complexité de codage et décodage peut varier selon le type de code. Les codes convolutifs sont eux implémentés sous forme de registres à décalage et présentent ainsi l’avantage d’offrir un codage simple et un décodage rapide au fur et à mesure de la réception de l’information. Cependant, ils fournissent généralement de plus faibles capacités de correction. On définit pour les codes convolutifs linéaires la notion de matrice génératrice de manière similaire à la notion de matrice génératrice pour les codes en blocs. Les définitions présentées dans le paragraphe suivant sont essentiellement issues de [38]. Nous parlerons ici uniquement de codes convolutifs linéaires, nous utiliserons donc le terme code convolutif pour signifier code convolutif linéaire. 3.3 Codes convolutifs Lors de l’utilisation d’un code convolutif, le mot de code yj dépend du mot d’information uj mais également des mots d’informations reçus aux instants précédents. yj dépend donc de uj , uj−1, . . . , uj−M où M correspond à la mémoire du codeur. On définit donc la fonction de codage d’un code convolutif comme l’application linéaire injective φ : F k 2 → F n 2 telle que yj = φ(uj , uj−1, . . . , uj−M). Ainsi, 29Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon k n G0 G1 G2 . . . G0 G1 G2 . . . G0 G1 . . . GM GM . . . GM . . . 0k×n 0k×n 0k×n 0k×n G2 Figure 3.1 – Matrice génératrice binaire d’un code convolutif la matrice G de cette application dans une base donnée prendra la forme d’une matrice shiftée infi- nie comme définie par la Figure 3.1 , où chacune des matrices Gi est une matrice binaire de taille k×n. On pourra également décrire la matrice G comme une matrice à coefficients dans F2(D). On note G(D) = G0 +G1D +G2D2 +. . . GM DM, G(D) est alors une matrice de taille k ×n à coefficients dans F2(D). On peut d’ailleurs voir les codes en blocs comme des codes convolutifs de mémoire nulle. On distinguera ici la notion de code et de codeur. Le code est l’ensemble des mots de code tandis que le codeur (ou encodeur) est la réalisation physique de la fonction de codage. D’autre part, la réalisation physique d’une fonction de codage correspond à l’implémentation de registres à décalage. Mais au même titre qu’un code dispose de plusieurs matrices génératrices, il existe différentes réalisations pour un même code généré. Les registres nécessitant le moins de mémoire sont à priori les plus utilisés et donc les plus intéressants du point de vue de la reconnaissance. Nous verrons alors que l’algorithme de reconnaissance de codes convolutifs que nous utilisons dans la suite se propose de retourner une des matrices génératrices correspondant à ces registres. On note alors (n, k) les paramètres d’un codeur convolutif ayant k entrées et n sorties. Nous ne décrirons pas précisément le fonctionnement de cet algorithme mais en donnerons les principales composantes. Cet algorithme sera ensuite pour nous un moyen de discriminer les mappings lors de la reconnaissance de mapping en présence de données codées par un codeur convolutif. Définition 3.3.1 (Code convolutif) Un (n, k) code convolutif C est un sous-espace vectoriel de dimension k de F2(D) n . Définition 3.3.2 (Matrice génératrice) Une matrice génératrice G(D) du code C de paramètres (n, k) est une matrice de taille k × n dont les lignes forment une base de C . Une matrice génératrice d’un code convolutif est donc une matrice à coefficients dans F2(D). On parle de matrice génératrice polynomiale lorsque les coefficients de G(D) appartiennent à F2[D]. On peut écrire U(D) = P j≥0 ujDj avec uj = (u0, . . . , uk)j = (u0,j , . . . , uk,j ) et Y (D) = P j≥0 yjDj . On a alors Y (D) = U(D)G(D). 303.3 Codes convolutifs (u0, u1, . . . , uM, uM+1, . . .) ×   G0 G1 . . . GM 0 . . . G0 G1 . . . GM 0 . . . . . . G0 G1 . . . GM 0 G0 G1 . . . GM . . . . . . . . .   |{z} |{z} |{z} |{z} . . . y0 y1 yM yM+1 Figure 3.2 – Codage d’une séquence par un code convolutif 3.3.1 Représentation binaire Rappelons que du point de vue binaire la séquence codée (composée des mots de code concaténés), notée y0y1 . . . yM . . . est telle que : y0 = u0G0 y1 = u0G1 + u1G0 . . . yM = u0GM + u1GM−1 + · · · + uM G0 yM+1 = u1GM + u2GM−1 + · · · + uM+1G0 où uj est le mot d’information à l’instant j et les Gi les blocs de la matrice génératrice binaire infinie de C présentée précédemment. Remarquons que dès lors que j ≥ M + 1, yj ne dépend plus de u0. En effet la mémoire du codeur est de M et yj = φ(uj , uj−1, . . . , uj−M). Lorsque j = 0, . . . , M − 1 , yj ne dépend pas de tous les Gi (i = 0, . . . , M). Cela constitue une phase d’initialisation. Dès lors que j ≥ M, yj dépend de tous les Gi et la sortie yj est obtenue en effectuant le produit de la séquence d’entrée par la matrice binaire infinie. Nous avons alors : yj = X M i=0 uj−iGi . Ce produit est représenté par la Figure 3.2 31Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon 3.3.2 Équations de parité Soit H =   H0 H1 . . . HM 0 . . . H0 H1 . . . HM 0 . . . . . . . . . H0 H1 . . . HM 0 H0 H1 . . . HM 0 . . . . . .   une matrice duale de C . On a  y0 y1 . . . yM  H0 . . . HM ⊤ = 01×(n−k) . On dit que  y0 y1 . . . yM  vérifie n−k équations de parité. Il en est de même pour  y1 y2 . . . yM+1 ,  y2 y3 . . . yM+2 et ainsi de suite. Les équations de parité s’appliquent à toutes les sous-séquences de longueur n(M + 1) par blocs glissants (avec un décalage de n). 3.3.3 Représentation en série La séquence d’information s’écrit comme étant la série U(D) = X j≥0 ujDj . Notons Y (D) = X j≥0 yjD j . Nous avons alors la relation Y (D) = U(D)G(D) avec G(D) = G0 + G1D + · · · + GMDM. En effet G(D) = G0 + G1D + · · · + GMDM donc   X j≥0 ujD j   G(D) = X j≥0 ujG0D j + X j≥0 ujG1D j+1 + · · · + X j≥0 ujGM D j+M = X j≥0 ujG0D j + X j≥1 uj−1G1D j + · · · + X j≥M uj−MGM D j = u0G0 + (u0G1 + u1G0)D + . . . + (u0GM + u1GM−1 + · · · + uMG0)D M +   X j>M X M i=0 uj−iGi   D j = X j≥0 yjD j = Y (D) 323.3 Codes convolutifs u1,t u2,t s1,t s2,t s3,t y1,t y3,t y2,t Figure 3.3 – Codeur de rendement 2/3 3.3.4 Codeurs Les sorties d’un codeur convolutif dépendent des entrées à différents instants. En termes d’implé- mentation, il faut donc stocker différents états de l’entrée dans des registres. Notons m ce nombre de registres. Les m registres représentent alors l’état interne du codeur, noté sj (sj est un vecteur binaire de taille m). Notons que dans le cas particulier où k = 1 alors m = M. L’entier m est également appelé la longueur de contrainte du codeur. Il est possible de déterminer une matrice génératrice du code C en fonction du vecteur d’entrée uj , du vecteur d’état sj et du vecteur de sortie yj pour un codeur donné. Le vecteur d’état sj dépend de l’état sj−1 à l’instant précédent et de l’entrée uj à l’instant j. La sortie yj dépend de l’entrée uj à l’instant j et de l’état interne sj . L’opération de codage se décrit alors comme suit : sj+1 = sjAm×m + ujBk×m yj = ujUk×n + sjVm×n avec Am×m, Bk×m, Uk×n, Vm×n des matrices binaires et s0 = 01×m. En posant E(D) = B.  D −1 Idm − A −1 nous obtenons Y (D) = U(D) [U + E(D)V ] d’où G(D) = U + E(D)V. 33Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon Nous proposons à présent un exemple de codeur convolutif de rendement 2/3 donné par la Figure 3.3. Notons uj = (u1, u2)j = (u1,j , u2,j ) yj = (y1, y2, y3)j = (y1,j , y2,j , y3,j ) sj = (s1, s2, s3)j = (s1,j , s2,j , s3,j ). Le codage est décrit comme suit : y1,j = u1,j + s3,j y2,j = s1,j + s2,j y3,j = u2,j + s2,j Nous obtenons alors Uk×n = 1 0 0 0 0 1 ! Vm×n =   0 1 0 0 1 1 1 0 0   Am×m =   0 0 1 0 0 0 0 0 0   Bk×m = 1 0 0 0 1 0 ! Et finalement E(D) = D 0 D2 0 D O ! d’où G(D) = 1 + D2 D O 0 D 1 + D ! Nous utilisons également dans ce manuscrit une notation décimale pour représenter les polynômes générateurs dont la représentation en base 2 donne les coefficients des polynômes dans l’ordre décroissant. Dans le cas de l’exemple nous obtenons 5 2 0 0 2 3! . 3.4 Reconstruction de codes La méthode décrite par A. Valembois dans [47] et [48] est actuellement utilisée pour la reconstruction de codes en blocs et de codes convolutifs. Cette méthode permet la reconstruction d’une matrice 343.4 Reconstruction de codes génératrice du dual. Elle s’appuie sur la méthode de Canteaut-Chabaud pour trouver des mots candidats du dual et décide selon un test statistique de leur appartenance au dual. Il existe de plus des méthodes spécifiques au type de codes recherchés. En effet, connaître une matrice binaire du dual n’est pas suffisant pour le décodage. Il faut d’une part retrouver une matrice génératrice du code puis en extraire la structure algébrique. B. Rice a initié des travaux sur la reconnaissance des codes convolutifs (n, 1) dans le cas non bruité dans [41]. E. Filiol a ensuite proposé une méthode de reconstruction des codes convolutifs lorsque les données observées sont bruitées dans [28] et [27]. Puis une méthode algébrique a été donnée par J. Barbier, G. Sicot et S. Houcke dans [5], elle est ensuite détaillée dans la thèse de J. Barbier [3]. De nombreuses autres études ont depuis été menées sur la reconstruction des codes convolutifs dont [14, 21, 24, 33, 35–37, 53, 59–61] 3.4.1 Codes Convolutifs Soit C un code tel que les polynômes générateurs soient premiers entre eux et de longueur de contrainte m. Le codeur utilisé nécessite m bits pour remplir ses registres. Une séquence d’information de taille ks + m s’envoie sur une séquence codée de taille ns. Soit Cs cette restriction : Cs : F ks+m 2 → F ns 2 Le théorème suivant, issue de [14], donne le rang de l’application Cs en fonction de s et montre qu’à partir de s > km n−k toutes les séquences de taille ns ne correspondent pas à une séquence codée. Le critère du rang est à la base de la plupart des résultats sur la reconnaissance de codes convolutifs. Théorème 3.4.1 Soit s ∈ N ∗ . Soit Cs : F ks+m 2 → F ns 2 l’application linéaire obtenue par restriction. Si tous les polynômes générateurs sont premiers entre eux alors rang(Cs) = ( ns si s ≤ km n−k k(s + m) si s ≥ km n−k Il en découle que la matrice dont les lignes sont des séquences codées de taille ns n’est pas de rang plein lorsque s > km n−k . Ce défaut de rang peut alors s’identifier par un pivot de Gauss. Malgré tout, lorsque la séquence observée est bruitée, cette méthode n’est plus envisageable. Les alternatives sont alors de chercher des plages non bruitées, d’utiliser une méthode appelée Gauss randomisé issue des travaux de G. Sicot et S. Houcke [42, 43] qui est applicable pour de faibles taux d’erreur ou encore d’utiliser la méthode introduite par A. Valembois [47, 48]. M. Cluzeau dans [15] a également repris et fait évoluer l’approche proposée par A. Valembois L’algorithme de reconnaissance de codes convolutifs linéaires dont nous disposons (issu de [20, 21]) utilise la méthode de A. Valembois et se propose alors de retourner une matrice génératrice correspondant à un codeur minimisant le nombre de registres nécessaires à l’implémentation, lorsque la séquence binaire observée est une séquence codée et bruitée. Cet algorithme retourne alors une matrice génératrice parmi les matrices génératrices polynomiales (à coefficients F2[D]) appelée une matrice canonique 35Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon (voir [20, 38]). Nous allons à présent décrire dans les grandes lignes le fonctionnement de cet algorithme. A partir d’une séquence, codée et bruitée, tronquée, nous cherchons à retrouver une matrice gé- nératrice du code utilisé ainsi que le taux d’erreur associé. Nous ne connaissons ni n (la longueur du code) ni k (la dimension du code), et effectuons alors cette recherche également. Nous avons vu précédemment que pour un mot observé, nous disposons d’un critère d’appartenance au code C utilisé ; à savoir y ∈ C si et seulement si yH⊤ = 01×(n−k) avec H une matrice génératrice du dual de C et si et seulement si pour tout h ∈ C ⊥ on a yh = 0 Cet algorithme procède en 3 étapes principales. Le premier objectif est de trouver une matrice gé- nératrice du dual de C , noté H, autrement appelée matrice de parité. Il utilise pour cela l’algorithme de A. Valembois et la méthode de Canteaut-Chabaud. Cette recherche s’effectue à partir d’une matrice formée de mots issus de la séquence observée. La séquence observée étant bruitée, cette première étape permet de sélectionner des mots du dual non bruités. La seconde étape utilise alors ces mots du dual non bruités pour reconstruire le dual du dual, à savoir une matrice génératrice du code lui-même. La dernière étape a pour but d’extraire une matrice canonique de la matrice reconstruite à l’étape 2. A ces étapes se rajoutent (entre la première et la deuxième étape) une étape de recherche de la longueur n du code et en fin d’algorithme une étape de recherche du taux d’erreur. La recherche du taux d’erreur consiste à décoder la séquence observée par l’algorithme de Viterbi avec la matrice génératrice retournée par l’algorithme de reconnaissance de codes. Première étape : Reconstruction d’une matrice H du dual de C Nous disposons d’une séquence observée S à partir de laquelle nous formons une matrice R˜ de la manière suivante : la séquence est découpée en blocs de taille n(m + 1) (quitte à itérer sur la taille des blocs lorsque ces paramètres sont inconnus), chacun de ces blocs constitue une ligne de R˜. Si R˜ n’est pas une matrice bruitée : pour h ∈ C ⊥, alors Rh˜ ⊤ vaut 0. C’est-à-dire h appartient au noyau de R˜. Si R˜ est bruitée : pour h ∈ C ⊥, alors Rh˜ ⊤ est de poids faible. L’algorithme de recherche de mots de poids faibles de Canteaut-Chabaud permet alors de retrouver des h candidats et l’algorithme de A. Valembois permet de décider s’ils appartiennent ou non à C ⊥ selon le poids de Hamming de Rh˜ ⊤ et de h. En sortie de cette première étape, nous disposons alors de mots du dual. Le produit d’une ligne de R˜ par h détermine une équation de parité. M. Côte et N. Sendrier [20] utilisent alors ces mots du dual h pour former une seconde matrice, que l’on notera R et reconstituer une matrice génératrice du dual. Cette reconstruction se base sur une élimination de Gauss. En effet, une application de l’élimination de Gauss sur la matrice R la transforme en une matrice de forme particulière dans laquelle il est possible d’identifier un bloc minimal : 363.4 Reconstruction de codes c’est-à-dire un ensemble de lignes et de colonnes adjacentes engendrant le sous-espace vectoriel décrit par R. Ce bloc, noté H, engendre C ⊥. Deuxième étape : Reconstruction d’une matrice génératrice de C à partir du dual Cette étape consiste à retrouver le dual du dual de C, c’est-à-dire à retrouver le code lui-même. La matrice H précédemment reconstituée est utilisée pour former une nouvelle matrice H′ sur laquelle est pratiquée également une élimination de Gauss afin de trouver le bloc minimal, noté G, engendrant le sous-espace vectoriel décrit par H′ . Troisième étape : Reconstruction d’une matrice génératrice polynomiale canonique de C Après utilisation d’algorithmes de basicité et réduction [20] sur la matrice G reconstruite à l’étape 2, une matrice G(D) polynomiale canonique de C est fournie. Les étapes présentées ici reposent sur le fait que la longueur n soit connue. N. Sendrier propose d’appliquer la méthode de Canteaut-Chabaud et l’algorithme de A. Valembois à une matrice R˜ pour quelques longueurs de blocs bien choisies de telle sorte que cette longueur puisse être un multiple de la longueur n du code. D’autre part, le calcul de wH(Rh˜ ⊤) fournit une indication sur le taux d’erreur potentiel du canal. Il est alors possible de distinguer la plus petite longueur de code fournissant pour l’ensemble des mots du dual un faible taux d’erreur. Cette longueur est la longueur n du code C . Cet algorithme de reconnaissance de codes convolutifs permet d’effectuer une reconnaissance de codes lorsque la séquence observée est bruitée. Des tests de résistance au bruit ont été effectués dans [20]. Il permet de plus d’effectuer cette recherche à paramètres inconnus. Cette méthode fournit également le taux d’erreur du canal en appliquant un décodage de la séquence observée. 3.4.2 Codes Reed-Solomon La difficulté de la reconstruction des codes de Reed-Solomon réside dans la recherche de la structure algébrique. En effet il existe des méthodes de reconstruction de codes en blocs permettant de reconstruire une base du code dual et ainsi de reconstruire une base du code. Il est possible notamment d’effectuer un pivot de Gauss sur une matrice contenant les données observées, de faire appel à le méthode de Gauss randomisé ou enfin d’utiliser la méthode A. Valembois ou de M. Cluzeau. Cependant ce n’est pas suffisant pour caractériser un code de Reed-Solomon. Les méthodes énoncées plus haut offrent la possibilité de reconstruire une base du code vu sous forme binaire mais ne permettent pas de donner la structure algébrique du code. Pour cela il existe des techniques spécifiques au type de code utilisé. L’algorithme de V.M. Sidelnikov et S.O. Shestakov [44] répond à ce problème pour les codes de Reed-Solomon. Il prend en entrée une matrice de taille génératrice k × n, contenant des éléments de Fq, mise sous forme systématique. Nous avons vu que la matrice systématique d’un tel code dispose d’une forme particulière, ceci permet d’écrire un ensemble d’équations qui après résolution fournissent les paramètres du code. Cet algorithme fonctionne de plus lorsque les coordonnées du code ont été permutées. Nous verrons que dans notre cas ce point fort sera à notre désavantage. Aussi nous utiliserons finalement un algorithme moins performant qui sera évoqué ultérieurement. 37Chapitre 3. Codes Convolutifs et Codes de Reed-Solomon 38Chapitre 4 Signature de codes convolutifs et recherche du dual par tests statistiques Lors de l’étude d’un système de communication et de la partie codage canal qui le compose, nous souhaitons avant toute chose identifier la famille de codes utilisée, voire les paramètres du code. En effet, ces informations permettent respectivement d’utiliser un algorithme de reconnaissance de code approprié et d’accélérer la recherche. Nous nous intéressons alors dans ce chapitre à une méthode permettant de distinguer si une séquence observée est aléatoire ou codée par un codeur convolutif. Cette technique possède notamment l’avantage de fonctionner lorsque le mapping utilisé est inconnu. Elle permet alors de distinguer la longueur d’un code convolutif sans connaissance du mapping. De plus nous étendons cette méthode à une méthode de reconstruction du dual d’un code convolutif lorsque le mapping est connu. Nous appelons signature un biais observé via un test statistique, appliqué à une séquence codée et bruitée, permettant d’identifier l’utilisation d’un code correcteur d’erreurs. Nous supposons dans la suite que nous disposons d’une séquence codée éventuellement bruitée. Christophe Chabot [14] s’est intéressé à divers tests statistiques, dédiés aux générateurs pseudo-aléatoires, comme la série de test du NIST (National Institute of Standards and Technology) [1] . Ces tests ont été expérimentés dans le cadre de l’identification de séquences codées et bruitées par des codes en blocs, des codes convolutifs et des turbo-codes. Le résultat de ces tests a montré que les codes en blocs ne sont en général pas identifiables de cette façon sauf pour de petites longueurs et dimensions non réalistes. Cependant, le test de compression de Lempel-Ziv (méthode de compression par dictionnaire) s’est révélé adapté pour l’identification de codes convolutifs et turbo-codes et ce dans un contexte bruité également. Nous nous intéressons cependant dans la suite de ce chapitre aux codes convolutifs uniquement. Christophe Chabot s’est alors intéressé à d’autres méthodes de compression comme la compression utilisée dans bzip2, faisant appel à la transformée de Burrows-Wheeler [11]. Les meilleurs taux de compression étant obtenus avec bzip2, il a défini un test statistique basé sur le calcul du nombre de runs (séquences maximales de bits identiques) dans une séquence codée après application de la transformée de Burrows-Wheeler. Ce test permet l’identification des paramètres d’un code convolutif. Il existe également un test dit de profondeur permettant d’obtenir la longueur de contrainte d’un code convolutif de longueur 2. 39Chapitre 4. Signature de codes convolutifs et recherche du dual par tests statistiques Il est clair que les codes convolutifs offrent l’avantage d’être de petites longueurs n et dimensions k (pour que le décodage en treillis soit possible), et de degré d compris typiquement entre 2 et 10. Les objets que nous manipulons sont donc de tailles bien inférieures à celles nécessaires pour des codes en blocs. La méthode de détection que nous définissons dans ce chapitre s’applique en théorie pour des codes en blocs mais elle n’est cependant applicable en pratique que pour de petits codes et est donc particulièrement adaptée pour la détection des codes convolutifs. C’est pourquoi nous nous intéressons à ce type de code dans ce chapitre. Dès lors que nous observons une équation de parité sur une séquence, l’espace ambiant n’atteint pas l’ensemble de toutes les séquences possibles. Pour un code de longueur n et de degré maximum d, les séquences de taille t = n(d + 1) sont au nombre de 2t−1 au plus contre 2t pour une séquence aléatoire. En effet il existe au moins un bit de redondance donc au moins un bit est entièrement déterminé par les autres. Les tests qui sont décrits dans ce chapitre utilise ce phénomène. Nous l’utilisons également en définissant un test basé sur le comptage de blocs de taille t dans une séquence codée et bruitée. En itérant sur la taille des blocs, nous pouvons observer une diminution du nombre de blocs possibles sur certaines longueurs. Nous effectuons de plus cette mesure par comptage de collisions. Nous observons alors une probabilité de collisions différente pour des données codées et des données aléatoires. L’utilisation de blocs glissants permet de plus de caractériser la présence d’un code de type convolutif. Cette méthode autorise également la reconnaissance des paramètres du code utilisé dans un contexte bruité. Nous savons par ailleurs grâce au paradoxe des anniversaires que seulement 2t/2 blocs environ sont nécessaires à l’observation de collisions. Nous définissons ensuite une méthode de reconstruction du dual par comptage de collisions en poinçonnant la séquence observée de manière adéquate. Nous verrons enfin que la signature d’un code convolutif peut se détecter sans connaissance a priori du mapping utilisé. Ce qui offre un avantage considérable pour la reconnaissance de système de communication. En effet nous sommes en mesure grâce à ce test de déterminer la longueur du code convolutif utilisé sans avoir reconnu le mapping utilisé. Ceci permettra alors d’effectuer la recherche du mapping avec une information non négligeable sur le code à rechercher. La reconnaissance du mapping est l’objet du Chapitre 6. Cependant ce travail sur la détection de codes convolutifs a été effectué ultérieurement au travail sur la reconnaissance du mapping et n’a donc pas pu être utilisé alors. L’estimation du cardinal d’un observable, tout en minimisant la quantité de mémoire utilisée, est un défi primordial pour l’analyse de trafic internet par exemple. Marianne Durand s’intéresse dans sa thèse [26] à divers algorithmes d’estimation de cardinal. Nous n’avons pas exploré ces possibilités pour estimer la cardinalité d’une séquence codée vue par blocs mais il serait intéressant d’étudier l’efficacité de ces algorithmes dans le contexte de la reconstruction de codes. 404.1 État de l’art 4.1 État de l’art 4.1.1 Test de profondeur Le test de profondeur décrit dans [31] s’applique au cas d’un code convolutif de longueur 2 et donc de dimension 1. Dans ce cas la longueur de contrainte du code coïncide avec d + 1 où d est le degré maximum du code. Soit C tel que P1 et P2 soient des polynômes générateurs. Le codeur utilisé nécessite M bits pour remplir ses registres. Une séquence d’information de taille s + m s’envoie sur une séquence codée de taille 2s. Soit Cs cette restriction : Cs : F s+m 2 → F 2s 2 Le théorème suivant est à la base de la plupart des résultats sur la reconnaissance de codes convolutifs. Il donne en effet le rang de l’application Cs en fonction de s et montre qu’à partir de s > m toutes les séquences de taille 2s ne correspondent pas à une séquence codée. Théorème 4.1.1 ?? Soit s ∈ N ∗ . Soit Cs : F s+m 2 → F 2s 2 l’application linéaire obtenue par restriction. Si pgcd(P1,P2)=1 alors Cs est surjective ⇔ s ≤ m Cs est injective ⇔ s ≥ m et rang(Cs) = ( 2s si s ≤ m s + m si s ≥ m Dès lors que s > m, Cs est injective et non surjective, on cherche donc le plus petit s tel que Cs+1 n’est pas surjective. Il existe des séquences de longueur 2s qui ne sont pas des séquences codées dans ce cas. La distribution de ces séquences n’est pas uniforme lorsque s > m Le test de profondeur consiste alors à choisir un nombre significatif de séquences de longueur 2s (s peut être initialisé à 2). Pour chaque bloc de taille 2, on regarde la probabilité d’apparition des 2 bits suivants. Si la répartition est uniforme, on incrémente s de 1 sinon s correspond à la longueur de contrainte du code. Ce test est applicable pour un canal binaire symétrique de probabilité d’erreur allant jusqu’à 0,05. 4.1.2 Test de Burrows-Wheeler et Runs La transformée de Burrows-Wheeler effectue un arrangement sur les données tel que les motifs récurrents d’une séquence observée entraînent des suites de bits identiques en sortie de la transformée. Cette modification de la séquence facilite ensuite la compression par dictionnaire. Elle est ainsi utilisée dans bzip2. Les compressions obtenues en appliquant la transformée de Burrows-Wheeler à une séquence codée indiquent que le taux d’erreur et les paramètres de longueur de contrainte sont identifiables. Christophe Chabot a donc élaboré un test basé sur la transformée de Burrows-Wheeler et une Pvalue mesurant la variation entre le nombre de runs observés et le nombre de runs théoriques pour une séquence aléatoire. 41Chapitre 4. Signature de codes convolutifs et recherche du dual par tests statistiques Il a de plus remarqué que pour des séquences de longueur donnée, générées par des codes de paramètres n, k et m, les Pvalue observées sont identiques quel que soit le code de même paramètres utilisé (codes non dégénérés) et sont fonction du taux d’erreur du canal. Il obtient ainsi des courbes types pour différents paramètres. Ces courbes sont de plus toutes distinctes. Lorsque que la Pvalue observée correspond à plusieurs courbes, on peut augmenter artificiellement le bruit jusqu’à identifier une seule courbe. Ceci donne alors n, k et m ainsi que le taux d’erreur initial. Nous pouvons également tester le calcul de l’entropie sur une séquence codée lue par blocs de taille t. Lorsque t atteint la longueur nécessaire pour disposer d’une équation de parité, l’entropie calculée vaut bien t − 1. Les tests que l’on vient de voir se basent sur le fait que le cardinal des motifs observés lorsque l’on regarde une séquence codée lue par blocs de taille t ne vaut pas 2t lorsque l’on dépasse une certaine taille de blocs. Donc, pour mesurer cette diminution du nombre de motifs possibles, à partir d’un certain rang, il faut effectuer un comptage sur ces motifs. Mais l’inconvénient est la taille des données nécessaires pour obtenir ce résultat. C’est pourquoi nous nous sommes intéressés ensuite à élaborer une mesure de ce cardinal par comptage de collisions. Ce test repose alors sur le paradoxe des anniversaires. 4.2 Test de collisions L’objectif de ce chapitre est de décrire dans un premier temps une méthode de reconnaissance des paramètres d’un code convolutif. Elle s’appuie sur le comptage du nombre de collisions dans une séquence binaire lue par bloc. La probabilité de collisions entre deux symboles binaires de taille t, pour des données aléatoires, est de 1 2 t . Dès lors que les données sont codées, la probabilité de collisions augmente. Le comptage des collisions permet donc de distinguer des données aléatoires de données codées lorsque t est suffisamment grand pour correspondre à la taille d’une équation de parité. Nous pouvons lire la séquence par blocs disjoints ou par blocs glissants. Mais les équations de parité d’un code convolutif étant valides par blocs glissants (avec un décalage correspondant à la longueur du code) nous tirons parti de ce phénomène en effectuant le comptage par blocs glissants. Les paramètres du code sont alors identifiés en itérant sur la taille des blocs de lecture. Ce procédé a l’avantage d’avoir un faible coût et d’être résistant au bruit. Le test que nous effectuons repose sur le paradoxe des anniversaires. Nous observons une séquence binaire par blocs de taille t. Lorsqu’un symbole, de taille t, apparaît i fois dans la séquence on dit qu’il y a i.(i−1) 2 collisions. Nous comptons alors le nombre total de collisions que nous notons XN pour une séquence composée de N blocs. Dans un contexte non bruité cela correspond à XN = X N i=1 X j>i x(si , sj ) où x(si , sj ) = ( 1 si si = sj 0 sinon. 424.2 Test de collisions Nous pouvons alors comparer la probabilité de collisions observée et l’espérance de ce nombre pour des données aléatoires ou codées. En effet pour des données aléatoires, vues par bloc de taille t on a P(s = s ′ ) = 1 2 t et par linéarité de l’espérance on a : E [XN ] = X N i=1 X j>i E[x(si , sj )] = 1 2 t |{i, j ∈ J1, NK, j > i}| = N.(N − 1) 2 t+1 Le test statistique se déroule alors comme suit : Soit une séquence binaire observée, composée de N blocs de taille t. Nous comptons le nombre, noté Xobs, de collisions observées sur cette séquence. Après normalisation, la probabilité empirique, xobs, de collision, vaut xobs = 2.Xobs N.(N − 1) Pour observer de manière sûre une collision, pour des données aléatoires, il faut disposer d’au moins 2 t + 1 symboles soit t.(2t + 1) bits. Mais d’après le paradoxe des anniversaires on a une collision avec une probabilité supérieure ou égale à α pour cαt √ 2 t bits où cα = p −2 ln(1 − α). Lorsque nous avons i équations de parité, il faut disposer de cαt √ 2 t−i bits pour obtenir au moins une collision avec une probabilité supérieure ou égale à α. Le tableau suivant donne alors les quantités de données nécessaires pour différentes valeurs de α lorsque il existe une équation de parité avec t = 20. α Nombre de bits nécessaires 1/2 17 051 2/3 21 467 3/4 24 114 Nous nous plaçons dans le cas du canal binaire symétrique de probabilité d’erreur p et nous calculons dans la suite de ce chapitre la probabilité de collisions pour le code de parité ainsi que lorsque les données sont codées par un codeur convolutif et possèdent une équation de parité. Le cas du code de parité n’est pas utile en soit puisque nous nous intéressons uniquement aux codes convolutifs mais il facilite la compréhension de la probabilité de collisions en présence d’une équation de parité. Dans le cas non bruité, le modèle de probabilité de collisions s’étend lorsqu’il y a plusieurs équations de parité. Il est en revanche plus difficile d’établir des formules génériques pour les probabilités de collisions lorsqu’il existe plusieurs équations de parité. Nous verrons alors expérimentalement pour le canal binaire symétrique que la distinction entre des données codées possédant plusieurs équations de parité et des données aléatoires est claire. De plus, nous utilisons comme mesure le rapport entre la probabilité de collisions pour des données aléatoires et la probabilité de collisions empirique. 43Chapitre 4. Signature de codes convolutifs et recherche du dual par tests statistiques 4.3 Espérance du nombre de collisions Dans un contexte non bruité, deux symboles reçus sont égaux si et seulement si les symboles émis sont égaux. Cependant, dans un canal bruité, on peut obtenir une collision entre deux symboles reçus pour des symboles émis différents et inversement, deux symboles émis égaux peuvent correspondre à des symboles reçus différents. Nous pouvons donc observer des collisions sur la séquence reçue là où il n’y en avait pas sur la séquence non bruitée et inversement. Nous calculons alors la probabilité de collisions entre deux mots de code bruités pour le code de parité de longueur t. Ensuite, nous calculons cette même probabilité de collisions entre deux symboles ayant la taille d’une équation de parité. 4.3.1 Code de parité Nous supposons ici que la séquence émise est constituée de mots de code du code de parité de longueur t. Nous notons s et s ′ deux mots de code du code de parité choisis uniformément dans l’ensemble des mots de code. Ils sont émis dans un canal binaire symétrique de probabilités d’erreur p, et r et r ′ sont les symboles reçus correspondants. Nous calculons alors la probabilité que r soit égal à r ′ . Proposition 4.3.1 Soient r et r ′ deux mots de code du code de parité, de taille t, reçus après transmission à travers un canal binaire symétrique de probabilité d’erreur p alors P r = r ′
= 1 2 t−1 X t i=0 i pair  p 2 + (1 − p) 2 t−i (2p(1 − p))i t i ! Démonstration : Tout d’abord dans un bloc de taille t, le dernier bit dépend des t − 1 précédents par définition du code de parité. Donc il existe seulement 2t−1 blocs distincts. Lorsque le canal n’est pas bruité, c’est à dire p = 0, P(r = r ′ ) = P(s = s ′ ) = 1 2 t−1 . Notons s = s0s1 . . . st−i−1st−i . . . st−1 et s ′ = s ′ 0 s ′ 1 . . . s′ t−i−1 s ′ t−i . . . s′ t−1 Sans perdre de généralité on peut supposer que s et s ′ sont différents sur les i dernières positions et identiques sur les t−i premières. Appelons r et r ′ les versions bruitées de s et s ′ respectivement. Alors P(r = r ′ ) = P(r0 = r ′ 0 , . . . , rt−i−1 = r ′ t−i−1 , rt−i = r ′ t−i , . . . , rt−1 = r ′ t−1 ) Ces évènements sont indépendants dans un canal binaire symétrique donc P(r = r ′ ) = t Y−1 i=0 P(ri = r ′ i ) 444.3 Espérance du nombre de collisions Alors P(r0 = r ′ 0 ) = P(r0 = s0, r′ 0 = s ′ 0 ) + P(r0 = s0, r′ 0 = s0 ′ ) = (1 − p) 2 + p 2 et P(rt−1 = r ′ t−1 ) = P(rt−1 = st−1, r′ t−1 = st−1 ′ ) + P(rt−1 = st−1, r′ t−1 = s ′ t−1 ) = 2p(1 − p) De plus P(r0 = r ′ 0 ) = . . . = P(rt−i−1 = r ′ t−i−1 ) et P(rt−i = r ′ t−i ) = . . . = P(rt−1 = r ′ t−1 ). D’où pour s et s ′ fixé P(r = r ′ ) =  (1 − p) 2 + p 2 t−i (2p(1 − p))i . Or la différence de s et s ′ est de poids pair puisque la somme de deux mots de code est un mot de code. Donc il y a Pt i=0 i pair t i
possibilités de positionner cette différence. D’où P(r = r ′ ) = 1 2 t−1 X t i=0 i pair  (1 − p) 2 + p 2 t−i (2p(1 − p))i t i ! Remarque 4.3.2 Remarquons que lorsque p = 0 X t i=0 i pair  (1 − p) 2 + p 2 t−i (2p(1 − p))i t i ! = 1 donc on a bien P(r = r ′ ) = 1 2 t−1 dans ce cas. Ce qui correspond bien à l’intuition que l’on a. Donc, lorsque p = 0, la probabilité de collision est deux fois plus élevée pour le code de parité que pour des données aléatoires. Nous pouvons alors distinguer aisément des données codées par le code de parité, de données aléatoires, sur des blocs de taille t, quitte à itérer sur t. Dans ce cas, les blocs sont lus de manière disjointe naturellement. Notons PC la probabilité de collision pour le code de parité et Paléa la probabilité de collision, pour des données aléatoires. Le rapport PC Paléa est représenté dans la Figure 4.1 pour différents niveaux de bruit. Nous remarquons que lorsque le canal est bruité jusqu’à p = 10−3 , nous distinguons clairement la présence d’un code car le rapport des probabilités de collisions est proche de 2. Cependant, lorsque le bruit augmente, nous voyons qu’il sera toujours aisé de distinguer de très petits codes tandis que pour les codes de plus grandes longueurs (au delà de n = 10), cette distinction risque d’être moins claire voire impossible. Nous nous intéressons dans la suite de ce chapitre à la reconnaissance des paramètres d’un code convolutif. Soit C un code convolutif possédant une équation de parité de taille t, nous montrons à présent qu’il est possible de distinguer la présence d’une telle équation en observant la probabilité de collision sur des blocs de taille t. Nous établissons pour cela la probabilité de collisions attendue. 45 Caractérisation et d´etection de malware Android basées sur les flux d’information Radoniaina Andriatsimandefitra To cite this version: Radoniaina Andriatsimandefitra. Caract´erisation et d´etection de malware Android bas´ees sur les flux d’information. Cryptography and Security. Sup´elec, 2014. French. HAL Id: tel-01095994 https://hal.inria.fr/tel-01095994 Submitted on 16 Dec 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.2014 THÈSE DE DOCTORAT DOMAINE : STIC Spécialité : Informatique Ecole doctorale MATISSE présentée par Radoniaina Andriatsimandefitra Ratsisahanana préparée à l’unité de recherche CIDRE Confidentialité, Intégrité, Disponibilité, Répartition Supélec/INRIA Caractérisation et détection de malware Android basées sur les flux d’information Thèse soutenue à Supélec le (date) devant le jury composé de : Pascal Caron Maître de Conférence à l’université de Rouen / examinateur Anthony Desnos Ingénieur chez Google / examinateur invité Jean-Yves Marion Professeur à l’université de Lorraine / rapporteur Ludovic Mé Professeur à Supélec / directeur de thèse David Pichardie Professeur à l’ENS Rennes / examinateur Radu State Chercheur à l’université du Luxembourg/rapporteur Valérie Viet Triem Tong Professeur associé à Supélec / encadrant de thèseiiTable des mati`eres Table des figures vii Liste des tableaux xi 1 Introduction 1 2 Etat de l’art 5 ´ 2.1 Syst`eme Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1 Architecture du syst`eme Android . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.2 Applications Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 S´ecurit´e du syst`eme Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.1 M´ecanismes issus de Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.2 M´ecanismes propres `a Android . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3 Limites des m´ecanismes de s´ecurit´e Android . . . . . . . . . . . . 21 2.3.1 Abus de permission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3.2 Permissions : attaques par d´el´egation et attaques par collusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3.3 Communication entre composants via les intents . . . . 21 2.3.4 Failles logicielles : ´el´evation de privil`ege . . . . . . . . . . 23 2.4 Malware Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4.1 D´efinitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4.2 Malwares Android : 2010 `a 2011 [113] . . . . . . . . . . . 25 2.4.3 Malwares Android en 2013 . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.5 Renforcement de la s´ecurit´e sous Android . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.1 Protection des ressources sensibles . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.2 Communication entre processus et entre composants . . . 35 2.5.3 Abus des permissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.6 Suivi de flux d’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.6.1 Suivi de flux au sein d’une application . . . . . . . . . . . 42 2.6.2 Suivi de flux au niveau syst`eme . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.6.3 Suivi de flux au niveau hardware . . . . . . . . . . . . . . 44 2.7 Classification et d´etection de malware . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.8 Analyse d’applications Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.8.1 D´esassembleur, d´ecompilateur . . . . . . . . . . . . . . . . 48 iiiiv TABLE DES MATIERES ` 2.8.2 Comparaison d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3 Blare : un moniteur de flux d’information 55 3.1 Mod`ele th´eorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.1.1 Conteneurs d’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.1.2 Information et contenu courant d’un objet : itag . . . . . 56 3.1.3 Politique de flux d’information : pxqptag . . . . . . . . . . 57 3.1.4 Suivi et contrˆole de flux d’information . . . . . . . . . . . 59 3.2 D´efinition d’une politique de flux d’information . . . . . . . . . . 62 3.3 KBlare : suivi et contrˆole de flux via LSM . . . . . . . . . . . . . 65 3.4 AndroBlare : Blare sous Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.4.1 Communication entre processus : Binder . . . . . . . . . . 69 3.4.2 Suivi de flux d’information dans le Binder . . . . . . . . . 72 3.4.3 Ex´ecution des applications Android . . . . . . . . . . . . 74 3.4.4 Description des flux observ´es . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.4.5 Outils en espace utilisateur . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.5 AndroBlare : analyse d’applications Android . . . . . . . . . . . 85 4 Graphes de flux syst`eme 89 4.1 Graphe de flux syst`eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.2 Quelques op´erations utiles sur les SFG . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.2.1 Intersection de deux SFG : g1 [ g2 . . . . . . . . . . . . . 92 4.2.2 Inclusion d’un SFG dans un autre : g1 Ď g2 . . . . . . . . 93 4.2.3 Nœuds et arcs d’un SFG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.3 Construction d’un graphe de flux syst`eme . . . . . . . . . . . . . 93 4.4 SFG : profil comportemental d’une application . . . . . . . . . . 95 4.4.1 Analyse de DroidKungFu1 avec AndroBlare . . . . . . . . 95 4.4.2 Analyse du SFG de DroidKungFu1 . . . . . . . . . . . . . 96 4.5 Politique de flux d’information `a partir d’un SFG . . . . . . . . . 100 5 Caract´erisation et d´etection de malware 107 5.1 Caract´erisation de malware Android . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.2 Evaluation de la m´ethode de classification . . . . . . . . . . . . . ´ 111 5.2.1 Jeu de donn´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.2.2 Exp´erimentation et r´esultat . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.3 De la n´ecessit´e du filtrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.4 D´etection d’ex´ecution de malware Android . . . . . . . . . . . . . 121 5.5 Evaluation de la capacit´e de d´etection . . . . . . . . . . . . . . . ´ 122 6 Conclusion 129 A Ev`enements d´eclencheurs de code malveillant 133 ´ A.1 Outils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 A.2 BadNews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 A.3 DroidKungFu1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 A.4 DroidKungFu2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144TABLE DES MATIERES ` v A.5 jSMSHider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Publications 147 Bibliographie 149vi TABLE DES MATIERES `Table des figures 2.1 Architecture de la plateforme Android . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 Fichier MANIFEST.MF de l’application HelloActivity . . . . . . . . 18 2.3 Fichier .SF de l’application HelloActivity . . . . . . . . . . . . . 19 3.1 Extrait de la sortie de la commande ps sous Android 4.4 . . . . . 58 3.2 Exemple de contrˆole de flux d’information effectu´e par Blare . . 61 3.3 Design de Linux Security Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.4 Appel d’une m´ethode distante grˆace au Binder . . . . . . . . . . 70 3.5 S´equence de d´emarrage d’Android . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.6 M´ecanisme de notification de l’ex´ecution d’une application Android 77 3.7 Exemple de message lev´e par Blare sous Linux . . . . . . . . . . 84 3.8 Format des flux observ´es par Blare sous Android . . . . . . . . . 85 3.9 AndroBlare : environnement d’analyse d’application Android . . 87 4.1 Exemple de flux d’information causant l’apparition d’arcs parall`eles dans les SFG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.2 Exemple de SFG avec des arcs parall`eles . . . . . . . . . . . . . . 90 4.3 Graphe de d´ependance et SFG repr´esentant les flux d’information ayant pr´ec´ed´e la corruption d’un fichier f ilex . . . . . . . . . . . 92 4.4 Permissions demand´ees par un ´echantillons de DroidKungFu . . . 96 4.5 Liste des applications dans le menu du t´el´ephone apr`es l’installation d’une nouvelle application par un ´echantillon de DroidKungFu 97 4.6 Extrait du SFG d’un ´echantillon de DroidKungFu . . . . . . . . 98 4.7 Extrait des alertes lev´ees par l’´echantillon de DroidKungFu1 lors de l’´evaluation de la politique de Finger Scaner . . . . . . . . . . 104 5.1 S0 : sous-graphe en commun des ´echantillons de BadNews . . . . 115 5.2 S1 : sous-graphe en commun des ´echantillons de DroidKungFu 1 116 5.3 S2 : sous-graphe en commun des ´echantillons de DroidKungFu 2 117 5.4 S3 : Sous-graphe en commun des ´echantillons de jSMSHider . . . 117 5.5 Profil calcul´e lorsqu’aucun filtrage n’est r´ealis´e . . . . . . . . . . 119 5.6 Premier profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche . . . . . . 120 5.7 Second profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche . . . . . . . 120 5.8 Troisi`eme profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche . . . . . 120 viiviii TABLE DES FIGURES 5.9 Quatri`eme profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche . . . . . 120 A.1 Extrait du graphe d’appel de fonction d’un ´echantillon de BadNews137 A.2 Extrait du graphe d’appel de fonction d’un ´echantillon de DroidKungFu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Liste des listings 2.1 Partage d’une page web grˆace `a un intent implicite. Extrait du code du navigateur par d´efaut d’Android . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Fichier AndroidManifest.xml d’Angry Birds Space . . . . . . . 15 2.3 Exempe de code Java avec et sans r´eflexion . . . . . . . . . . . . 29 2.4 Extrait du code de l’application JetBoy fourni avec le SDK Android 49 2.5 Extrait du code smali de l’application JetBoy . . . . . . . . . . . 52 2.6 Extrait du code r´esultant de la d´ecompilation de l’application JetBoy avec le d´ecompilateur par d´efaut d’Androguard . . . . . . 53 3.1 Exemple de politique App Armor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.2 Liste des op´erations sur les fichiers support´ees par Binder . . . . 71 3.3 Signature de la fonction binder ioctl . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.4 Fonction de chargement en m´emoire du code d’une application . 78 3.5 D´eclaration d’une famille Generic Netlink dans le noyau pour le m´ecanisme de coop´eration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3.6 D´efinition d’une commande Generic Netlink pour notifier l’ex´ecution d’une application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.7 Enregistrement de la famille servant `a la notification d’ex´ecution des applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.8 Notification de l’ex´ecution d’une application par la machine virtuelle Dalvik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.1 Entr´ee dans le fichier packages.xml ajout´ee suite `a l’installation d’une nouvelle application par un ´echantillon de DroidKungFu . 99 4.2 Extrait de la politique BSPL de l’application Finger Scanner . . 105 5.1 Contenu du fichier sstimestamp.xml d’un ´echantillon de DroidKungFu1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 A.1 Fichier AndroidManifest.xml d’un ´echantillon de BadNews . . . 135 A.2 Code appel´e `a la r´eception d’un Intent par les composants de type Receiver d’un ´echantillon de BadNews . . . . . . . . . . . . 136 A.3 Extrait du code de la m´ethode sendRequest d’un ´echantillon de BadNews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 A.4 Code appel´e `a l’ex´ecution du composant AdvService d’un ´echantillon de BadNews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 A.5 Extrait du contenu du fichier AndroidManifest.xml d’un ´echantillon de DroidKungFu1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 ixx LISTE DES LISTINGS A.6 M´ethode onCreate du composant SearchService d’un ´echantillon de DroidKungFu1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 A.7 Contenu du fichier sstimestamp.xml d’un ´echantillon de DroidKungFu1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 A.8 M´ethode onCreate d’un composant service d’un ´echantillon de DroidKungFu2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144Liste des tableaux 2.1 Types de permission Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2 Exploits root connus et leur usage par les malware Android de 2010 `a 2011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.1 Intervalle de valeur du type int selon sa taille en bits . . . . . . 56 3.2 Blare : m´ethode de suivi de flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.3 Un extrait de la politique de flux d’information . . . . . . . . . . 64 3.4 Liste des hooks LSM utilis´es par KBlare pouvant engendrer un flux d’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.1 Nombre d’alertes lev´ees par Blare lors de l’ex´ecution des versions originales et infect´ees de trois applications en appliquant une politique BSPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.1 Classification des 19 ´echantillons de malware. . . . . . . . . . . . 114 5.2 Nombre de profils obtenus en variant le filtrage . . . . . . . . . . 118 5.3 R´esultat de d´etection sur les applications b´enignes provenant de Google Play. Taux de faux positif : 0% . . . . . . . . . . . . . . . 124 5.4 R´esultats de la d´etection sur 39 ´echantillons de malware. Taux de Vrai Positif : 100% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 xixii LISTE DES TABLEAUXListe des algorithmes 1 Construction d’un SFG `a partir des entr´ees d’un journal de Blare 94 2 Calcul d’une politique de flux d’information Blare `a partir d’un SFG101 3 Calcul des parties communes de SFG d’application caract´erisant son comportement malveillant et regroupement de ces SFG . . . . 109 4 One-step-classification function . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 5 D´etection de l’ex´ecution de malware Android bas´e sur les flux d’information caus´e dans le syst`eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 xiiixiv LISTE DES ALGORITHMESRemerciements Avant d’aborder le pourquoi de ce document, je tenais avant tout `a remercier les membres du jury d’avoir accept´e d’´evaluer mon travail : David Pichardie pour avoir accept´e de pr´esider le jury de ma th`ese, Radu State et Jean-Yves Marion pour avoir accept´e d’ˆetre les rapporteurs de ce m´emoire, Pascal Caron et Anthony Desnos pour avoir accept´e d’examiner mon travail. Je tiens ´egalement `a remercier Ludovic M´e et Val´erie Viet Triem Tong pour leur encadrement et leur implication dans la r´ealisation de ma th`ese, ainsi que le reste de l’´equipe pour ces trois ann´ees pass´ees ensemble. Finalement, un grand merci aux membres de ma famille et aux amis qui m’ont soutenu tout au long de la th`ese. Kudos au Langomatic (organisateurs, participants et staff du O’Connell’s) pour toutes ces soir´ees du lundi riches en rencontres et en diversit´es culturelles. xvxvi LISTE DES ALGORITHMESChapitre 1 Introduction Lanc´e officiellement en 2008, Android est devenu en quelques ann´ees le syst`eme d’exploitation le plus r´epandu sur les plateformes mobiles de type smartphone et tablette [72, 107, 71]. Au del`a de sa large adoption par le grand public, il a ´egalement suscit´e l’int´erˆet des d´eveloppeurs d’applications malveillantes qui voient dans le syst`eme Android, une cible potentielle d’attaque au mˆeme niveau que les ordinateurs de bureau `a cause de la diversit´e des donn´ees et services qu’ils proposent. Les appareils tournant sous Android offrent diff´erentes fonctionnalit´es allant du simple t´el´ephone `a celles des ordinateurs de bureau et assistants num´eriques personnels (pockets PC ou PDA). La combinaisons de toutes ces fonctionnalit´es font de ces appareils un point de concentration de divers donn´ees et services sensibles (liste de contact, messages, donn´ees de g´eolocalisation, etc.) et en cons´equence une cible de valeur pour les d´eveloppeurs de malware. Ces derni`eres ann´ees, nous avons ainsi vu l’apparition d’un nombre toujours grandissant d’applications malveillantes qui cherchent `a voler les donn´ees du t´el´ephone, les corrompre, espionner l’utilisateur, abuser des services offerts par le t´el´ephone, etc. A la vue du nombre grandissant des malware Android, il ` devient n´ecessaire de d´evelopper des outils d’analyse de malware afin de comprendre leur fonctionnement et plus tard les d´etecter. L’une des raisons de la prolif´eration de ces malware est l’insuffisance des m´ecanismes de s´ecurit´e Android `a d´etecter et bloquer de telles attaques et la facilit´e d’acc`es `a une partie des ressources sensibles du t´el´ephone. Android propose un ensemble de m´ethodes pour acc´eder ces ressources et ces acc`es n´ecessite une autorisation de la part de l’utilisateur au moment de l’installation. L’application est install´ee uniquement si l’utilisateur valide toutes les autorisations demand´ees par l’application. Toute application install´ee sur le t´el´ephone a ainsi acc`es aux ressources dont elle a demand´e l’acc`es sans que le syst`eme ne contrˆole l’usage qui est fait des ressources. Les premiers travaux li´es `a la s´ecurit´e d’Android sont donc focalis´es sur l’analyse des limites de la s´ecurit´e sous Android et sur une mani`ere de les combler. Enck et al. proposent par exemple dans [47] une v´erification des permissions demand´ees par les applications afin de s’assurer qu’elles ne soient trop dangereuses. Ce type d’approche a cependant une prin- 12 CHAPITRE 1. INTRODUCTION cipale limitation qui est de ne d´etecter que ce que nous savons ˆetre dangereux. Il ne permet donc pas de d´etecter et d’apprendre de nouvelles attaques. Dans ce th`ese nous adoptons une approche diff´erente qui est bas´ee sur les flux d’information. Un flux d’information d´ecrit un transfert d’information entre deux objets. Au niveau du syst`eme d’exploitation, il d´ecrit par exemple des communications entre deux applications ou des acc`es `a un fichier. Au lieu de nous focaliser sur les limitations du syst`eme Android pour identifier les sc´enarios d’attaque et les d´etecter par la suite, nous proposons d’apprendre comment les attaques ont lieu en analysant directement les malware et utiliser la base de connaissance acquise durant l’apprentissage pour d´etecter les malware. Selon les travaux de Zhou et al. la m´ethode d’infection principale utilis´ee par les d´eveloppeurs de malware est d’ajouter leur code malicieux `a des applications existantes et proposer les versions infect´ees de ces applications en t´el´echargement sur les plateformes de t´el´echargement tels que Google Play. En supposant qu’un malware soit distribu´e sous la forme de diff´erentes applications, nous pouvons supposer que les applications infect´ees par le mˆeme code malveillant ont partiellement un comportement similaire. En analysant les ´echantillons des malware et en isolant ces comportements similaires, nous pouvons ainsi `a la fois apprendre le comportement malveillant d’un malware et calculer un profil pour ce malware afin de le d´etecter. Le reste de ce document est divis´e comme suit. Le chapitre 2 pr´esente le contexte de ce travail et est divis´e en deux parties. La premi`ere partie concerne le syst`eme Android : l’architecture du syst`eme, ses points communs et diff´erences avec les syst`emes Linux, la notion d’applications Android, l’analyse des limites du mod`ele de s´ecurit´e d’Android, les menaces que repr´esentent les malware Android et les travaux essayant de combler ces limites. La deuxi`eme partie du chapitre introduit les bases n´ecessaires `a l’accomplissement de notre objectif. Nous y pr´esentons dans un premier temps la notion de suivi de flux d’information et les diff´erents niveaux existant pour observer les flux d’information. Par la suite nous pr´esentons comment les m´ethodes d’apprentissage peuvent ˆetre utilis´ees afin de classifier et d´etecter des malware. Nous pr´esentons pour cela quelques travaux connus exploitant les traces d’ex´ecution des malware pour les classifier. Le chapitre 3 pr´esente Blare le moniteur de flux d’information et son portage pour le syst`eme Android. Blare est un outil de d´etection d’intrusion param´etr´e par une politique de flux d’information afin de d´etecter les intrusions dans un syst`eme. Ayant ´et´e d´evelopp´e pour les syst`emes Linux, il ne prenait ainsi pas en compte une partie des flux existant sous Android. Ces flux sont li´es `a des m´ecanismes propres `a Android qui n’existent pas sous Linux. Dans un premier temps, nous pr´esentons donc ces m´ecanismes et les flux d’information qu’ils causent qui ´etaient invisibles `a Blare. Ensuite, nous pr´esentons comment nous avons pris en compte ces m´ecanismes et am´elior´e ainsi l’observation des flux d’information sous Android. Le r´esultat de ces am´eliorations, AndroBlare, est ce qui nous sert d’environnement d’analyse durant cette th`ese. Le chapitre 4 introduit une structure de donn´ee appel´ee graphe de flux syst`eme ou System Flow Graph. Cette structure d´ecrit de mani`ere compacte et plus compr´ehensible les flux d’information que Blare observe dans les syst`emes.3 Un des objectifs de cette th`ese est de comprendre le fonctionnement d’un malware en l’analysant dans notre environnement d’analyse AndroBlare. Apr`es avoir pr´esent´e la structure, nous montrons dans ce chapitre, `a travers l’analyse d’un ´echantillon de malware, l’utilit´e de la structure pour repr´esenter le comportement d’un malware et comprendre son comportement. Cette structure repr´esentant le comportement d’une application, nous montrons ´egalement qu’elle peut assister un d´eveloppeur dans la cr´eation d’une politique de flux d’information pour son application. Enfin, le chapitre 5 pr´esente notre approche afin de classifier et d´etecter les malware Android. La classification consiste `a regrouper les ´echantillons d’un malware avec un comportement similaire et extaire un profil caract´erisant les ´echantillons d’un mˆeme groupe. Cette classification s’apparente `a un apprentissage non supervis´e et nous pr´esentons dans ce chapitre comment nous le r´ealisons puis l’´evaluons avec un ensemble d’´echantillons de malware. La d´etection consiste `a utiliser les profils calcul´es durant la classification pour d´etecter d’autres ´echantillons de malware. Nous pr´esentons ainsi en deuxi`eme partie de ce chapitre comment nous utilisons AndroBlare et les profils calcul´es pour d´etecter l’ex´ecution de malware et ´evaluons l’approche avec d’autres ´echantillons.4 CHAPITRE 1. INTRODUCTIONChapitre 2 Etat de l’art ´ L’objectif de cette th`ese est de d´evelopper une m´ethode afin de caract´eriser et d´etecter les malwares Android. La r´ealisation de cet objectif s’est faite en plusieurs ´etapes : le portage du moniteur de flux d’information Blare pour le syst`eme Android, la proposition d’une structure de donn´ee pour repr´esenter les profils d’une application et une m´ethode de calcul de profil des malwares Android ainsi que de leur d´etection. Dans ce premier chapitre, nous introduisons dans un premier temps le syst`eme Android : son architecture, la notion d’application Android et le mod`ele de s´ecurit´e d’Android. Ensuite, nous montrons en section 2.3 et 2.4 les limites du m´ecanisme de s´ecurit´e Android ainsi qu’un aper¸cu des menaces que repr´esentent les malware Android. La section 2.5 pr´esente ensuite les diff´erents travaux visant `a combler les limites du m´ecanisme de s´ecurit´e d’Android ainsi qu’`a d´etecter les attaques visant le syst`eme. L’approche pour laquelle nous avons opt´ee est bas´ee sur les flux d’information au niveau du syst`eme. La section 2.6 pr´esente ainsi diff´erents travaux li´es au suivi de flux d’information et une discussion sur les apports et limitations de ces approches. Une partie des exp´erimentations que nous menons dans cette th`ese consiste `a ex´ecuter des ´echantillons de malware Android et plus pr´ecis´ement leur code malveillant. Comme ´evoqu´e dans les travaux de Zhou et al. dans [113], certains malware v´erifient un nombre de conditions avant d’ex´ecuter leur code malveillant. Afin d’identifier ces conditions, il est n´ecessaire d’analyser statiquement les ´echantillons des malware concern´es. Nous pr´esentons ainsi en section 2.8 un ensemble d’outils d’analyse statique des applications Android. 2.1 Syst`eme Android Android partage une base commune aux syst`emes Linux qui est le noyau et un ensemble de commandes et utilitaires n´ecessaires. Dans cette section, nous pr´esentons dans un premier temps l’architecture du syst`eme Android, celle de ses applications et les m´ecanismes de s´ecurit´e fournis avec le syst`eme. 56 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ 2.1.1 Architecture du syst`eme Android Le syst`eme Android est divis´e en plusieurs couches comme illustr´e sur la figure 2.1. La partie la plus basse repr´esente le cœur du syst`eme, c’est-`a-dire le noyau, et le reste l’espace utilisateur. 2.1.1.1 Noyau Android Le noyau Android est une version modifi´ee du noyau Linux 1 et repr´esente le cœur du syst`eme. Le noyau est le programme servant d’interface entre les diff´erents composants du syst`eme (p´eriph´eriques, processus, fichiers etc). Parmi les modifications notables apport´ees dans le noyau Android, nous pouvons citer les m´ecanismes binder, ashmem, wakelock, low memory killer, logger, RAM console et Paranoid Networking. Binder est un m´ecanisme de communication entre processus et d’appel de m´ethodes distantes. L’appel de m´ethodes distantes, appel´e Remote Procedure Call en anglais, consiste `a faire ex´ecuter une m´ethode par une entit´e distante. Il est inspir´e du projet OpenBinder [81]. Comme nous le verrons par la suite, il est un ´el´ement essentiel du fonctionnement du syst`eme Android. Ashmem pour Anonymous Shared Memory est un m´ecanisme de partage de m´emoire similaire `a celui du noyau Linux shm. Il est utilis´e pour partager les donn´ees entre applications Android. Parmi les ”nouveaut´es” apport´ees par ashmem il y a par exemple l’usage de compteur pour connaˆıtre le nombre de processus faisant r´ef´erence `a une zone de m´emoire partag´ee et ´eviter les fuites de m´emoire. Wakelock est un m´ecanisme servant `a notifier le noyau de ne pas se mettre en veille. Contrairement aux syst`emes Linux, le syst`eme Android essaie par d´efaut de se mettre en veille ´etant donn´e qu’il est destin´e `a tourner sur des appareils `a ressources limit´ees. Lors d’ex´ecution de code ne devant ˆetre interrompu, le wakelock est ainsi utilis´e pour dire au syst`eme de rester ´eveill´e. Low memory killer est un m´ecanisme utilis´e par le noyau pour lib´erer de la m´emoire lorsqu’il ne reste plus assez de m´emoire. Logger est un m´ecanisme de journalisation qui ´ecrit les ´ev`enements du syst`eme uniquement dans des zones allou´ees en m´emoire. Contrairement aux syst`emes Linux traditionnels, les ´ev`enements ´ecrits dans le journal du syst`eme ne sont ainsi jamais ´ecrits dans un fichier. RAM Console est un m´ecanisme qui pr´eserve en m´emoire le contenu des ´ev`enements syst`emes ajout´es par du code noyau (via la fonction printk) lors de la pr´ec´edente ex´ecution du syst`eme. Son contenu est accessible via le fichier /proc/last kmsg. Sous Linux, le contenu du journal des ´ev`enements syst`emes sont stock´es de mani`ere persistante dans les fichiers sous le r´epertoire /var/log/. Ce n’est pas le cas sous Android et en cas de crash du syst`eme par exemple, il devient impossible de r´ecup´erer les ´ev`enements qui ont amen´e au crash. RAM Console est ainsi ´et´e cr´e´e pour r´esoudre cette limitation du syst`eme de journalisation sous Android. 1. Noyau utilis´e par les distributions de type Linux telles que Debian et Ubuntu2.1. SYSTEME ANDROID ` 7 Paranoid Network est un m´ecanisme contrˆolant l’acc`es des applications au r´eseau. Sous Linux, toute application a le droit d’utiliser les sockets et acc´eder au r´eseau. La socket est la structure de base li´ee aux op´erations r´eseaux sous Linux. Sous Android, l’inverse est la r`egle car seule les applications avec une autorisation explicite sont autoris´ees `a cr´eer des sockets et communiquer sur le r´eseau. 2.1.1.2 Espace utilisateur L’espace utilisateur sous Android peut ˆetre divis´e en plusieurs parties comme illustr´e sur la figure 2.1. La couche Applications renferme les applications fournies par d´efaut sur le t´el´ephone ainsi que celles qui seront install´ees plus tard par l’utilisateur. Il s’agit des applications avec lesquelles l’utilisateur pourra interagir en g´en´eral (ex : application de messagerie et gestion des contacts). Les applications Android sont principalement ´ecrites en Java. Android donne cependant la possibilit´e d’´ecrire du code natif et de l’appeler au sein de l’application grˆace `a une interface appel´ee Java Native Interface dont le rˆole est d’interfacer du code Java avec du code natif ´ecrit en C. Android framework est l’ensemble des services et ressources fournies par le syst`eme Android. Il s’agit principalement de services tournant dans quelques processus cl´es du syst`eme Android tels que system server et mediaserver. La commande service list retourne sous Android la liste des services pr´esents dans le syst`eme. Sous Android 2.3, la commande retourne une liste de 50 services et sous Android 4.2 68 services. Parmi ces services nous pouvons citer ServiceManager, LocationManager. ServiceManager recense tous les autres services tournant sur le t´el´ephone et joue un rˆole d’annuaire pour les applications souhaitant acc´eder `a un service en particulier sur le t´el´ephone. Lorsqu’une application de navigation souhaite par exemple connaˆıtre la localisation de l’utilisateur, elle va dans un premier temps demander au Service-Manager la r´ef´erence de Location Service. Une fois cette r´ef´erence r´ecup´er´ee, elle pourra demander `a Location Service les donn´ees de g´eolocalisation. Surfaceflinger est un autre service avec un rˆole crucial sous Android. C’est lui qui est charg´e de composer et dessiner ce que les diff´erentes applications souhaitent afficher `a l’´ecran de l’appareil. Android runtime est l’environnement d’ex´ecution des applications Android. Il contient la biblioth`eque Java utilisable par les applications ainsi qu’une machine virtuelle appel´ee Dalvik. La biblioth`eque reprend une partie de la biblioth`eque Java standard plus quelques biblioth`eques suppl´ementaires propres `a Android. La machine virtuelle Dalvik elle interpr`ete le bytecode dans lequel les applications Android ont ´et´e compil´ees. Le bytecode dalvik est diff´erent du bytecode Java d’o`u l’usage de Dalvik `a la place des machines virtuelles Java standard. Depuis Android 4.4, une deuxi`eme machine virtuelle, ART [85, 99], qui est livr´ee sous forme exp´erimentale avec la plateforme. Libraries renferme les biblioth`eques natives du syst`eme. Elles sont g´en´eralement utilis´ees par les applications natives du syst`eme. Parmi les biblioth`eques nous8 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ Kernel Libraries HAL Android framework Android runtime Applications Binder Audio driver ext4 Power management Ashmem Dalvik VM Bionic OpenGL Webkit SSL Camera HAL Audio HAL ... ... Surface Flinger Camera Service Package Manager Native tools and daemons Wakelock ... Core libraries Location Service ... Clock Contacts Launcher Email ... Display driver LSM Bluetooth driver SMS SQLite Service Manager Figure 2.1 – Architecture de la plateforme Android pouvons par exemple citer bionic qui renferme entre autres une biblioth`eque C et une biblioth`eque pour le support du C++. Selon la page Wikip´edia sur bionic [3], il s’agit d’une version modifi´ee de la biblioth`eque standard C de BSD et est propre `a Android. Si les applications utilisateurs sont des applications ´ecrites en Java, il existe tout de mˆeme quelques applications natives dans le syst`eme. Il s’agit de services propres au syst`eme et de quelques outils en ligne de commande qui peuvent s’av´erer utiles pour un d´eveloppeur. Ces applications n’ont pas pour but d’ˆetre utilis´ees par l’utilisateur lambda. HAL ou Hardware Abstraction Layer sert d’interface standard entre le syst`eme et les pilotes des p´eriph´eriques pr´esents sur l’appareil (ex : cam´era, capteur etc). Les constructeurs ´ecrivent ainsi les pilotes `a leur guise mais doivent fournir les m´ethodes correspondant aux interfaces HAL pour que le syst`eme puisse utiliser les p´eriph´eriques.2.1. SYSTEME ANDROID ` 9 2.1.1.3 Communications entre processus Android est un environnement d’ex´ecution o`u les applications sont pouss´ees `a collaborer pour fonctionner. Le but de cette collaboration est de limiter la duplication de code dans les applications et de proposer un ensemble assez grand de fonctionnalit´es aux diff´erentes applications du syst`eme. Un exemple illustrant cette collaboration est l’application cam´era. Pour utiliser la cam´era d’un appareil, une application doit connaˆıtre son mode de fonctionnement exact sachant qu’une cam´era peut ˆetre diff´erente d’un mod`ele de t´el´ephone `a un autre. Pour faciliter la tˆache au d´eveloppeur de l’application, l’application cam´era du t´el´ephone propose une interface permettant aux autres applications de prendre des photos ou enregistrer des vid´eos `a leur place puis leur transmettre le r´esultat. Ce syst`eme de collaboration repose plusieurs fonctionnalit´es du syst`eme. Du point de vue des d´eveloppeurs d’application, la collaboration repose sur l’usage des intents et des composants Content Provider pour ´echanger des messages et partager du contenu. Nous donnons plus de d´etail sur ces m´ecanismes dans la section 2.1.2.1. A un niveau plus bas, la collaboration repose sur deux fonc- ` tionnalit´es d’Android que sont Binder et Ashmem. Comme nous l’avons ´ecrit en section 2.1.1, ces deux m´ecanismes servent `a effectuer des appels distants de proc´edure et partager des zones de m´emoire entre processus. 2.1.2 Applications Android 2.1.2.1 Architecture d’une application : les diff´erents composants Une application Android est ´ecrite en Java. Contrairement aux applications Java standard, une application Android peut poss´eder plusieurs points d’entr´ee. Plus pr´ecis´ement, une application Android peut avoir plusieurs composants et chacun d’eux peut-ˆetre un point d’entr´ee dans le programme. Il existe quatre types de composants : Activity, ContentProvider, Service et BroadcastReceiver. Activity Un composant Activity est une interface utilisateur. Une application de messagerie ´electronique peut par exemple avoir trois composants Activity : un pour naviguer entre les r´epertoires de la messagerie, le deuxi`eme pour l’affiche d’un message et le dernier pour l’´edition et l’envoi. ContentProvider Un ContentProvider est un composant servant au partage de donn´ees d’une application. Son rˆole est de servir d’interface entre l’application souhaitant acc´eder aux donn´ees et les donn´ees. Ces donn´ees sont g´en´eralement stock´ees dans une base de donn´ees locale SQLite mais aucune restriction n’est impos´ee sur la mani`ere de stocker les donn´ees. La liste des contacts est par exemple stock´ee dans une base de donn´ees locales dont l’acc`es se fait `a travers un composant de type ContentProvider.10 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ Service Un service est un composant effectuant des tˆaches en arri`ere plan. Il est utilis´e pour effectuer de longue tˆaches internes `a l’application ou `a ex´ecuter une tˆache `a la demande d’une application. Dans un client File Transfer Protocol, un service est utilis´e pour envoyer les donn´ees sur le r´eseau `a les recevoir. Cela ´evite de bloquer l’application jusqu’`a la fin de l’envoi. BroadcastReceiver Un BroadcastReceiver est un composant utilis´e pour ´ecouter les messages en large diffusion sur le syst`eme. Un exemple de ce type de message est la r´eception d’un nouveau SMS. Lorsqu’un nouveau SMS est re¸cu par le t´el´ephone, le syst`eme envoie un message en broadcast pour notifier les diff´erentes applications d’envoi et r´eception de SMS. Ce composant ne poss`ede aucune interface graphique et n’est pas cens´e ex´ecuter de longues tˆaches. 2.1.2.2 Intents : communication entre composants Un intent est un message utilis´e par les composants des applications pour communiquer entre eux. Plus pr´ecis´ement, il est utilis´e pour ex´ecuter que le destinataire ex´ecute une requˆete `a la demande de l’´emetteur. Le composant ´emettant l’intent et celui la recevant ne font pas forc´ement partie de la mˆeme application. Un intent a deux usages principaux : lancer un composant Activity ou Service et diffuser un message dans le syst`eme aux composants BroadcastReceiver. Nous parlerons alors dans ce cas de broadcast intent. Il existe diff´erentes m´ethodes fournies par l’API Android lancer un composant Activity ou Service et diffuser un intent dans le syst`eme. Ces m´ethodes peuvent ˆetre class´ees selon le type de composant cibl´e. Les m´ethodes utilis´ees pour envoyer un intent `a un composant de type Activity et Service sont les m´ethodes dont le nom commencent respectivement par startActivity et startService. Quant aux m´ethodes utilis´ees pour diffuser un intent `a des composants BroadcastReceiver, leur noms sont pr´efix´es par sendBroadcast. Un intent peut avoir plusieurs attributs dont quatre principaux : component name, action, data et category. Ces attributs servent `a d´efinir le(s) destinataire(s) de l’intent et les donn´ees `a transmettre. Component name d´esigne le nom du composant destin´e `a recevoir le message. Si une valeur est associ´ee `a cet attribut, l’intent est dit explicite. Dans le cas contraire, il est dit implicite et il appartient au syst`eme de d´efinir le destinataire du message. S’il existe plusieurs destinataires possibles, le syst`eme demandera `a l’utilisateur de choisir le destinataire `a qui le message sera envoy´e. Ce m´ecanisme est appliqu´e uniquement lorsque les destinataires possibles sont de type Activity. S’il s’agit de Service, le syst`eme fera lui-mˆeme le choix. Dans le code du listing 2.1 par exemple, la fonction sharePage ´emet un intent afin de partager une URL sans d´efinir le composant destinataire. A son ´emission, le syst`eme d´eterminera donc une liste ` de destinataires pouvant recevoir l’intent et proposera `a l’utilisateur de choisir parmi les ´el´ements de cette liste. Pour ce type d’action, Android proposera au moins dans la liste l’application de messagerie ´electronique, le presse papiers et le bluetooth. Pour les messages de type broadcast intent, le syst`eme enverra `a tous les composants Broadcast Receiver ´eligibles. Action est une2.1. SYSTEME ANDROID ` 11 chaˆıne de caract`ere et d´esigne l’action demand´ee par l’application. Data est une adresse pointant vers la donn´ee `a traiter ou le type de donn´ees `a traiter. Category d´esigne une ou plusieurs cat´egories de composants cens´es recevoir le message. Les cat´egories n’ont aucun lien avec les quatre types de composant d’une application Android. A partir de ces attributs, le syst`eme d´efinit le ou les ` destinataires de l’intent. Deux autres attributs peuvent s’ajouter aux quatre pr´ec´edents : les flags et les extras. Le syst`eme ne les utilise pas pour d´efinir le ou les destinaire(s) de l’intent. Les flags sont des attributs destin´es plus au syst`eme qu’au destinataire du message. Une analyse rapide de la liste des flags fournis par Android montre qu’ils ont un usage assez vari´e. Ils servent par exemple `a d´el´eguer une permission d’acc`es en lecture ou ´ecriture aux donn´ees associ´ees `a l’intent ou `a choisir des groupes d’applications pouvant recevoir le message. Nous ne donnerons pas plus de d´etail sur cet attribut dans cette th`ese mais la liste des flags fournis par Android sont disponibles dans la documentation de la m´ethode setFlags de la classe Intent [84]. Les extras permettent de transmettre des informations additionnelles au destinataire du message. Il s’agit d’une liste de couple cl´e valeur. Dans le code du listing 2.1, l’intent ´emis par la fonction contient quatre attributs de type extras. Ces attributs servent dans cet exemple `a transmettre des donn´ees li´ees `a l’URL de la page `a partager : le titre de la page, une icˆone et une capture d’´ecran. 1 static final void sharePage(Context c, String title, String url, 2 Bitmap favicon, Bitmap screenshot) { 3 Intent send = new Intent(Intent.ACTION_SEND); 4 send.setType("text/plain"); 5 send.putExtra(Intent.EXTRA_TEXT, url); 6 send.putExtra(Intent.EXTRA_SUBJECT, title); 7 send.putExtra(Browser.EXTRA_SHARE_FAVICON, favicon); 8 send.putExtra(Browser.EXTRA_SHARE_SCREENSHOT, screenshot); 9 try { 10 c.startActivity(Intent.createChooser(send, c.getString( 11 R.string.choosertitle_sharevia))); 12 } catch(android.content.ActivityNotFoundException ex) { 13 // if no app handles it, do nothing 14 } 15 } Listing 2.1 – Partage d’une page web grˆace `a un intent implicite. Extrait du code du navigateur par d´efaut d’Android Remarque : Afin qu’un composant A puisse recevoir un intent d’un composant appartenant `a une application autre que la sienne, il faut que ce composant A soit d´eclar´e avec l’attribut exported dans le fichier AndroidManifest.xml de12 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ son application (section 2.1.2.4). Cet attribut est cependant implicite lorsqu’un intent filter est d´eclar´e pour ce composant. 2.1.2.3 Intent-filter Dans la section pr´ec´edente, nous avons pr´esent´e les intents, un type de message utilis´e par les composants d’une application pour communiquer avec d’autres composants. Lors de l’´emission de l’intent, le syst`eme calcule `a partir des attributs associ´es `a l’intent le(s) destinataire(s) du message. Deux cas peuvent se pr´esenter. Dans le premier cas, l’´emetteur a d´efini explicitement le destinataire (explicit intent). Le message est donc transmis directement au destinataire choisi par l’´emetteur. Dans le second cas, l’´emetteur n’a pas d´efini de destinataire et il appartient au syst`eme de le d´efinir (implicit intent). Lorsque ce cas se pr´esente, le syst`eme d´efinit la liste des destinataires possibles grˆace `a un filtre d´eclar´e par chaque application appel´ee intent filter. Ce dernier d´efinit pour chaque composant quels sont les intents que le composant souhaite recevoir et est d´eclar´e dans le fichier AndroidManifest.xml qui accompagne chaque application Android. Nous donnons plus de d´etail sur le contenu de ce fichier dans la section 2.1.2.4 et nous nous contentons ici d’expliquer la partie sur les intent filters. Chaque composant d’une application est d´eclar´ee dans ce fichier et chaque d´eclaration est accompagn´ee de diverses informations telles que l’intent filter. L’intent filter d´eclare au syst`eme les intents que chaque composant peut traiter. Ce filtrage est d´ecrit par une liste d’attributs d’intents que les intents transmis aux composants doivent avoir. Dans le listing 2.2 par exemple, l’application filtre les intents que deux de ses composants peuvent recevoir. Le premier composant, App, ne peut recevoir que les intents dont les attributs action et category ont respectivement comme valeur associ´ee android.intent.action.MAIN et android.intent.category.LAUNCHER. Quant au deuxi`eme composant, BillingReceiver, il ne peut recevoir que des intents auquel l’attribut action est associ´e `a la valeur com.android.vending.billing.RESPONSE CODE. 2.1.2.4 Android Package Android Package est la forme sous laquelle une application est propos´ee `a l’utilisateur. Il s’agit d’une archive, commun´ement appel´ee apk, contenant le code de l’application et les ressources qu’elle utilise. Nous pr´esentons dans ce qui suit le contenu principal d’un apk. AndroidManifest.xml AndroidManifest.xml est un fichier xml contenant les informations li´ees `a l’application qui sont n´ecessaires au syst`eme. Il est cr´e´e par le d´eveloppeur de l’application. Parmi les informations qu’il contient, nous pouvons citer : — le nom du package de l’application — le composant Activity `a lancer au lancement de l’application2.1. SYSTEME ANDROID ` 13 — la liste des composants de l’application et les informations qui sont li´es aux composants (ex : permission pour acc´eder `a un composant Service sensible, les Intents attendus par les composants de l’application etc) — les permissions demand´ees par l’application (ex : read sms pour lire les SMS) — les permissions d´eclar´ees par l’application — les biblioth`eques utilis´ees par l’application — le niveau minimal du SDK Android pour que l’application puisse fonctionner Le listing 2.2 pr´esente le fichier AndroidManifest.xml d’une version d’Angry Birds Space. A la deuxi`eme ligne, sont d´efinis l’endroit o`u l’application sera ` install´ee (ici laiss´e au choix du syst`eme) et le nom du package de l’application. De la ligne 4 `a la ligne 11 sont ensuite list´ees les permissions demand´ees par l’application. Ici l’application demande par exemple acc`es `a la m´emoire externe, au r´eseau, aux informations li´ees au t´el´ephone, aux donn´ees de g´eolocalisation et au syst`eme de payement propos´e par Google. La ligne 13 d´ecrit comment l’application sera pr´esent´ee dans le menu des applications une fois install´ee : l’icˆone `a utiliser et le nom `a afficher. Le reste du fichier liste les composants de l’application et les informations qui y sont li´ees. L’application a ainsi quatre composants dont deux de type Activity, un de type Service et un de type BroadcastReceiver. Comme expliqu´e pr´ec´edemment, filtrer les messages Intent `a destination des composants de l’application est possible. Dans AndroidManifest.xml, cela se fait via les entr´ees intent-filter. Ainsi le premier Activity ne recevra que les intents dont l’attribut action a la valeur android.intent.action.MAIN et la cat´egorie est android.intent.category.LAUNCHER. Cela signifie que c’est ce composant qui sera lanc´e lorsque l’utilisateur cliquera sur l’icˆone de l’application dans le menu de son t´el´ephone. Quant au Broadcast Receiver, il ne r´eagira qu’aux intents dont l’attribut action vaut com.android.vending.billing.RESPONSE CODE Classes.dex Le code de chaque classe d’une application Java standard est stock´e dans des fichiers .class diff´erents. Sous Android, ce n’est pas le cas. Tout est stock´e dans un seul et unique fichier qui est classes.dex. De plus, si le code des applications Java est lui compil´e en bytecode Java, celui des applications Android est lui compil´e dans un autre format qui est le bytecode dalvik. C’est le contenu de ce fichier, ou plus pr´ecis´ement une version optimis´ee de celui-ci, qui sera interpr´et´e par la machine virtuelle Dalvik pour ex´ecuter l’application. Autres Un apk contient d’autres entr´ees telles que les r´epertoires META-INF, res, jni et lib. Le r´epertoire META-INF contient ainsi des fichiers li´es au contrˆole d’int´egrit´e de l’application et `a l’identification de son d´eveloppeur. Le r´epertoire res contient les ressources utilis´ees par l’application telles que des images, sons, etc.14 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ Les r´epertoires jni et lib contiennent les biblioth`eques utilis´ees par l’application. Nous avons pr´esent´e dans cette section le syst`eme Android : le noyau, l’espace utilisateur en insistant sur les applications et la mani`ere dont ils coop`erent. Dans la section qui suit, nous pr´esentons les diff´erents m´ecanismes de s´ecurit´e prot´egeant ce syst`eme.2.1. SYSTEME ANDROID ` 15 1 5 9 21 22 27 32 33 36 37 40 42 43 44 Listing 2.2 – Fichier AndroidManifest.xml d’Angry Birds Space16 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ 2.2 S´ecurit´e du syst`eme Android Nous avons ´ecrit dans la section pr´ec´edente que le noyau d’Android ´etait un noyau Linux avec un ensemble de modifications et d’ajouts. Une partie des m´ecanismes de s´ecurit´e offerts par Android proviennent ainsi du syst`eme Linux auxquels s’ajoutent des m´ecanismes propres `a Android. Ces m´ecanismes ont pour but de prot´eger les applications les unes des autres, les communications entre applications et les ressources sensibles disponibles dans le syst`eme. 2.2.1 M´ecanismes issus de Linux Le noyau d’Android est une version modifi´ee du noyau Linux. Il b´en´eficie ainsi des m´ecanismes offerts par les noyaux et syst`emes Linux : syst`eme multiutilisateur, contrˆole d’acc`es (lecture, ´ecriture et ex´ecution) bas´e sur les utilisateurs et isolation par processus. 2.2.1.1 Syst`eme multi-utilisateur et contrˆole d’acc`es Android supporte l’existence de plusieurs utilisateurs dans le syst`eme et utilise le m´ecanisme de contrˆole d’acc`es fourni par Linux. L’acc`es aux diff´erentes ressources dans le syst`eme est ainsi d´efini par des droits d’acc`es en lecture, ´ecriture et ex´ecution. Ces acc`es sont d´efinis pour trois entit´es : le propri´etaire, le groupe propri´etaire et les autres. Il existe un ensemble pr´ed´efini d’utilisateurs par d´efaut sur les syst`emes Android dont une partie est associ´ee au fonctionnement interne du syst`eme. Parmi ces utilisateurs nous pouvons citer root qui est l’utilisateur avec les droits les plus ´elev´es dans les syst`emes de type Linux et Android et l’utilisateur system qui est associ´e aux diff´erentes ressources n´ecessaires au fonctionnement du syst`eme tels que les biblioth`eques natives partag´ees. Tout au long de l’ex´ecution du syst`eme, la liste des utilisateurs peut ensuite ´evoluer. En effet, d’autres utilisateurs sont cr´e´es `a chaque fois qu’une application est install´ee sur le syst`eme 2 . Ces utilisateurs ont g´en´eralement des droits restreints `a savoir qu’ils ont uniquement acc`es aux ressources appartenant `a l’application `a laquelle ils sont associ´es. Cette restriction ´evite ainsi que les donn´ees de fichier appartenant `a une application ne soit lues ou modifi´ees par une autre application. 2.2.1.2 Isolation des applications En plus d’associer des utilisateurs diff´erents `a chaque application, Android les cloisonne ´egalement en les ex´ecutant dans des processus diff´erents et en leur attribuant des r´epertoires diff´erents dans lesquels les applications stockent les donn´ees qu’il manipulent. Les processus associ´es `a chaque application s’ex´ecutent avec les droits de l’utilisateur associ´e `a l’application et les r´epertoires appartiennent ´egalement `a l’utilisateur auquel l’application est associ´ee. Ce cloison- 2. Il existe une exception `a cette r`egle o`u une application peut demander `a partager le mˆeme identifiant d’utilisateur que d’autres applications. Voir la section 2.1.2.4.2.2. SECURIT ´ E DU SYST ´ EME ANDROID ` 17 Type Description normal Valeur par d´efaut des permissions. Elle est automatiquement accord´ee a toute application la demandant. dangerous N´ecessite une validation de la part de l’utilisateur afin d’accorder la permission. Exemple : read sms pour l’acc`es aux SMS. signature Permission accord´ee uniquement si l’application la demandant est sign´ee avec le certificat du d´eveloppeur ayant d´eclar´ee la permission. signatureOrSystem Permission accord´ee uniquement aux applications system, plus pr´ecis´ement celles dans la partition system, ou `a celles ayant ´et´e sign´ees avec le mˆeme certificat que l’application ayant d´eclar´ee la permission. Table 2.1 – Types de permission Android nement ´evite ainsi qu’une application interf`ere avec l’ex´ecution d’une autre application ou qu’elle modifie les donn´ees d’une autre application. 2.2.1.3 Chiffrement de la partition de donn´ees Depuis la version 3.0 d’Android, le syst`eme offre la possibilit´e de chiffrer la partition data. Cette partition contient l’ensemble des applications du t´el´ephone, `a l’exception des applications fournies par d´efaut que l’utilisateur ne peut d´esinstaller, ainsi que les donn´ees qu’elles manipulent. Le chiffrement est r´ealis´e grˆace au module dm-crypt [15] fourni par le noyau. 2.2.2 M´ecanismes propres `a Android 2.2.2.1 Permissions Android propose un ensemble de ressources sensibles aux applications install´ees sur le t´el´ephone (r´eseau, cam´era, syst`eme de g´eolocalisation, bluetooth, etc.). Pour les utiliser, une application devra d´eclarer les permissions correspondantes. Une application souhaitant lire les sms devra par exemple avoir la permission read sms. A l’installation, l’utilisateur valide les permissions de- ` mand´ees par l’application. Pour que l’installation se fasse, il doit toutes les accepter. Une fois l’application install´ee, plus aucune validation n’est n´ecessaire de la part de l’utilisateur. La seule exception est l’envoi de messages `a des num´eros surtax´es o`u l’utilisateur doit valider 3 chaque envoi. Il existe quatre types de permission que nous r´esumons dans le tableau 2.1. 3. fonctionnalit´e disponible depuis Android 4.218 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ Name: AndroidManifest.xml SHA1-Digest: 9FiHXTmeVecbFb3enszaSlXIZp0= Name: res/layout/hello_activity.xml SHA1-Digest: BJz/aHbKT/Or0LwKJZ/jxN+WzmE= Name: resources.arsc SHA1-Digest: khWw+6lJ8dfajIaKkvbCuQ7YYzI= Name: classes.dex SHA1-Digest: +aR5lPSRcAvOrX+OhsxELXB1qGg= Figure 2.2 – Fichier MANIFEST.MF de l’application HelloActivity 2.2.2.2 Signature des applications Android requiert que chaque application soit sign´ee afin d’ˆetre install´ee sur le t´el´ephone. Les d´eveloppeurs signent ainsi leur application avec un certificat dont la cl´e priv´ee leur est propre. Les applications Android sont sign´ees avec l’outil jarsigner. Il prend en entr´ee une archive jar ou zip et un certificat. Il donne en sortie l’archive `a laquelle ont ´et´e ajout´es deux fichiers : un fichier avec l’extension .sf et un autre fichier avec l’extension .rsa ou .dsa selon les cl´es utilis´ees. L’entˆete du premier fichier correspond au hash du fichier MANIFEST.MF. Le reste de son contenu est similaire au fichier meta-inf/manifest.mf qui est pr´esent dans chaque archive jar. MANIFEST.MF recense pour chaque fichier pr´esent dans l’archive son nom, son hash et l’algorithme de hachage utilis´e. La figure 2.2 est le fichier manifest.mf de l’application HelloActivity fourni en exemple avec le kit de d´eveloppement Android. Pour chaque fichier pr´esent dans l’archive nous avons son nom, un algorithme de hachage et le hash du fichier. Le fichier .SF contient les mˆemes types d’information que MANIFEST.MF. Pour chaque fichier pr´esent dans l’archive nous avons une entr´ee constitu´ee du nom du fichier, un algorithme de hachage et un hash. Contrairement `a un hash dans MANIFEST.MF, il s’agit cette fois-ci du hash de l’entr´ee correspondant au fichier dans MANIFEST.MF. La figure 2.3 liste le contenu du fichier cert.sf de l’application HelloActivity. Le fichier .rsa lui contient la signature du fichier .sf ainsi que la cl´e publique correspondant `a la cl´e priv´ee utilis´ee pour la signature. La signature des applications Android a plusieurs objectifs. Elle sert `a filtrer les applications qui peuvent ˆetre install´es sur le t´el´ephone. Par d´efaut, seules les applications provenant de Google Play peuvent ˆetre install´ees sur le t´el´ephone. Il s’agit plus pr´ecis´ement des applications dont le d´eveloppeur a un certificat reconnu sur Google Play. Toute application avec une signature inconnue sera bloqu´ee `a l’installation `a moins que l’utilisateur n’autorise explicitement l’installation d’applications provenant d’autres plateformes. La signature identifie ´egalement toutes les applications d’un mˆeme d´eveloppeur. Si celui-ci est malveillant, il est ainsi possible d’enlever ses applications de Google2.2. SECURIT ´ E DU SYST ´ EME ANDROID ` 19 Signature-Version: 1.0 Created-By: 1.0 (Android SignApk) SHA1-Digest-Manifest: Qenbz+ZjLsHBpHWbAHMYhLpfies= Name: AndroidManifest.xml SHA1-Digest: uziqi6KmjjgyRnooQ7j5ZHIKVTw= Name: res/layout/hello_activity.xml SHA1-Digest: who+PyjjYjRHN6maNog494Cr+CE= Name: resources.arsc SHA1-Digest: WlDZ0LWZ+zrAmxUTKZuz99hUoZo= Name: classes.dex SHA1-Digest: QjwcQAkf4iVckku4qf7kiLRSndo= Figure 2.3 – Fichier .SF de l’application HelloActivity Play et des t´el´ephones des utilisateurs. La signature assure ´egalement que l’application n’a pas ´et´e modifi´ee par une tierce personne avant d’ˆetre publi´ee. La v´erification se fait `a l’installation de l’application. Le syst`eme v´erifie que le fichier .SF a bien ´et´e g´en´er´e par le d´eveloppeur. Il v´erifie ensuite que le fichier MANIFEST.MF n’a pas ´et´e modifi´e en comparant son empreinte avec celui list´e dans le fichier .SF. Il v´erifie enfin l’int´egrit´e des fichiers dans l’archive en comparant leur empreite avec les valeurs list´ees dans le fichier MANIFEST.MF. L’installation est arrˆet´ee si une incoh´erence est d´etect´ee. Par d´efaut, les applications Android tournent avec des UIDs diff´erents dans des processus distincts. Un d´eveloppeur peut cependant vouloir faire tourner ses applications avec le mˆeme UID ou dans un seul processus. Il suffit pour cela qu’il le d´eclare dans le fichier AndroidManifest.xml de son application. Plus pr´ecis´ement, le d´eveloppeur d´eclare un alias d’UID qui sera partag´e s’il souhaite utiliser le mˆeme UID pour plusieurs de ses applications. S’il souhaite faire tourner ses applications au sein d’un mˆeme processus, il d´eclare un alias de nom de processus. Pour ´eviter que des d´eveloppeurs ne s’attribuent ´egalement le mˆeme UID ou ne s’attache au processus faisant tourner les applications d’un autre d´eveloppeur, le syst`eme v´erifie que l’application demandant `a partager le mˆeme UID ou `a ˆetre ex´ecut´e dans le processus qu’une autre application soit sign´ee par le mˆeme d´eveloppeur. 2.2.2.3 Analyse des applications Google analyse r´eguli`erement les applications propos´ees en t´el´echargement sur Google Play ainsi que celles en instance d’ˆetre install´ees sur les t´el´ephones des utilisateurs. Si aucune information sur la nature exacte des analyses n’est fournie20 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ par Google, nous savons qu’une analyse statique et dynamique des applications sont faites pour d´etecter des motifs synonymes de menace dans l’application ou des comportements malveillants. J. Oberheide et C. Miller ont montr´e dans [78] que les applications soumises sur Google Play sont ex´ecut´ees dans une machive virtuelle et qu’il ´etait possible de construire un profil de cette machine. 2.2.2.4 Protection de l’appareil et de ses donn´ees Android poss`ede un ensemble d’outils destin´es aux d´eveloppeurs du syst`eme. Parmi ces outils nous pouvons citer adb et fastboot. La commande adb permet de communiquer avec un ´emulateur Android ou un t´el´ephone. Parmi les fonctions propos´ees, il y a l’ouverture d’un shell distant sur le t´el´ephone, l’installation ou la suppression d’application et le transfert de fichier. Pour prot´eger le t´el´ephone de tout usage malveillant de ces outils, la communication est possible uniquement si le mode debug est activ´e. Une authentification par cl´e de l’ordinateur aupr`es du t´el´ephone s’ajoute ´egalement `a cela depuis la version 4.2 d’Android afin de filtrer les machines pouvant communiquer avec le t´el´ephone via adb. La commande fastboot sert `a effacer/remplacer le contenu des diff´erentes partitions sur le t´el´ephone. Afin de l’utiliser, l’utilisateur doit dans un premier temps d´ebloquer cette fonctionnalit´e au d´emarrage et ce processus de d´eblocage implique la suppression du contenu de la partition data du t´el´ephone. Cette partition contient les donn´ees de l’utilisateur ainsi que des diff´erentes applications. L’action de remplacer le contenu d’une partition est souvent d´esigner par l’expression flasher une image, l’image ´etant le nouveau contenu de la partition. Un attaquant d´esirant ainsi remplacer une partie des composants logiciels du syst`eme via fastboot ne pourra ainsi acc´eder aux donn´ees de l’utilisateur. 2.2.2.5 Administration de l’appareil Android propose depuis sa version 2.2 une API permettant de d´evelopper des applications afin d’administrer les t´el´ephones [83]. L’API permet de renforcer la politique sur les mots de passe (ex : taille, expiration et nombre de tentatives), imposer le chiffrement des partitions, activer / d´esactiver la cam´era (fonctionnalit´e disponible depuis Android 4.0), demander la cr´eation d’un nouveau mot de passe, verrouiller le t´el´ephone et remettre le t´el´ephone `a la configuration d’usine. Nous avons pr´esent´e dans cette section les m´ecanismes de s´ecurit´e d’Android. Ces m´ecanismes ont pour but de prot´eger les applications, les ressources qu’elles utilisent et les communications entre ces processus. Ces m´ecanismes ne sont cependant pas parfaits et nous montrons dans la section qui suit leur limites ainsi qu’un aper¸cu des menaces que repr´esentent les malware Android.2.3. LIMITES DES MECANISMES DE S ´ ECURIT ´ E ANDROID ´ 21 2.3 Limites des m´ecanismes de s´ecurit´e Android 2.3.1 Abus de permission Les permissions donnent acc`es aux ressources sensibles du t´el´ephone aux applications. Si l’utilisateur souhaite installer une application, il doit lui accorder toutes les permissions qu’elle a demand´ees. Si les permissions filtrent l’acc`es aux ressources sensibles, il n’existe cependant aucune v´erification au niveau de l’usage de ces ressources. Seule la confiance aux d´eveloppeurs de l’application permet de s’assurer qu’il n’y aura aucun abus. Les attaques les plus simples utilisent ainsi les permissions de mani`ere abusive et c’est le cas de la plupart des malware ayant pour but de faire fuir des donn´ees sensibles du t´el´ephone. Un exemple r´ecent est une application ayant ´et´e d´etect´ee comme un logiciel espion 4 qui cible des manifestants `a Hong Kong [26]. L’application demande un ensemble assez large de permissions pour espionner les utilisateurs des t´el´ephones sur lesquels l’application est install´ee. Les permissions demand´ees donnent acc`es aux SMS, aux appels, `a la localisation de l’utilisateur, au micro pour enregistrer l’utilisateur, etc. Une application avec trop de permissions peut paraˆıtre suspecte aux yeux des utilisateurs avertis. Afin de ne pas ´eveiller la suspicion des utilisateurs, une solution pour les d´eveloppeurs de malware consiste `a utiliser d’autres applications pr´esentes sur le syst`eme pour mener l’attaque ou `a diviser l’attaque entre plusieurs applications qui collaboreront pour ex´ecuter l’attaque. 2.3.2 Permissions : attaques par d´el´egation et attaques par collusion Une attaque par d´el´egation [49] consiste `a d´el´eguer l’ex´ecution de la tˆache n´ecessitant une permission que l’application malveillante ne poss`ede pas `a une autre application qui elle la poss`ede. Par exemple, une application n’ayant pas la permission de communiquer sur le r´eseau pourrait se servir du navigateur pour poster des informations ou t´el´echarger des fichiers. Les ´echantillons de BadNews [91] font par exemple appel au navigateur du t´el´ephone afin de lancer le t´el´echargement d’applications sur le t´el´ephone. Une attaque par collusion consiste en une coop´eration entre plusieurs applications pour mener une attaque. Il n’existe aucun malware utilisant ce type d’attaque `a notre connaissance. Cependant, J. Boutet et T. Leclerc ont montr´e la faisabilit´e d’une telle attaque dans [28]. 2.3.3 Communication entre composants via les intents Les intents sont des messages ´echang´es entre les composants des applications pour transmettre des requˆetes. La possibilit´e d’envoyer des intents entre deux deux composants de deux applications diff´erentes apporte une surface d’attaque suppl´ementaire. Dans [34], Chin et al. d´ecrivent en se basant sur 4. Empreinte MD5 :15e5143e1c843b4836d7b6d5424fb4a522 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ leur analyse du fonctionnement des ^ıntents des sc´enarios d’attaques qui pourraient exploiter cette surface d’attaque afin d’espionner les ´echanges de message entre application, les bloquer, les modifier, ´elever ses privil`eges et influencer sur le comportement d’une application. Interception des messages diffus´es dans le syst`eme Les broadcast intents sont des messages diffus´es dans tout le syst`eme. Ils peuvent ainsi avoir un ou plusieurs destinataires. L’une des vuln´erabilit´es qu’introduit ce type de communication est la possibilit´e d’observer les informations diffus´ees dans le syst`eme et ´eventuellement les intercepter, bloquer ou modifier. Lorsqu’une application diffuse un broadcast intent, elle d´efinit un ensemble d’attributs qui permettent au syst`eme d’identifier les composants BroadcastReceiver pr´esents dans le syst`eme qui attendent ce type de message. Pour observer les messages attendus par le composant BroadcastReceiver d’une application, il suffit ainsi `a une application malveillante de d´eclarer un composant du mˆeme type avec le mˆeme intent-filter. Pour observer les messages re¸cus par le composant BillingReceiver d´eclar´e dans le listing 2.2, une application malveillante n’a qu’`a d´eclarer un composant du mˆeme type en pr´ecisant que ce composant n’accepte que les intents avec un attribut action dont la valeur associ´ee est com.android.vending.billing.RESPONSE CODE. Un broadcast intent peut ˆetre transmis de mani`ere simultan´e `a tous les destinataires ou en suivant un ordre. Dans le cas de ce dernier, l’intent est transmis d’un composant `a l’autre dans un ordre d´efini par le syst`eme. Chaque composant BroadcastReceiver peut ainsi modifier ou bloquer les informations transmises avant que le message ne soit transmis au prochain destinataire. Si une application malveillante se trouve au milieu de la chaˆıne de transmission, elle peut donc modifier le contenu de l’intent ´emis et envoyer de fausses donn´ees aux composants en attente du message. Elle peut ´egalement d´ecider de ne pas faire suivre le message et empˆecher les autres composants de le recevoir. D´etournement des intents `a destination des composants Activity et Service Lorsqu’une application ´emet un intent, il peut soit d´efinir explicitement le destinataire soit laisser le syst`eme le d´efinir `a sa place. Dans le deuxi`eme cas, l’´emetteur n’a aucune garantie sur l’identit´e du destinataire ce qui donne ainsi la possibilit´e de d´etourner les messages du destinataire l´egitime. Une application malveillante souhaitant intercepter un implicit intent n’a donc qu’`a d´eclarer un composant ayant un intent filter correspondant `a l’intent qu’il souhaite d´etourner. Par exemple, une application malveillante souhaitant d´etourner le partage de page effectu´ee dans le listing 2.1 n’a qu’`a d´eclarer un composant Activity avec un intent filter correspondant aux attributs de l’intent `a intercepter : un attribut action et un attribut data auxquels sont associ´es respectivement les valeurs ACTION SEND et text/plain.2.3. LIMITES DES MECANISMES DE S ´ ECURIT ´ E ANDROID ´ 23 Si le d´etournement est th´eoriquement possible, il n’a en r´ealit´e qu’une probabilit´e de succ`es. Lorsqu’il existe plusieurs destinataires possibles de l’intent, un choix qui est ind´ependant de l’application malveillante est effectu´e. Si l’intent a ´et´e ´emis pour un composant de type Activity, le syst`eme demande `a l’utilisateur de choisir le destinataire parmi la liste des applications pouvant recevoir l’intent. Si l’intent a ´et´e ´emis pour un composant de type Service, le syst`eme effectuera lui-mˆeme le choix et ce choix est effectu´e de mani`ere al´eatoire. Vol/abus des permissions Nous avons ´ecrit en section 2.1.2.2 que les intents pouvaient ´egalement servir `a transmettre des permissions pour acc´eder `a des donn´ees au destinataire du message. Positionner le flasg FLAG GRANT WRITE URI PERMISSION donne par exemple l’acc`es en lecture aux donn´ees li´ees `a l’intent au destinataire du message. Une application malveillante interceptant des intents transmettant des permissions peut ainsi abuser de ces permissions et voler ou modifier les donn´ees auxquelles les permissions donnent acc`es. Intents malveillants Le but de cette attaque est d’envoyer des requˆetes malveillantes `a traiter par un composant cible. Un composant qui peut recevoir des intents d’autres applications n’est pas seulement expos´e aux applications que son d´eveloppeur pensait servir mais `a toutes applications sur le syst`eme. Cette exposition `a toutes les applications du syst`eme offre ainsi une surface d’attaque aux applications malveillantes qui elles aussi peut demander au composant de traiter une requˆete, mˆeme si cette requˆete est malicieuse. Les navigateurs web sous Android ont par exemple un composant Activity qui ouvre les URL `a la demande d’autres applications. Cette fonctionnalit´e peut ainsi ˆetre d´etourn´ee par une application qui n’a pas acc`es au r´eseau afin de faire fuir des donn´ees ou t´el´echarger des fichiers. Pour cela l’application malveillante ´emettra un intent `a destination du navigateur afin que ce dernier ouvre une adresse web. Les ´echantillons de BadNews [91] utilisent par exemple cette approche afin de t´el´echarger des applications sur le t´el´ephone. 2.3.4 Failles logicielles : ´el´evation de privil`ege Comme tout programme, le syst`eme Android a ´egalement des failles logicielles. Exploiter certaines d’entre elles permet d’´elever les privil`eges d’une application et ainsi ex´ecuter des op´erations sensibles que nous ne pouvions faire. Obtenir les droits root permet par exemple de modifier le contenu de la partition system sous Android pour installer des applications syst`eme ou les remplacer. Le noyau Android ´etant bas´e sur un noyau Linux, il h´erite ainsi de ses vuln´erabilit´es. Certaines d’entre elles [5, 4] ont par exemple ´et´e exploit´ees obtenir des acc`es root sur les t´el´ephones.24 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ Des failles permettant d’´elever les privil`eges des applications existent ´egalement dans l’espace utilisateur. D’apr`es les travaux de Y. Zhou et X. Jiang [113], six vuln´erabilit´es permettant d’´elever les privil`eges des applications existaient au moment de leur analyse (voir tableau 2.2) et quatre d’entre elles ´etaient effectivement utilis´ees par les malware pour ´elever leurs privil`eges : Asroot [1], exploid [31], RATC / Zimperlich [93] et GingerBreak [32]. Plus r´ecemment, J. Forristal a pr´esent´e `a la Black Hat 2013 une vuln´erabilit´e [51] concernant la v´erification des signatures des applications Android `a l’installation. La vuln´erabilit´e permet d’installer une version modifi´ee d’une application dont la signature reste celle de la version originale. Si la vuln´erabilit´e ne permet pas d’obtenir les droits root (aucune application ne tourne avec l’UID root), elle rend cependant caduque les protections offertes par la signature en section 2.2.2. Un d´eveloppeur malveillant peut faire ex´ecuter son code avec les mˆemes droits que l’application originale qu’il a modifi´ee. Il peut ´egalement faire tourner son code dans le mˆeme processus ou avec le mˆeme UID qu’une autre application. S’il n’est pas possible d’obtenir les droits root, il est cependant possible d’obtenir les droits des applications system. Ces applications ont acc`es `a plus de permissions que les applications tierces et de plus sont persistantes sur le syst`eme. Un utilisateur ne peut les enlever sans avoir un acc`es root sur son t´el´ephone. Bien que Google mette `a jour r´eguli`erement le code d’Android, les constructeurs eux mettent plus de temps `a proposer des mises `a jour pour leur t´el´ephone. La fenˆetre d’exploitation des vuln´erabilit´es est ainsi bien plus large que sur les ordinateurs. Nous avons pr´esent´e dans cette section, les limitations des m´ecanismes de s´ecurit´e sous Android. Ces limitations peuvent ˆetre class´ees en trois groupes. Le premier groupe concerne les limites de la s´ecurit´e offerte par les permissions. Le second concerne les risques introduits par les communications entre composants via les intents. Le troisi`eme groupe concerne les failles logicielles dans le code d’Android qui permettent d’´elever les privil`eges des applications dans le syst`eme. Dans la section suivante, nous pr´esentons les malware Android et les menaces qu’ils repr´esentent. 2.4 Malware Android 2.4.1 D´efinitions Nous appelons malware un programme ou un code dont le but est de nuire `a un syst`eme donn´e. Dans le reste du document nous ferons souvent usage des termes ´echantillon de malware et famille de malware. Un ´echantillon d’un malware est une application, comprendre ici application Android correspondant `a un fichier apk, qui contient ce malware. Quant `a une famille de malware, il s’agit de l’ensemble des ´echantillons d’un malware. Analyser un malware revient ainsi2.4. MALWARE ANDROID 25 `a analyser un ou plusieurs de ses ´echantillons afin d’extraire des informations li´ees au malware et d´etecter un malware revient `a d´ecider si une application donn´ee est un ´echantillon d’un malware. Les premiers travaux qui ont consist´e `a dresser un bilan des menaces que repr´esentent les malwares Android sont les travaux de Y. Zhou et X. Jiang dans [113]. Leurs travaux sont bas´es sur l’analyse de plus de 1200 ´echantillons de malware qu’ils ont collect´e de 2010 `a 2011. Dans ce qui suit, nous pr´esentons les r´esultats de cette analyse et l’enrichissons avec une analyse plus r´ecente bas´ee sur les menaces que repr´esentent les malware Android en 2013. 2.4.2 Malwares Android : 2010 `a 2011 [113] M´ethode d’infection Pour infecter les t´el´ephones des utilisateurs, les d´eveloppeurs de malware ajoutent leur code malveillant `a des applications existantes et proposent leur version modifi´ee sur des plateformes de t´el´echargement : Google Play ou toute autre plateforme alternative. Les applications infect´ees sont pr´esent´ees comme une version gratuite d’une application payante ou des versions avec plus de fonctionnalit´es. 86% des ´echantillons r´ecolt´es sont ainsi des applications originales auxquelles un code malveillant a ´et´e ajout´e. Le type d’application infect´ee est vari´e : application payante, jeux populaires, outils tels que des mises `a jour de s´ecurit´e ainsi que des applications pour adultes. Un des ´echantillons de DroidKungFu2 est par exemple une version modifi´ee d’une application simulant un scanner d’empreinte pour d´everrouiller le t´el´ephone. En arri`ere plan, le code malveillant exploite une vuln´erabilit´e [92, 93] pour ´elever ses privil`eges et installer des binaires sur le t´el´ephone `a l’insu de l’utilisateur. Tout le code malveillant ne se trouve pas forc´ement ajout´e `a l’application originale. Certains ´echantillons ne contiennent ainsi qu’une partie du code malveillant dont le reste sera r´ecup´er´e `a l’ex´ecution. Ce dernier peut ˆetre stock´e en tant que ressource de l’application ou sur un serveur distant que l’application infect´ee devra t´el´echarger. L’avantage ´etant que le code malveillant ne pourra ˆetre d´etect´e lors de la soumission de l’application sur les plateformes de t´el´echargement. Les ´echantillons d’AnserverBot [112] ont ainsi une charge cach´ee en tant qu’image dans les ressources des applications et r´ecup`erent ´egalement une autre application malveillante sur un serveur distant. D´eclenchement du code malveillant Le d´eclenchement du code malveillant ne se fait pas forc´ement d`es le lancement de l’application. Le code malveillant peut attendre des ´ev`enements sp´ecifiques tels que l’arriv´ee d’un sms ou l’´ecoulement d’un certain laps de temps avant de s’ex´ecuter. Parmi les ´ev`enements les plus utilis´es pour d´eclencher le code malveillant, nous pouvons citer la fin d’initialisation au d´emarrage du26 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ Programme vuln´erable Exploit Date Malware les utilisant Noyau Asroot 2009/08/16 Asroot init (ď 2.2) Exploid 2010/07/15 DroidDream, zHash, DroidKungFu* adbd (ď 2.2.1) zygote (ď 2.2.1) RATC / Zimperlich 2010/08/21 2011/02/24 DroidDream, BaseBridge, DroidKungFu, DroidDeluxe, DroidCoupon ashmem (ď 2.2.1) KillingInTheNameOf 2011/01/06 Aucun vold (ď 2.3.3) GingerBreak 2011/04/21 GingerMaster libsysutils (ď 2.3.6) zergRush 2011/10/10 Aucun Table 2.2 – Exploits root connus et leur usage par les malware Android de 2010 `a 2011 syst`eme. Quand le syst`eme est prˆet `a ex´ecuter des applications Android, il le signale en envoyant un intent avec le message boot completed `a tous les composants BroadcastReceiver `a l’´ecoute cet ´ev`enement. Les autres messages ´ev`enements servant de d´eclencheur sont la r´eception de message, les appels, les ´ev`enements li´es aux applications (ex : ajout, suppression, mise `a jour et red´emarrage), l’´etat de la batterie, l’´etat de la connectivit´e r´eseau, et des ´ev`enements syst`emes (ex : carte sim remplie, changement de clavier). Le d´eveloppeur du code malveillant ajoute un composant de type BroadcastReceiver pour intercepter l’un de ces ´ev`enements et ex´ecuter par la suite le code malveillant. Actions effectu´ees Les actions effectu´ees par les codes malveillants peuvent ˆetre r´eparties dans quatre groupes : ´el´evation de privil`ege, contrˆole `a distance, charge financi`ere et vol de donn´ees. Comme ´evoqu´e en section 2.2.2, Android poss`ede des vuln´erabilit´es qui sont exploit´ees par les d´eveloppeurs malveillants pour effectuer des op´erations sensibles. Le tableau 2.2 montre d’ailleurs une tendance `a utiliser les exploits exploid [31], RageAgainstTheCage [92] et Zimperlich [93] afin ´elever les privil`eges des applications malveillantes durant l’attaque. Le but de cette ´el´evation de privil`eges est d’effectuer des op´erations sensibles telles que monter la partition system avec l’option d’´ecriture pour y installer de nouvelles applications. 1172 ´echantillons soit 93% des ´echantillons analys´es sont contrˆolables `a distances. Plus pr´ecis´ement, 1171 ´echantillons utilisent le protocole HTTP pour recevoir des commandes des serveurs de commande et contrˆole C&C. Les adresses2.4. MALWARE ANDROID 27 des serveurs sont stock´ees en clair ou chiffr´ees dans le code. En dehors des ´el´evations de privil`eges et communication avec des serveurs de C&C, les ´echantillons analys´es peuvent imputer des charges financi`eres `a l’utilisateur. Android tournant principalement sur les smartphones, les applications ont ainsi acc`es aux fonctions d’appels et de sms. 4.4% des ´echantillons ´etudi´es envoient ainsi des messages `a des num´eros surtax´es. Les num´eros sont soit stock´es en dur dans le code de l’application soit r´ecup´er´es `a partir des serveurs de C&C. En plus des actions pr´ec´edentes, les malware r´ecup`erent ´egalement les donn´ees sensibles sur le t´el´ephone. Les donn´ees cibl´ees sont principalement les sms, la liste de contact, et les informations sur le compte de l’utilisateur. SndApps [62] collecte par exemple les adresses courriel de l’utilisateur et les envoie vers un serveur distant. Evolution des malware ´ Si les premiers malware Android sont simples, l’analyse effectu´ee dans [113] montre que les techniques utilis´ees tendent `a se complexifier : charge utile, techniques contre l’analyse d’application, serveurs C&C. Tout le code malveillant est int´egr´e dans une mˆeme application dans les premiers malware. L’analyse des ´echantillons r´ecolt´es montre une tendance `a le diviser, mettre une partie dans l’application servant `a l’infection et le reste des morceaux dans une ou plusieurs charges utiles. Ces charges sont int´egr´ees directement dans l’application ayant servi `a infecter le t´el´ephone ou t´el´echarger et apr`es l’installation de l’application. Les ´echantillons de DroidKungFu ont ainsi deux charges utiles cach´ees en tant que ressources des applications infect´ees qui seront install´ees dans la partition system une fois l’´echantillon lanc´e. L’installation de ces charges sur le t´el´ephone offre une pr´esence constante sur le t´el´ephone mˆeme si la premi`ere application est enlev´ee du t´el´ephone. De plus, si les applications sont install´ees sur la partition syst`eme, il n’existe aucun moyen pour l’utilisateur de les enlever sans avoir les droits root sur le t´el´ephone. Afin d’´eviter toute d´etection, les d´eveloppeurs de malware utilisent diverses techniques telles que le chiffrement des charges utiles, le chiffrement de certaines valeurs utilis´ees par le malware, l’usage de techniques d’obfuscation de code et l’usage de code natif. Le chiffrement permet de cacher la nature exacte des donn´ees manipul´ees (ex : adresses des serveur de C&C) par l’application et r´eduit ainsi la possibilit´e de d´etection. Les d´eveloppeurs de DroidKungFu1 chiffrent ainsi les charges utiles de leur malware afin que leur malware ne soit d´etect´e facilement. Si une cl´e de chiffrement diff´erente est utilis´ee par chaque ´echantillon, l’analyse sera encore plus compliqu´ee. Certains d´eveloppeurs de malware obfusquent ´egalement leur code afin de complexifier son analyse [39]. Ils modifient par exemple le nom des m´ethodes et des classes Java de l’application. Il est cependant `a noter que le kit de d´eveloppement Android (Android SDK) contient un outil fournissant le mˆeme type de service [87]. L’usage de code natif complexifie ´egalement l’analyse des applications. En effet, la plupart des outils d’analyse d’application Android se concentrent uniquement sur le code28 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ ´ecrit en Java car c’est le langage principal pour d´evelopper une application Android. En utilisant du code natif, les d´eveloppeurs de malware se donnent ainsi la possibilit´e de cacher une partie du code malveillant durant l’analyse. Certains malware int`egrent ´egalement des modules cens´es pr´evenir toute d´etection. Les ´echantillons d’AnserveBot analysent ainsi son environnement d’ex´ecution `a la recherche d’antivirus pour Android. De plus, ces ´echantillons tirent ´egalement profit du chargement dynamique de code [36]. Le code des applications Android se trouve dans le fichier classes.dex de leur apk. Ce m´ecanisme permet de charger du code en dehors de ce fichier et ce de mani`ere dynamique rendant l’analyse de l’application plus difficile. D’autres malwares v´erifient ´egalement que le code n’a pas ´et´e modifi´e pour d´etecter toute tentative d’analyse du code. AnserveBot v´erifie par exemple l’int´egrit´e de son code avant de lancer le code malveillant. Enfin, l’analyse montre ´egalement l’usage des serveurs de C&C afin de contrˆoler le comportement des ´echantillons de malware. Le comportement exact des premiers malware sont dict´es `a l’avance par leur d´eveloppeur. Durant leur analyse, Y Zhou et X Jiang ont cependant constat´e que dans le cas de certains malware, leur comportement ´etait plutˆot dict´e par un serveur distant. Le malware se connectait ainsi p´eriodiquement au serveur qui lui envoyait par la suite l’action qu’il devait ex´ecuter. Sur les 49 malwares ´etudi´es, 27 utilisent ainsi un serveur de C&C pour recevoir les commandes `a ex´ecuter sur le t´el´ephone infect´e. L’usage de telles approches permet aux d´eveloppeurs de garder une flexibilit´e sur les diff´erentes actions `a ex´ecuter et les faire ´evoluer en cas de besoin. 2.4.3 Malwares Android en 2013 Si les travaux de [113] pr´esent´es pr´ec´edemment concernent uniquement les malwares de 2010 `a 2011, la r´ecente analye de V. Chebyshev et R. Unuchek dans [33] montre une continuit´e dans les types d’action men´ee par les malware. La distribution des malwares se fait toujours via les plateformes de t´el´echargement ou les serveurs de C&C. A cela s’ajoute, l’usage des techniques telles ` que le drive-by download qui consiste `a faire t´el´echarger automatiquement puis installer une application au t´el´ephone lorsque l’utilisateur visite une page web. L’usage de techniques contre les protections anti-malware s’intensifie ´egalement. L’´etude montre ainsi que les d´eveloppeurs de malware continuent leur investissement dans les diverses techniques d’obfuscation de code. Un outil commercial d’obfuscation de code aurait ´et´e par exemple utilis´e sur Opfak.bo et Obad.a [98]. Obad.a est consid´er´e comme le malware Android le plus complexe `a ce jour. Parmi les caract´eristiques de ce malware, nous pouvons citer l’introspection, le chiffrement de chaine des chaines de caract`eres, l’exploitation de vuln´erabilit´es qui affectent le syst`eme Android et dex2jar qui est un outil utilis´e pour analyser les applications Android. Plus pr´ecis´ement, cet outil transforme le bytecode dalvik en bytecode Java permettant par la suite d’obtenir un code Java “´equivalent“. Selon wikibooks [12], “la r´eflexion permet l’introspection des classes, c’est-`a-dire de charger une classe, d’en cr´eer une instance et d’acc´eder aux membres statiques ou non (appel de m´ethodes, lire et ´ecrire les attributs)2.4. MALWARE ANDROID 29 sans connaˆıtre la classe par avance“. Le listing 2.3 pr´esente un bout code en Java utilisant la r´eflexion et son ´equivalent sans r´eflexion. . La deuxi`eme ligne initialise la variable foo en une instance de la classe Foo et est ´equivalente `a la septi`eme ligne. La troisi`eme et la quatri`eme lignes initialisent r´ecup`erent la m´ethode hello de foo et l’invoque. Elles correspondent `a la huiti`eme ligne. 1 // Avec reflexion 2 Object foo = Class.forName("complete.classpath.and.Foo"). 3 newInstance(); 4 Method m = foo.getClass().getDeclaredMethod("hello", 5 new Class[0]); 6 m.invoke(foo); 7 8 // Sans reflexion 9 Foo foo = new Foo(); 10 foo.hello(); Listing 2.3 – Exempe de code Java avec et sans r´eflexion L’usage des vuln´erabilit´es reste toujours d’actualit´e au niveau des malware. Les raisons principales de cet usage est la n´ecessit´e d’effectuer des actions sensibles sans validation de l’utilisateur (ex : installation d’application sur le t´el´ephone) ou le maintien d’une pr´esence pertinente du malware sur l’appareil (ex : installation d’une application dans la partition system afin d’empˆecher sa d´esinstallation 5 ). Parmi les vuln´erabilit´es ´emun´er´es par les auteurs, il y a la vuln´erabilit´e Master Key [51] et celle li´ee aux applications avec les droits d’administration sur le t´el´ephone. La vuln´erabilit´e Master Key permet de modifier une application existante sans que la modification ne soit d´etect´ee lors de la v´erification de la signature de l’application (section 2.2.2.2). Pour exploiter cette vuln´erabilit´e, le d´eveloppeur malveillant ajoute de nouveaux fichiers `a l’apk tel que chaque nouveau fichier ait le mˆeme nom qu’un fichier existant dans l’apk d’origine. Il peut par exemple ajouter un autre fichier nomm´e classes.dex. Une fois les nouveaux fichiers ajout´es, il publie l’apk modifi´e tout en gardant la signature de l’apk d’origine. A cause de la vuln´erabilit´e, le syst`eme ne remarque pas l’existence des doublons ` dans l’apk et v´erifie uniquement l’int´egrit´e des fichiers qui ´etaient pr´esents dans l’apk d’origine tandis qu’`a l’installation il installera les fichiers ajout´es par le d´eveloppeur malveillant. Cette vuln´erabilit´e a deux cons´equences directes. La premi`ere est le vol de l’identit´e des d´eveloppeurs dont l’application a ´et´e modifi´ee. En gardant la signature de l’application originale, le d´eveloppeur malveillant se cache derri`ere l’identit´e des d´eveloppeurs des applications modifi´ees. Le risque pour ces derniers est d’ˆetre accus´e `a tord comme ´etant malveillant et voir toutes leurs applications supprim´ees des plateformes de t´el´echargement tels 5. Un utilisateur ne peut d´esinstaller les applications dans la partition system car cette partition est mont´ee en lecture seule30 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ que Google Play. La deuxi`eme cons´equence de cette vuln´erabilit´e est la possibilit´e de contourner toutes les m´ecanismes de s´ecurit´e bas´ees sur les signatures de applications. En plus de servir `a la v´erification de l’int´egrit´e des applications `a leur installation, les signatures servent ´egalement `a appliquer des contraintes sur certaines demandes des applications. Ils peuvent par exemple servir `a restreindre les applications `a qui une permission peut ˆetre accord´ee (tableau 2.1) ou les applications qui ont le droit de partager le mˆeme utilisateur. En gardant la signature de l’application qu’il a modifi´ee, le d´eveloppeur malveillant s’assure ainsi que sa version modifi´ee de l’application ait les mˆemes privil`eges que l’application d’origine. La deuxi`eme vuln´erabilit´e permet de garder une pr´esence persistante sur le t´el´ephone grˆace aux droits d’administration. Lorsqu’une application obtient les droits d’administration sur le t´el´ephone, il devient impossible pour l’utilisateur de lui r´evoquer ces droits ou le d´esinstaller. Si jamais l’utilisateur tentait de r´evoquer les droits d’administration, le syst`eme se contentait de masquer le fait que l’application poss`ede ces droits mais ne les r´evoquait pas. L’application reste ainsi install´ee sur le t´el´ephone avec les droits d’administration sans que l’utilisateur ne soit au courant. Si les diff´erents types d’attaque pr´esent´es dans [113] restent toujours d’actutait´e, l’analyse montre cependant une tendance pour les attaques ayant un impact financier sur l’utilisateur. Aux applications abusant des services de SMS en envoyant des messages `a des num´eros surtax´es s’ajoutent ainsi les applications se faisant passer pour des applications bancaires afin de voler les donn´ees bancaires des utilisateurs telles que leur num´ero de compte. 2.5 Renforcement de la s´ecurit´e sous Android 2.5.1 Protection des ressources sensibles 2.5.1.1 TaintDroid Dans [46], Enck et al. pr´esentent TaintDroid une version modifi´ee d’Android capable de suivre les flux d’information dans le syst`eme. Le but de leur travail est d’´etudier si les applications Android font fuir des donn´ees sensibles vers des entit´es distantes. Pour cela, ils s´electionnent un ensemble d’informations qu’ils jugent sensibles telles que la liste de contact et les donn´ees de g´eolocalisation et observent comment elles se propagent dans le syst`eme. Ils ont analys´e 30 des applications les plus populaires de Google Play et ont montr´e que 2{3 d’entre elles faisaient fuir des informations sensibles vers des serveurs distants. Pour suivre les flux d’information dans le syst`eme, ils utilisent une m´ethode dite de tainting qui consiste `a marquer les informations sensibles afin d’en suivre la propagation. Chaque fois qu’une information sensible se propage, le conteneur destination re¸coit la marque de l’information sensible pour caract´eriser son nouveau contenu. Dans TaintDroid, le suivi de flux d’information se fait `a diff´erents niveaux : `a l’int´erieur de l’application, entre les applications et entre applications et fichiers du syst`eme. Pour suivre les flux `a l’int´erieur des applications, Enck et2.5. RENFORCEMENT DE LA SECURIT ´ E SOUS ANDROID ´ 31 al. ont modifi´e la machine virtuelle Dalvik. Lorsqu’une application Android est ex´ecut´ee, son code est interpr´et´e par la machine virtuelle Dalvik. TaintDroid suit ainsi les flux d’information entre les conteneurs d’information que la machine Dalvik utilisent. Ces conteneurs sont les variables locales d’une m´ethode, ses param`etres, les champs statiques d’une classe, les champs des instances d’une classe et les tableaux. A chaque fois qu’une instruction d´ecrivant un flux d’in- ` formation explicite entre deux ou plusieurs conteneurs est interpr´et´ee par la machine virtuelle Dalvik, TaintDroid consid`ere que le conteneur destination du flux contient le m´elange des informations provenant des conteneurs source. Par exemple, l’affectation `a la variable vs de la valeur de la variable vd une mise `a jour de la marque associ´ee vs. Lorsque cette affectation est interpr´et´ee par la machine virtuelle Dalvik, TaintDroid consid`ere que vs les informations contenues dans vs ont ´et´e remplac´ees par celles dans vd et TaintDroid affecte ainsi la marque associ´ee `a vd `a vs. Le suivi de flux d’information entre les applications et entre une application et un fichier est plus simple. Le suivi de flux d’information entre les applications est assez trivial. Comme il existe un ensemble de classes et de m´ethodes Java fourni par Android pour impl´ementer les m´ecanismes de communication, TaintDroid se contente de marquer les objets avec un contenu sensible quand ils sortent d’une application et `a marquer le destinataire d’une information provenant d’une application externe `a l’application. Les marques de chaque conteneur sont stock´es dans une m´emoire adjacente au conteneur et propag´ees `a chaque fois que ces conteneurs sont envoy´ees vers d’autres application. Quant aux flux d’information entre une application et un fichier, TaintDroid utilise les attributs ´etendus. Les attributs ´etendus sont des fonctionnalit´es offertes par les syst`emes de fichier tels que ext2/ext3/ext4 (syst`eme de fichier utilis´e principalement sur Android) permettant de stocker des m´eta-donn´ees li´ees aux fichiers. TaintDroid stocke ainsi dans les attributs ´etendus d’un fichier les marques des informations sensibles qu’il contient. Lorsqu’une application acc`ede `a un fichier, TaintDroid met `a jour la marque associ´ee au fichier (´ecriture) ou `a la variable recevant le contenu du fichier (lecture). Si TaintDroid est capable de suivre les flux d’information dans une application, entre les applications Android et entre une application et un fichier, sa port´ee est cependant limit´ee aux applications ´ecrites en Java. En effet, le m´ecanisme de suivi de flux dans TaintDroid repose principalement sur la machine virtuelle Dalvik. Or, il est possible d’utiliser du code natif sous Android. Cela se fait, soit en utilisant le m´ecanisme de JNI [86] soit en ex´ecutant une application compil´ee en code natif. Lorsque ces cas se pr´esentent, TaintDroid devient ainsi incapable de suivre les flux d’information caus´es par le code natif car il n’est pas interpr´et´e par la machine virtuelle Dalvik. 2.5.1.2 Contrˆole d’acc`es aux ressources sensibles `a l’ex´ecution : MockDroid et AppFence Sous Android, l’utilisateur valide les permissions `a l’installation des applications. A l’ex´ecution, il n’a plus aucun contrˆole sur les acc`es et ne peut que faire `32 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ confiance aux applications pour ne pas utiliser de mani`ere malintentionn´ee les ressources et donn´ees auxquelles elles ont acc`es. Afin de palier cette limite d’Android, MockDroid [24] et AppFence [59] proposent `a l’utilisateur de contrˆoler l’acc`es effectu´e par les applications durant leur ex´ecution. Lorsqu’une application souhaite acc´eder `a une donn´ee ou ressource sensible, le syst`eme demande une validation de la part de l’utilisateur. L’acc`es aux informations et ressources sensibles se font via des fonctions de l’API Android. Les auteurs de MockDroid et d’AppFence ont ainsi modifi´e Android afin d’intercepter les appels `a ces fonctions et introduire le m´ecanisme de validation lors de leur appel. Selon l’information ou la ressource demand´ee par l’application, si l’utilisateur lui en refuse l’acc`es, le syst`eme soit lui notifiera son indisponibilit´e ou son inexistence, soit lui renverra une donn´ee factice. Les informations et ressources sensibles dont l’acc`es est renforc´e sont les donn´ees de g´eolocalisation, la liste de contact, les informations li´ees `a l’identit´e du t´el´ephone, les SMS, l’envoi de message de type broadcast intent (MockDroid), les journaux d’´ev`enement (AppFence) et les donn´ees de navigation internet (AppFence). En cas de refus d’un acc`es `a une information sensible, MockDroid et AppFence renvoient une donn´ee vide `a l’application. L’exception est l’acc`es aux donn´ees identifiant l’appareil. En cas de refus, le syst`eme renverra une donn´ee factice `a l’application. Dans AppFence l’exception s’´etend aux donn´ees de g´eolocalisation o`u le syst`eme enverra les mˆemes coordonn´ees factices `a chaque fois. En cas de refus d’un acc`es r´eseau, le syst`eme simule l’indisponibilit´e du r´eseau. AppFence fait par exemple croire `a l’application que le t´el´ephone est en mode avion. Si AppFence et MockDroid ont les mˆemes objectifs et approches, la diff´erence entre les deux r´eside dans le fait qu’AppFence propose ´egalement un meilleur m´ecanisme pour prot´eger les fuites de donn´ees vers des serveurs distant. Pour empˆecher toute fuite de donn´ee, MockDroid simulera l’indisponibilit´e du r´eseau `a toute tentative de connexion. AppFence propose une approche plus fine en demandant uniquement une validation quand une donn´ee sensible est susceptible de quitter le syst`eme. Pour ce faire, AppFence int`egre le m´ecanisme de suivi de flux d’information impl´ement´e dans TaintDroid [46]. TaintDroid est capable de suivre les flux d’information au sein d’une application, entre les applications et entre les applications et les fichiers. Ainsi AppFence ne demande la validation de l’utilisateur uniquement quand les flux observ´es au sein d’une application indiquent une fuite d’information vers l’ext´erieur. Si c’est le cas et en cas de refus de l’utilisateur, AppFence bloquera l’envoi en simulant l’indisponibilit´e du r´eseau ou omettra l’envoi des donn´ees sensibles tout en faisant croire le contraire `a l’application. 2.5.1.3 Protection de contenu : Porscha Dans [79], Ongtang et al. proposent un m´ecanisme de protection de contenu pour Android du nom de Porscha. Porscha permet de lier des donn´ees sensibles `a un appareil et un ensemble d´efini d’applications. A l’´emission d’un contenu ` sensible, sa source lui associe une politique de s´ecurit´e qui d´efinit les destina-2.5. RENFORCEMENT DE LA SECURIT ´ E SOUS ANDROID ´ 33 taires du contenu et les conditions sous lesquelles le contenu peut ˆetre acc´ed´e. Une politique peut par exemple ˆetre une liste d’empreinte MD5 des applications autoris´ees `a acc´eder au contenu prot´eg´e ainsi que des coordonn´ees GPS auxquelles le t´el´ephone doit se trouver au moment de l’acc`es au contenu. Le contrˆole d’acc`es aux donn´ees sensibles se fait `a diff´erents niveaux : `a la transmission des donn´ees vers le t´el´ephone et la transmission des donn´ees aux applications sur le t´el´ephone. Pour prot´eger le contenu lors de sa transmission vers un t´el´ephone, Ongtang et al. proposent de chiffrer le message en utilisant un syst`eme de chiffrement bas´e sur l’identit´e du destinataire [27]. Dans leur travail, l’identit´e est soit le num´ero du t´el´ephone soit une adresse mail. Les messages contenant un contenu prot´eg´e sont ainsi chiffr´es et ne peuvent ˆetre lus que par leurs destinataires. Sur le t´el´ephone, Porscha v´erifie l’acc`es aux donn´ees sensibles en ajoutant des points de contrˆole dans les m´ecanismes de communication Android : `a la transmission des donn´ees sensibles aux applications de messagerie et lors des communications entre applications. A la r´eception des MMS et des courriels, ` Porscha v´erifie si une politique de s´ecurit´e est associ´ee au contenu du message. Si c’est le cas, il transmet uniquement le contenu du message aux applications autoris´ees `a le recevoir. Dans le cas des MMS, les applications non autoris´ees ne recevront pas le message. Dans le cas des courriels, le message est transmis `a toutes les applications courriels mais celles qui ne sont pas autoris´ees `a acc´eder aux donn´ees sensibles ne recevront que le message vid´e de son contenu. Une fois les donn´ees sensibles stock´ees sur le t´el´ephone, une application peut souhaiter partager les donn´ees sensibles `a d’autres applications de confiance sur le syst`eme. Afin de contrˆoler ce partage, Porscha contrˆole les communications et partages de donn´ees utilisant les intents, les composants de type ContentProvider et les appels de m´ethodes distantes. Pour prot´eger les donn´ees transmises via ces m´ecanismes, une application attache la politique de s´ecurit´e des donn´ees au message servant `a transmettre les donn´ees. Lors de la transmission du message, Porscha v´erifie la pr´esence d’une politique de s´ecurit´e dans le message et si c’est le cas limite la transmission aux destinataires autoris´es par la politique. Pour r´esumer, le syst`eme de protection de contenu offert par Porscha permet de d´efinir de mani`ere plus fine `a qui des donn´ees sensibles peuvent ˆetre transmises et sous quelles conditions. Cependant, contrairement `a AppFence ou TaintDroid qui suivent la propagation des informations dans tout le syst`eme (applications ´ecrites en Java et fichiers), Porscha ne r´esout pas le probl`eme de l’usage de l’information. En effet, Porscha ne prot`ege les donn´ees que lorsqu’elles partent de leur application source (application partageant les donn´ees en leur associant une politique de s´ecurit´e). Une fois que les donn´ees sont transmises `a d’autres applications, il n’y a plus de contrˆole sur l’usage qui est en est fait. Le destinataire peut ainsi faire fuir les donn´ees sans que le syst`eme ne soit au courant.34 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ 2.5.1.4 AppIntent Une fuite d’information ne signifie pas forc´ement qu’une attaque ait eu lieu. Selon les cas, la fuite peut ˆetre intentionnelle (ex : partage de coordonn´ees g´eographiques par messagerie), c’est-`a-dire faite par l’utilisateur mˆeme, ou ex´ecut´ee par l’application sans r´eelle intervention de l’utilisateur. Dans le cas d’une fuite intentionnelle, le risque d’une attaque est moindre. Dans le second cas, fuite des donn´ees sans que l’utilisateur n’ait initi´e l’action, la probabilit´e qu’une attaque ait lieu est ´elev´ee car l’utilisateur n’a pas conscience de la fuite. Dans [106], Yang et al. pr´esentent AppIntent, un outil qui analyse les applications Android afin de d´eterminer les ´ev`enements et entr´ees attendus par une application et entraˆınant une fuite d’information. Le but d’AppIntent est de fournir `a un analyste les ´ev`enements et entr´ees attendus par une application menant `a la fuite d’une information afin que l’analyste puisse statuer de la nature de la fuite : intentionnelle ou non (risque d’une attaque). Pour calculer les ´ev`enements et entr´ees entraˆınant une fuite, l’outil analyse statiquement le code de l’application. Dans un premier temps, il construit son graphe de flux de contrˆole puis d´etermine `a partir de ce graphe les chemins d’ex´ecution contenant une fuite d’information. Une fuite d’information est un ensemble d’instruction qui r´ecup`erent une donn´ee sensible puis la fait fuir. Une fois ces chemins calcul´es, AppIntent calcule la suite d’´ev`enements ainsi que les entr´ees attendues qui m`enent `a l’ex´ecution de la fuite d’information. Les ´ev`enements sont les cr´eations et ex´ecutions des composants d’une application (ex : cr´eation et ex´ecution d’un composant Activity ou la reprise d’ex´ecution du composant) ainsi que les interactions avec l’interface utilisateur (ex : validation d’un formulaire) et les entr´ees sont les donn´ees li´ees `a ces ´ev`enements tels que les attributs d’un intent utilis´e pour lancer l’ex´ecution d’un composant ou les valeurs des champs d’un formulaire. A partir des ´ev`enements et entr´ees calcul´es, AppIntent cr´ee ensuite des tests ` unitaires qui correspondent qui ex´ecutent ces suites d’´ev`enement et donnent `a l’application les entr´ees menant `a la fuite d’une information. Pour d´eterminer de la nature des fuites d’information, l’analyste n’a ainsi qu’`a ex´ecuter ces tests unitaires et statuer si lors de l’observation d’une fuite, les actions men´ees `a cette fuite sont intentionnelles ou non. Pour ´evaluer leur outil, Yang et al. ont analys´e 750 ´echantillons de malware et 1000 applications parmi les plus populaires dans la section des applications gratuites sur Google Play. Sur les 750 ´echantillons malware, AppIntent a d´etect´e 219 fuite de donn´ees non intentionnelles et 17 fuites intentionnelles (faites par l’utilisateur). Quant aux applications de GooglePlay, AppIntent a d´etect´e 26 cas de fuites de donn´ees non intentionnelles et 29 cas de fuites intentionnelles. En comparaison, TaintDroid a d´etect´e moins de fuites de donn´ees : 125 dans le cas des ´echantillons de malware et 40 pour les applications de Google Play.2.5. RENFORCEMENT DE LA SECURIT ´ E SOUS ANDROID ´ 35 2.5.2 Communication entre processus et entre composants La d´el´egation d’une partie de l’attaque `a d’autres applications pr´esentes sur le syst`eme et la collaboration entre applications permettent aux applications malveillantes de cacher leur v´eritable nature aux yeux des utilisateurs. Par exemple, une application demandant acc`es aux photos, aux donn´ees de g´eolocalisation, `a la liste de contacts et `a internet paraˆıt suspecte car elle poss`ede assez de permission pour faire fuir les donn´ees li´ees `a l’utilisateur. Par contre, la mˆeme application avait l’acc`es internet en moins paraˆıt moins suspecte car rien n’indique qu’elle pourrait communiquer avec une entit´e distante. Or comme nous l’avons expliqu´e dans la section ??, les applications peuvent utiliser d’autres applications ou collaborer avec d’autres applications pour mener une action qu’elles ne pouvaient faire toutes seules. Dans ce qui suit, nous pr´esentons ainsi les travaux visant `a bloquer ce type d’attaque sur Android en contrˆolant les communications entre applications. 2.5.2.1 ComDroid Nous avons pr´esent´e en section 2.3.3 le r´esultat d’une analyse sur les vuln´erabilit´es introduites par les communications bas´ees sur les intents. Pour d´etecter ces vuln´erabilit´es, Chin et al. ont ainsi pr´esent´e dans [34] un outil d’analyse d’application du nom de ComDroid. ComDroid effectue deux types d’analyse sur le code des applications et leur fichier AndroidManifest.xml. La premi`ere analyse consiste `a analyser le code des applications. Durant cette analyse, ComDroid ´etudie comment les intents sont cr´e´es puis ´emis par une application. ComDroid ´emet une alerte `a chaque fois qu’il d´etecte qu’un implicit intent est ´emis avec une restriction trop faible sur les destinataires. Une restriction est faible si aucun filtrage bas´e sur les permissions du destinataire n’est impos´e ou si les permissions impos´ees sont de type normal (voir tableau 2.1). Une permission de type normal est une permission automatiquement accord´ee `a toute application la demandant. La deuxi`eme analyse consiste `a analyser les composants des applications afin de d´eterminer s’il y a un risque que les composants re¸coivent des requˆetes malveillantes via les intents. ComDroid consid`ere qu’il y a une possibilit´e pour qu’un composant soit vuln´erable si ce dernier peut recevoir des intents provenant d’autres applications 6 telles qu’il n’y ait aucune restriction bas´ee sur les permissions ou une restriction trop faible sur les ´emetteurs de l’^ıntent. Tout comme dans la premi`ere analyse, une restriction trop faible bas´ee sur les permissions est une restriction bas´ee uniquement sur les permissions de type normal. Si l’analyse des communications via les intents montre les risques que ces communications introduisent, il n’existe cependant pas de m´ethode pour d´eterminer si ce qui a ´et´e d´etect´e comme un risque de s´ecurit´e est une vuln´erabilit´e de l’application ou une fonctionnalit´e impl´ement´ee par le d´eveloppeur. En effet, le fait qu’un implicit intent soit utilis´e ou qu’un composant soit expos´e au reste du syst`eme peut traduire une volont´e de s’adapter aux applications 6. Un attribut exported ou un intent filter est d´efini pour le composant36 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ pr´esentes dans le syst`eme. L’exemple typique est l’ouverture d’une page web `a partir d’une application autre que le navigateur. Du cˆot´e du d´eveloppeur de l’application demandant l’ouverture de la page web, le choix d’envoyer un implicit intent au lieur de d´efinir explicitement le navigateur permet de s’assurer que le lien soit ouvert qu’importe le navigateur sur le syst`eme. Il existe plusieurs navigateurs web sur Android (ex : Google Chrome et Firefox) et l’utilisateur a la possibilit´e de choisir quel navigateur installer et utiliser sur le t´el´ephone. D´efinir explicitement le destinataire de la requˆete pour ouvrir le lien revient ainsi `a courir le risque que le lien ne soit pas ouvert car le navigateur cibl´e n’est pas pr´esent sur le t´el´ephone. Au contraire, en envoyant un implicit intent que tous les navigateurs peuvent recevoir, le d´eveloppeur s’assure que le lien sera ouvert s’il existe un navigateur sur le t´el´ephone. Le mˆeme choix se pr´esente ´egalement aux d´eveloppeurs de navigateurs web. En exposant leur navigateur `a toute application pr´esente dans le syst`eme, les d´eveloppeurs s’assurent que leur application soit compatible avec toute application souhaitant ouvrir une page web. 2.5.2.2 Saint Les permissions sont les bases du filtrage des communications entre applications Android pour prot´eger l’acc`es `a des ressources sensibles. Le contrˆole de leur attribution et de leur usage est cependant assez faible sur Android. En effet, une application ne peut restreindre l’attribution d’une permission qu’elle a d´eclar´ee `a l’installation d’une nouvelle application qu’en d´eclarant la permission comme ´etant signature. Dans ce cas, la permission n’est accord´ee que si l’application la demandant a ´et´e sign´ee par le mˆeme d´eveloppeur que celui de l’application l’ayant d´eclar´ee. Une fois l’application demandant la permission install´ee sur le t´el´ephone, il n’existe ´egalement aucune restriction sur son usage. Le d´eveloppeur d’une application pourrait par exemple souhaiter que les applications communiquant avec la sienne ne puisse le faire que dans des contextes pr´ecis tels qu’une plage d’horaire. Partant de ce constat, Ongtang et al. proposent dans [80] une extension de s´ecurit´e `a Android du nom de Saint dont le but est de donner plus de contrˆole sur l’attribution des permissions et leur usage. L’apport de Saint consiste en un module permettant des restrictions suppl´ementaires en plus des permissions `a l’installation des applications et `a leur ex´ecution, ou plus pr´ecis´ement lors des communications entre processus. Saint permet aux applications de d´efinir une politique de s´ecurit´e qui contrˆole l’attribution des permissions prot´egeant leurs interfaces `a l’installation. Par d´efaut, la seule mani`ere de limiter l’´eligibilit´e d’une application pour l’obtention d’une permission est de d´eclarer cette derni`ere comme ´etant de type signature 7 . Ce type de permission n’est accord´ee qu’aux applications sign´ees avec la mˆeme cl´e que l’application ayant d´eclar´e la permission. Grˆace `a Saint, les 7. Voir le tableau 2.1 pour la liste des types de permission2.5. RENFORCEMENT DE LA SECURIT ´ E SOUS ANDROID ´ 37 applications peuvent d´eclarer des restrictions plus fine sur l’attribution des permissions `a l’installation. Elles peuvent ainsi imposer une restriction sur une liste d´eveloppeurs au lieu d’un seul qui est le d´eveloppeur de l’application ayant d´eclar´ee la permission, les autres permissions demand´ees par l’application, son num´ero de version, etc. La politique d’attribution d´efinit un comportement par d´efaut (attribuer ou refuser) et les crit`eres qui y font exception. Une application peut ainsi d´eclarer qu’une permission n’est accord´ee `a une autre application que si elle satisfait un ensemble de conditions ou `a l’inverse d´eclarer que la permission est accord´ee `a toute application sauf celles qui satisfont cet ensemble de conditions. A l’ex´ecution, Saint permet aussi de contrˆoler les communications entre ` applications en d´efinissant grˆace aux mˆemes types de politique de s´ecurit´e. L’´emetteur et le destinataire peuvent tout deux d´efinir cette politique. Comme `a l’installation, l’application d´efinit un comportement par d´efaut (autoriser ou bloquer) et les conditions qui y font exception. La diff´erence par rapport `a l’installation est que l’application peut d´efinir des contextes d’ex´ecution comme condition dans la politique. Ces contextes peuvent par exemple ˆetre des plages horaires, l’´etat de connexion au r´eseau ; la localisation du t´el´ephone, etc. Saint offre aux applications un contrˆole plus fin sur l’attribution et l’usage des permissions qu’ils d´eclarent pour prot´eger leurs composants. A l’ex´ecution, Saint ` souffre cependant des mˆemes limitations que Porscha [79]. En effet, la protection offerte par Saint se limite `a l’acc`es direct au composant de l’application prot´eg´ee par la politique de s´ecurit´e. Si une application autoris´ee par la politique de s´ecurit´e est par exemple utilis´ee lors d’une attaque par d´el´egation pour acc´eder au composant prot´eg´e, Saint ne verrait pas que l’acc`es est en fait r´ealis´e par une autre application qui elle n’est peut-ˆetre pas autoris´ee par la politique de s´ecurit´e. 2.5.2.3 Quire Pour prot´eger les acc`es `a des composants sensibles, les travaux pr´ec´edents se contentent de contrˆoler l’acc`es direct au composant. Ces solutions sont ainsi inefficaces pour lutter contre les attaques par d´el´egation. Dans [42], Dietz et al. proposent Quire une extension de s´ecurit´e `a Android dont le but est de d´etecter et bloquer les attaques par d´el´egation. Quire modifie les m´ecanismes de communication entre applications afin qu’`a chaque requˆete ´emise, l’´emetteur puisse joindre la chaine d’appel ayant men´e `a l’´emission de cette requˆete et que le destinataire de la requˆete puisse v´erifier que tous les ´el´ements de la chaine d’appel ont les permissions n´ecessaires pour demander le traitement de la requˆete. Par exemple, si une application A envoie une requˆete `a une application B qui `a la suite de la r´eception de la requˆete envoie une requˆete `a l’application C alors la chaine d’appel une fois arriv´ee `a C est A Ñ B. Si C `a la r´eception de la requˆete effectue une op´eration sensible, elle peut v´erifier si les applications dans la chaine d’appel ayant men´e `a l’ex´ecution cette op´eration ont les permissions n´ecessaires. Aini, en supposant que B ait la permission n´ecessaire pour envoyer la requˆete et que A ne l’ait pas, C peut d´ecider en connaissance de cause si oui ou38 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ non elle ex´ecute l’op´eration demand´ee. Si l’op´eration sensible ex´ecut´ee par C est par exemple l’´edition de la liste de contact, alors C v´erifiera que les applications A et B poss`edent la permission pour ´editer les contacts (WRITE CONTACTS). 2.5.2.4 IPC Inspection Porter et al. ont adopt´e une approche similaire `a Quire pour bloquer les attaques par d´el´egation. Dans [49], ils pr´esentent IPC Inspection un m´ecanisme qui contrˆole les communications entre applications sous Android. Quand une application re¸coit un message, le syst`eme consid`ere que ses permissions sont r´eduites `a l’intersection de l’ensemble de ses permissions avant la r´eception du message et l’ensemble des permissions de l’´emetteur. En agissant ainsi, le destinataire ne peut plus effectuer d’action sensible `a la demande de l’´emetteur si ce dernier n’a pas la permission n´ecessaire pour effectuer l’action. Le destinataire des messages voit ainsi ses permissions `a l’ex´ecution se r´eduire au fur et `a mesure qu’elle re¸coit des messages de diff´erente applications avec des permissions diff´erentes. Quelques r`egles existent afin d’´eviter que les applications destinataires des messages ne perdent leur permission d´efinitivement et deviennent inutilisables. Les applications syst`emes font partie de la base de confiance. Tout message provenant de ces applications n’entraˆınent donc aucune r´eduction des permissions. Un intent peut servir `a demander d’ex´ecuter une action particuli`ere et `a ˆetre notifi´e `a la fin d’ex´ecution de cette tˆache. La notification se fait par l’envoi d’un intent `a l’´emetteur du pr´ec´edent message. Lors de la r´eception de la notification, le syst`eme consid`ere qu’il n’y a pas risque d’attaque et n’effectue aucune r´eduction de permission. Enfin, IPC Inspection force l’usage de multiples instances d’une mˆeme application pour traiter les messages qui lui sont adress´es. Le destinataire d’un message a ainsi une instance avec ses permissions d’origine et d’autres instances qui traiteront chacun des messages et dont les permissions seront r´eduites. 2.5.2.5 Pr´evention des attaques par d´el´egation et par collusion Quire [42] et IPC Inspection [49] ne ciblent que les attaques par d´el´egation. De plus, le seul m´ecanisme de communication pris en compte est celui bas´e sur binder en utilisant les intents. Dans [30], Bugiel et al. pr´esentent une nouvelle extension de s´ecurit´e `a Android qui est param´etr´ee par une politique de s´ecurit´e et dont le but est de bloquer les attaques par d´el´egation ainsi que les attaques par collusion. Contrairement aux travaux pr´ec´edents, ils prennent en compte la possibilit´e que la communication entre les applications se fasse ´egalement `a travers les m´ecanismes standard de communication sous Linux (fichiers et sockets). Ils ´etendent un framework de s´ecurit´e pour Android d´evelopp´e dans un travail ant´erieur [29] afin d’observer les interactions entre les applications, composants du syst`eme (ContentProvider et services), fichiers et sockets. A` chaque fois qu’une interaction est observ´ee, ils v´erifient qu’il n’y a pas un risque d’attaque. La d´etection des attaques utilisent une repr´esentation sous forme2.5. RENFORCEMENT DE LA SECURIT ´ E SOUS ANDROID ´ 39 de graphe des interactions entre les applications, les fichiers, les sockets et des composants du syst`eme (ContentProvider et services). La politique de s´ecurit´e d´ecrit des propri´et´es sur ce graphe qui permettent de statuer si une interaction correspond `a une attaque ou non. Par exemple, une attaque par d´el´egation est d´ecrite par le fait qu’il existe un chemin `a partir du nœud repr´esentant une application A vers le nœud repr´esentant une application B tel que B poss`ede des permissions critiques que A ne poss`ede pas. Une attaque par collusion est d´ecrite par le fait qu’il existe une chemin entre les nœuds de deux applications A et B tel que l’union des permissions de A et B soit critique. Les auteurs ne d´efinissent pas ce qu’est un ensemble critique de permissions et laisse plutˆot le soin de le d´efinir `a l’utilisateur qui d´efinit la politique de s´ecurit´e. Contrairement `a Quire, Bugiel et al. laissent le choix `a l’utilisateur de d´efinir ce qu’est une attaque via la politique de s´ecurit´e, ce qui apporte `a la fois un avantage et un inconv´enient `a l’approche. La possibilit´e de d´efinir avec pr´ecision les sc´enarios d’attaque a l’avantage de limiter les faux positifs lors de l’ex´ecution du syst`eme, c’est-`a-dire des communications jug´ees comme dangereuses alors qu’elles ne le sont pas. Un des cas souvent ignor´e dans les travaux pr´ec´edents est qu’une application puisse intentionnellement fournir un service `a une autre application. L’inconv´enient dans cette approche est que l’utilisateur n’a pas forc´ement les comp´etences n´ecessaires pour d´efinir une bonne politique de s´ecurit´e ce qui pourrait ˆetre exploiter par une application malveillante afin d’´echapper `a la d´etection. 2.5.3 Abus des permissions 2.5.3.1 Kirin L’approche basique utilis´ee par les applications malveillantes sous Android est de demander toutes les permissions qui leur sont n´ecessaires pour effectuer leur tˆache malveillante. Par exemple, les applications espions dont le but est de tracer l’utilisateur du t´el´ephone demande l’acc`es aux donn´ees de g´eolocalisation et l’acc`es `a internet. Afin de bloquer ce type d’attaque, Enck et al. proposent un syst`eme nomm´e Kirin dans [47]. Le but de Kirin est de v´erifier qu’une application n’a pas un ensemble de permissions jug´e dangereux. Par exemple, l’acc`es aux donn´ees de g´eolocalisation et `a internet permet de faire fuir les d´eplacements de l’utilisateur de t´el´ephone. Ainsi, Kirin v´erifie `a l’installation les permissions demand´ees par une application. Si elle contient un ensemble dangereux, l’installation est bloqu´ee. Il appartient `a l’utilisateur ou `a l’administrateur de l’appareil de d´efinir les ensembles de permission dangereux. 2.5.3.2 Woodpecker Les permissions filtrent l’acc`es aux ressources sensibles sous Android. Une application sans la permission READ SMS ne peut par exemple lire la base de donn´ees des SMS. Dans [54], Grace et al. ont analys´e les applications livr´ees avec40 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ 8 t´el´ephones Android et montr´e que certaines exposaient sans aucune restriction les ressources sensibles. Les auteurs ont identifi´e deux m´ethodes. La premi`ere m´ethode, qu’ils disent explicite, consiste `a exposer les m´ethodes pour acc´eder aux ressources sensibles via des interfaces publiques dont l’acc`es est plus laxiste que celui de la m´ethode prot´eg´ee. Ils consid`erent comment interface les composants expos´es publiquement `a d’autres applications. La deuxi`eme m´ethode, cette fois-ci implicite, consiste `a partager le mˆeme identifiant d’utilisateur entre deux applications. Cela est possible en associant la mˆeme valeur `a l’attribut sharedUserId dans le fichier AndroidManifest.xml des deux applications. Les deux applications tournant avec le mˆeme identifiant utilisateur, elles se retrouvent ainsi `a l’ex´ecution avec l’union des permissions que les deux applications poss`edent. Grace et al. ont ainsi d´evelopp´e Woodpecker un outil pour analyser les applications et trouver d’´eventuelles expositions de ressources sensibles. Woodpecker d´efinit les points d’entr´ee de l’application `a partir de son fichier AndroidManifest.xml, construit son graphe de flux de contrˆole (Control Flow Graph en anglais) et `a partir du CFG calcule tous les chemins d’ex´ecution possibles. L’outil consid`ere qu’une ressource sensible est expos´ee explicitement si un chemin d’ex´ecution partant d’une interface non prot´eg´ee contient un appel `a une fonction sensible et qu’aucun contrˆole n’est fait avant l’appel. Pour le deuxi`eme cas, une alerte est lev´ee si une application indique partager son identifiant utilisateur et s’il existe un appel `a une fonction sensible dans le code de l’application telle que la partie contenant cette fonction puisse ˆetre atteinte. 2.5.3.3 Aurasium La plupart des approches visant `a contrˆoler le comportement des applications se font en modifiant le syst`eme. Dans [105], Xu et al. proposent cette fois-ci de laisser le syst`eme intact et d’ajouter le code n´ecessaire au contrˆole dans l’application. Ils ont ainsi d´evelopp´e un service appel´e Aurasium 8 qui prend en entr´ee une application et retourne sa version renforc´ee. Cette version renforc´ee int`egre du code interceptant les appels aux fonctions sensibles sous Android afin de renforcer une politique de s´ecurit´e. Les fonctions concern´ees servent `a acc´eder `a des ressources sensibles sur le t´el´ephone et internet, et `a ex´ecuter des op´erations potentiellement dangereuses telles que le chargement d’une biblioth`eque ou l’ex´ecution d’un binaire. Bien que ce genre de fonctions soient d´efinies au sein de l’API Java d’Android, Aurasium intercepte leur appel `a un niveau plus bas, plus pr´ecis´ement au niveau des fonctions de la biblioth`eque C du syst`eme et de la machine virtuelle dalvik. Il existe par exemple diff´erentes fonctions dans l’API pour communiquer sur le r´eseau. Cependant, au niveau syst`eme tout cela se traduit par un ensemble restreint d’appels syst`eme tels que connect et sendmsg. Il en est de mˆeme pour les IPCs bas´es sur le binder qui se font via l’appel syst`eme ioctl /dev/binder/. Lorsque l’appel `a une fonction sensible est d´etect´ee, l’application 8. http://aurasium.com2.6. SUIVI DE FLUX D’INFORMATION 41 en informe l’utilisateur et demande `a l’utilisateur de valider l’appel s’il souhaite qu’il se poursuive. Pour ´evaluer la capacit´e de leur service `a instrumenter les applications et `a fournir une version toujours fonctionnelle, ils ont soumis un ensemble de 3491 applications de Google Play et 1260 ´echantillons de malware `a leur service. Nous entendons par version fonctionnelle, une application qui se lance sans erreur au d´emarrage et qui `a l’ex´ecution montre bien des interceptions `a des appels de fonction sensible. Leur ´evaluation a montr´e qu’Aurasium ´etait capable de fournir une version fonctionnelle des applications dans plus de 99% des cas. Aucune ´evaluation ne permet cependant d’appr´ecier la capacit´e d’Aurasium `a intercepter les appels de fonction correspondant aux attaques sur un syst`eme. Nous avons pr´esent´e dans cette section diff´erents travaux inh´erents `a la s´ecurit´e d’Android. Partant du constat des limites des m´ecanismes de s´ecurit´e Android, principalement celles li´ees `a l’acc`es aux ressources sensibles et aux communications entre applications, les auteurs de ces travaux ont propos´e des extensions de s´ecurit´e `a Android et des outils d’analyse d’application. Ces extensions et outils ont pour but de d´etecter les tentatives exploitant les limites du m´ecanisme de s´ecurit´e du syst`eme ainsi que les risques de s´ecurit´e introduit par les m´ecanismes de communication Android. Parmi les attaques cibl´ees, ils ciblent principalement le vol de donn´ees sensibles, l’usage malveillant des permissions accord´ees aux applications, les attaques par d´el´egation et les attaques par collusion. Ces travaux concernent ainsi des classes d’attaque connue et essayent de les d´etecter ou les pr´evenir. Dans cette th`ese, nous avons une approche diff´erente. Au lieu de d´etecter les malware en nous basant sur les limites connues du m´ecanisme de s´ecurit´e d’Android, nous souhaitons dans un premier temps caract´eriser les malware (comment leur attaque fonctionne) et nous baser sur ce que nous aurons appris pour les d´etecter. Notre approche est bas´ee sur les flux d’information que causent les malware dans le syst`eme. Dans la section qui suit, nous introduisons ainsi la notion de flux d’information et pr´esentons quelques travaux utilisant le suivi de flux d’information pour d´etecter des attaques. 2.6 Suivi de flux d’information Suivre les flux d’information consiste `a observer comment les informations se propagent dans un environnement donn´e. En s´ecurit´e, le suivi de flux d’information est utilis´e pour d´etecter des attaques visant soit la confidentialit´e soit l’int´egrit´e de donn´ees dans un environnement donn´e. En plus de d´etecter des attaques, il peut ´egalement servir `a les bloquer. Il s’agit dans ce cas de contrˆole de flux d’information.42 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ 2.6.1 Suivi de flux au sein d’une application Suivre les flux d’information au sein d’une application permet d’avoir une vue fine de la mani`ere dont les informations sensibles sont trait´ees par un programme. A l’exception du langage Perl, les langages de programmation ` n’int`egrent cependant pas de m´ecanisme de suivi ou de contrˆole de flux d’information. Divers travaux se sont ainsi concentr´es sur le suivi et le contrˆole de flux dans les applications soit en proposant une extension au langage de programmation utilis´e soit en instrumentant l’environnement dans lequel l’application tourne. Les applications Android sont principalement ´ecrites en Java. Dans [74, 73], Myers et Liskov pr´esentent un mod`ele de suivi de flux d’information qu’ils impl´ementent dans Jif [75], une extension du langage Java capable de contrˆoler les flux d’information `a l’int´erieur d’une application. Techniquement, Jif est un pr´eprocesseur effectuant une analyse statique du code source pour contrˆoler la conformit´e des flux d’information dans un programme par rapport `a une politique de flux. La politique est repr´esent´ee par des labels qui sont associ´es aux variables et fonctions dans le code. A chaque objet est assign´e un label o`u sont ` d´eclar´es l’ensemble des propri´etaires de l’information et les entit´es que chaque propri´etaire autorise `a acc´eder `a l’information. Etant donn´e que chaque pro- ´ pri´etaire d´eclare une liste de lecteurs autoris´es, la liste des lecteurs effectifs est ensuite calcul´ee en faisant l’intersection de la liste que chaque propri´etaire a d´eclar´ee. Le label L “ to1 : r1, r2; o2 : r2, r3u signifie par exemple que l’objet auquel il est attach´e contient des informations dont o1 et o2 sont propri´etaires. o1 et o2 n’autorisent respectivement que r1 ou r2 et r2 ou r3 `a acc´eder `a l’information. Le lecteur effectif est donc ici r2. Lors pr´etraitement du code, Jif, qui est un pr´eprocesseur Java, calcul les flux d’information dans le programme et v´erifie que les politiques de s´ecurit´e associ´ees aux variables sont v´erifi´ees. L’approche propos´ee par Myers et Liskov est une approche statique qui consiste `a annoter le code source des applications puis `a l’analyser pour contrˆoler les flux d’information dans l’application. Un des avantages de l’analyse statique par rapport `a l’analyse dynamique est qu’il couvre tous les chemins d’ex´ecution possibles et permet en une seule analyse d’identifier toutes les violations `a une politique de flux d’information. Une limite `a cette approche est cependant la n´ecessit´e d’avoir acc`es au code source de l’application pour l’analyser, ce qui est rarement le cas pour les applications Android et limite l’usage de cette approche. Le code des applications Android est livr´e sous la forme de dalvik bytecode et il est parfois obfusqu´e afin d’empˆecher des entit´es tierces de retrouver le code original `a partir duquel le dalvik bytecode a ´et´e g´en´er´e. Ce bytecode est obtenu en compilant dans un premier temps le code source de l’application en bytecode Java puis en compilant ce dernier en bytecode compr´ehensible par la machine virtuelle Dalvik. Si les travaux pr´ec´edents s’attachent `a ajouter une extension de contrˆole de flux d’information dans le langage de programmation et contrˆoler les flux d’information de mani`ere statique, d’autres se sont pench´es sur une modification de l’environnement d’ex´ecution pour suivre et contrˆoler les flux d’information `a2.6. SUIVI DE FLUX D’INFORMATION 43 l’ex´ecution des applications. Dans [46], Enck et al. proposent TaintDroid, une version modifi´ee d’Android avec un m´ecanisme de suivi de flux d’information `a l’ex´ecution des applications. Leur but ´etait d’´etudier si les applications Android font fuir des donn´ees sensibles du t´el´ephone via le r´eseau ou par SMS. Ils ont d´efini dans leur outil un ensemble d’information `a surveiller (ex : identifiants de l’appareil et donn´ees de g´eolocalisation) et s´electionn´e les 30 applications Android les plus populaires pour les analyser. Ils ont montr´e que plus de 2{3 d’entre elles faisaient fuir des donn´ees sensibles, principalement les identifiants du t´el´ephone. Pour suivre les flux d’information, Enck et al. ont modifi´e la machine virtuelle Dalvik. Ils ont impl´ement´e une m´ethode dite de tainting qui consiste `a marquer les objets selon la nature de leur contenu. Dans la machine virtuelle Dalvik, les objets pouvant contenir des informations sont les variables d’une m´ethode, ses param`etres et les champs d’une classe ainsi que des ses instances. Lorsqu’un flux est obser´e, les marques associ´ees aux objets dont le contenu a ´et´e modifi´e est mis `a jour pour prendre en compte la nature de leur nouveau contenu. Contrairement `a Myers et Liskov, Enck et al. ont opt´e pour une approche dynamique pour suivre les flux d’information au sein d’une application durant son ex´ecution. A cause de la nature de l’analyse (dynamique), une des principales ` limitations de TaintDroid est l’impossibilit´e d’observer tous les flux d’information possibles en une seule analyse. Seuls les flux d’information explicites qui ont lieu durant l’ex´ecution de l’application sont d´etect´es. Si TaintDroid a une vue plus limit´ee des flux d’information dans une application, il poss`ede cependant un avantage non n´egligeable par rapport aux approches statiques qui est qu’il ne n´ecessite pas l’acc`es au code source des applications analys´ees. Il est donc plus adapt´e pour analyser les applications destin´ees `a tourn´ees dans un environnement tels qu’Android. 2.6.2 Suivi de flux au niveau syst`eme Un autre niveau d’observation des flux d’information est le syst`eme d’exploitation o`u les objets du syst`eme tels que les processus et les fichiers sont vus comme des conteneurs d’information et les interactions entre eux des flux d’information. Dans [109, 110], Zeldovich et al. proposent HiStar, un syst`eme d’exploitation qui int`egre un m´ecanisme de contrˆole de flux d’information au niveau syst`eme. Le but de HiStar est de fournir un syst`eme capable de bloquer les attaques visant `a voler ou corrompre les donn´ees sur le syst`eme. Pour suivre et contrˆoler les flux d’information, HiStar utilise les labels Asbetos [45]. Un label ´etablit une correspondance entre une cat´egorie d’information et un niveau marquage. Par exemple, le label L “ tw3, c2, 1u signifie que le niveau associ´e aux cat´egories w et c sont respectivement 3 et 2. Le niveau par d´efaut est 1. Un label est associ´e `a chaque objet du syst`eme pouvant contenir de l’information. Le label repr´esente pour chaque objet son niveau d’acc`es pour les diff´erentes cat´egories d’information. Lorsqu’un flux d’information d’un objet A vers un objet B a lieu, HiStar v´erifie que le niveau d’acc`es de B pour les cat´egories d’information d´efinies dans le label de A est sup´erieur ou ´egal au niveau d’acc`es44 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ de A pour ces mˆemes cat´egories. Si c’est le cas, le flux est autoris´e. Dans le cas contraire, il est bloqu´e. Par exemple, si le label de A vaut tw3, c2, 1u et que celui de B vaut tw2, c3, h2, 1u alors B ne peut acc´eder au contenu de A car le niveau d’acc`es de B aux `a la cat´egorie d’information w, ici 2, est inf´erieur au niveau d’acc`es de A, ici 3, `a la mˆeme cat´egorie. Pour contrˆoler les flux d’information dans le syst`eme, HiStar associe des niveaux d’acc`es aux diff´erents objets du syst`eme. Contrairement `a TaintDroid ou AppFence, il se contente d’´etablir des niveaux d’acc`es aux informations mais ne suit pas leur propagation dans le syst`eme. Cela limite son utilit´e pour analyser comment les donn´ees d’une application se propagent dans le syst`eme, ce qui est l’un des nos objectifs. Dans cette th`ese, nous utilisons un moniteur de flux d’information au niveau du syst`eme pour observer les flux d’information. Ce moniteur est la version Android d’un moniteur de flux d’information pour Linux, Blare [37], dont la version actuelle a ´et´e d´evelopp´ee par Christophe Hauser. Plus pr´ecis´ement, Blare est un outil de d´etection d’intrusion pour les syst`emes Linux param´etr´e par une politique de flux d’information. La politique d´efinit les flux autoris´es dans le syst`eme et toute violation de cette politique constitue une intrusion. Pour suivre et contrˆoler les flux d’information, Blare utilise deux labels, itag et ptag, qui sont attach´es aux objets du syst`eme. L’itag repr´esente la contamination courante d’un objet et le ptag repr´esente sa contamination maximale autoris´ee. L’itag d’un objet est ainsi mis `a jour `a chaque fois qu’un flux d’information modifiant le contenu de l’objet a lieu tandis que le ptag est d´efini lors de la cr´eation de la politique de flux. Lorsqu’un flux d’information d’un objet A vers un objet B a lieu, Blare consid`ere que les informations de A vont dans B et v´erifie si l’itag de A est autoris´e par le ptag de B. Si c’est le cas, il met `a jour l’itag de B pour prendre en compte son nouveau contenu. Sinon il l`eve une alerte. Blare ne pr´evient pas les intrusions mais les d´etecte. Il ne bloque pas le flux en cas de violation d’une politique mais se contente de lever une alerte. Comme HisTar, le niveau d’observation de Blare se limite au niveau syst`eme. Il voit les objets du syst`eme comme des boˆıtes noires et effectue une surapproximation des flux observ´es. Quand un flux d’un objet A vers un objet B est observ´e par Blare, il consid`ere que toutes les informations dans A se propagent dans B. Cette vision est moins fine que ce que proposerait un suivi de flux au niveau des applications. Cependant il a l’avantage de ne pas d´ependre d’un langage en particulier tel que le Java et ne se limite pas aux instances d’une machine virtuelle. Il a ainsi une vue compl`ete des flux d’information directs entre les objets du syst`eme par rapport `a TaintDroid qui est limit´e aux flux impliquant uniquement les applications ´ecrites en Java. 2.6.3 Suivi de flux au niveau hardware Dans [108], Yin et al. proposent un environnement virtuel bas´e sur Quemu d’analyse dynamique d’application Windows appel´e Panorama. Panorama suit les flux d’information au niveau machine tout en ayant connaissance des informations li´ees aux objets du syst`eme tels que les processus et les fichiers. Le but du2.6. SUIVI DE FLUX D’INFORMATION 45 travail r´ealis´e est de d´eterminer si une application acc`ede `a une donn´ee sensible du syst`eme et si c’est le cas comment elle l’utilise. Les donn´ees sensibles peuvent ˆetre des donn´ees frapp´ees au clavier, des donn´ees du disque ou le contenu de paquets r´eseaux. Dans le cadre de l’analyse, ces donn´ees sont suppos´ees ne pas ˆetre acc´ed´ees par l’application analys´ee. Pour analyser une application, ils installent ainsi l’application dans l’environnement d’analyse, introduisent des donn´ees sensibles dans le syst`eme, et suivent comment ces donn´ees se propagent. A partir ` des flux observ´es, ils construisent un graphe de flux d’information repr´esentant comment les donn´ees sensibles se sont propag´ees dans le syst`eme. Les nœuds et les arcs du graphe repr´esentent respectivement les objets du syst`eme et les flux d’information entre eux. L’application analys´ee est consid´er´ee comme malveillante si un nœud la repr´esentant est pr´esent dans le graphe. Cela signifie qu’`a un moment donn´e, l’application a acc´ed´ee aux donn´ees sensibles. Si c’est le cas, ils analysent ensuite o`u les donn´ees se propagent `a partir du nœud repr´esentant l’application analys´ee. Dans des travaux plus r´ecents, Yin et al. ont propos´e DroidScope [106] qui est un environnement d’analyse d’application Android qui est l’´equivalent de Panorama pour Android. DroidScope suit ´egalement les flux d’information au niveau hardware mais contrairement `a Panorama, il n’a pas seulement acc`es aux informations li´ees aux objets du syst`eme mais ´egalement `a des donn´ees li´ees `a l’ex´ecution des applications dans la machine virtuelle Dalvik. Il a ainsi une vue plus fine de ce qui se passe dans une application telle que les m´ethodes qui sont utilis´ees pour acc´eder `a une information. Suivre les flux d’information au niveau hardware permet d’avoir une vue fine des flux d’information s’op´erant sur un syst`eme. Le niveau de granularit´e pour le stockage et l’acc`es `a une information peut-ˆetre r´eduit `a un octet ou un bit, ce qui est l’unit´e de stockage des donn´ees. Avoir une telle granularit´e a cependant un coˆut ´elev´e en terme de temps d’ex´ecution qui limite cette approche aux environnements virtuels d’analyse d’application. Les auteurs de Panorama ont mesur´e un temps d’ex´ecution des applications de 30 `a 40 fois plus lents que leur temps d’ex´ecution normal. Notre but est de capturer le comportement malveillant des malware Android et de les d´etecter. Sachant que certains malware essayent de d´etecter la pr´esence d’environnement virtuels pour ´echapper `a toute d´etection, ce niveau d’observation ne nous paraˆıt donc pas comme un choix viable. Il existe diff´erents niveaux d’observation pour suivre les flux d’information sur un syst`eme : application, syst`eme d’exploitation et hardware. Dans ce th`ese, nous optons pour un suivi de flux au niveau du syst`eme d’exploitation afin d’avoir une vue compl`ete des flux d’information entre les diff´erents composants du syst`eme. Suivre les flux d’information `a l’int´erieur des applications a une meilleure granularit´e mais suppose que nous ayons, soit acc`es au code source de toutes les applications `a analyser, soit que toutes les applications soient ´ecrites en Java et interpr´et´ees par la machine virtuelle Dalvik. Aucune de ces suppositions ne s’av`ere ˆetre vraie dans la r´ealit´e. Suivre les flux d’information au niveau46 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ du hardware apporte ´egalement une vue plus fine et contrairement au niveau application ne n´ecessite pas d’acc`es au code source ou l’usage d’un seul langage pour ´ecrire toutes les applications. Cependant, comme nous l’avons ´ecrit pr´ec´edemment, il n’est adapt´e qu’aux environnements virtuels, ce qui pose le probl`eme de la d´etection de l’environnement d’analyse [68]. Dans cette th`ese, nous avons ainsi fait le choix de suivre les flux d’information au niveau syst`eme afin d’ˆetre ind´ependant de la disponibilit´e du code source des applications et du langage utilis´e pour les d´evelopper tout en ayant une vue compl`ete des flux d’information entre les objets du syst`eme. A partir des flux d’information observ´es ` dans le syst`eme, nous proposons de calculer le profil d’un malware et apprendre son comportement. L’approche est similaire `a de l’apprentissage. Dans la section qui suit, nous pr´esentons donc comment des m´ethodes d’apprentissage ont ´et´e appliqu´es pour classifier et d´etecter des malware. 2.7 Classification et d´etection de malware La d´etection de malware se fait g´en´eralement en utilisant des signatures ou des profils comportementaux. La signature d’un malware est un ensemble de propri´et´es communes aux fichiers des ´echantillons du malware. Dans le cas des applications Android, ces fichiers sont les apk. Le profil comportemental d’un malware est un ensemble de propri´et´es communes `a l’ex´ecution des ´echantillons du malware. Ces signatures et profils sont construits `a partir des informations obtenues en analysant, statiquement ou dynamiquement, les ´echantillons de malware. La tendance actuelle consiste `a utiliser des m´ethodes d’apprentissage afin de classifier et d´etecter des malwares. Dans notre cas, nous souhaitons extraire le profil d’un malware et son comportement `a partir des flux d’information qu’ils causent dans le syst`eme. Dans ce qui suit, nous pr´esentons ainsi quelques travaux ayant adopt´e cette approche. L’apprentissage consiste `a apprendre des propri´et´es li´ees `a un jeu de donn´ees. Il existe diff´erents travaux sur l’analyse statique d’application afin de d´etecter des instances de malware (ex : [35] et [58]). Les signatures sont des propri´et´es li´ees au malware telles que des chaines de caract`eres, des ressources dans l’application, des appels `a des fonctions sp´ecifiques, ou simplement l’empreinte d’un fichier. Sous Android, Arp et al. ont propos´e DREBIN [22] pour d´etecter les ´echantillons de malware Android sur les t´el´ephones. Les propri´et´es prises en compte lors de l’analyse d’une application sont les permissions demand´ees, les composants mat´eriels requis, ses composants, les filtres d’intent pour activer les composants, les appels aux fonctions sensibles, les permissions utilis´ees, les appels de fonction suspects et les adresses de serveur pr´esents dans le code de l’application. Pour classifier les applications, ils utilisent une machine `a vecteurs de support [41, 48] qui est une m´ethode d’apprentissage supervis´ee. Un apprentissage supervis´e consiste `a calculer `a partir d’ensembles distincts un mod`ele permettant de d´efinir l’appartenance d’un ´el´ement `a un de ces ensembles. A` partir de deux ensembles distincts d’applications, l’une contenant des applications malveillantes et l’autre contenant des applications b´enignes, ils calculent2.7. CLASSIFICATION ET DETECTION DE MALWARE ´ 47 ainsi un mod`ele de d´etection qui diff´erencie les applications malveillantes des applications b´enignes. Ce mod`ele est ensuite utilis´e sur le t´el´ephone afin de d´etecter les applications malveillantes. L’´evaluation effectu´ee par les auteurs de DREBIN sur la capacit´e de d´etection montre que leur outil atteint un taux de d´etection de 93.90% sur un ensemble de 1834 ´echantillons de malware. Le taux de d´etection d´efinir pourcentage d’´echantillons d´etect´es sur tout le jeu de donn´ees. Le r´esultat est proche des meilleurs r´esultats obtenus par les produits anti-virus qu’ils ont test´e sur le mˆeme jeu de donn´ees. Les meilleurs taux de d´etection sont de 96.41% et de 93.71% tandis que le pire est de 3.99%. La d´etection par analyse statique montre cependant ses limites lorsque les d´eveloppeurs de malware utilisent des techniques d’obfuscation [21, 23, 70] afin de cacher la v´eritable nature de leurs application ou des techniques de polymorphisme et de m´etamorphisme [50] afin de changer l’aspect du code des diff´erentes instances d’un malware. Les d´eveloppeurs du malware Obad.a [98] utilisent par exemple des chaines al´eatoires pour les noms de variables, m´ethode et classes. Ils utilisent ´egalement des fonctions de chiffrement afin de masquer les chaines de caract`eres utilis´ees dans le malware et ces fonctions changent d’un ´echantillon `a l’autre. Contrairement `a l’approche statique, l’approche dynamique repose uniquement sur l’ex´ecution des applications pour d´etecter les ´echantillons de malware et n’est pas ainsi affect´ee par ces m´ethodes d’´evasion. Dans [67], Bayer et al. appliquent une m´ethode d’apprentissage non supervis´ee afin de classifier les applications et d´etecter les ´echantillons de malware. L’apprentissage non supervis´ee consid`ere qu’il n’y a pas de groupement pr´ed´efinis des ´el´ements dans le jeu de donn´ees et calcule lui-mˆeme les regroupements possibles de ces ´el´ements. Les applications `a classifier sont analys´ees dans Anubis [69] afin d’en extraire un profil. Le profil est constitu´e des diverses interactions avec le syst`eme tels que les acc`es aux fichiers et registres ainsi que les communications r´eseaux. Ils appliquent ´egalement une m´ethode de tainting afin d’observer comment les informations issues du syst`eme sont utilis´ees dans les prochains appels syst`eme. Cela s’av`ere utile pour filtrer les informations `a extraire. Par exemple, si le programme utilise la date du syst`eme pour g´en´erer le nom d’un nouveau fichier, il ne sert `a rien de stocker le nom car il sera diff´erent `a chaque ex´ecution. Dans [90], Rieck et al. proposent d’utiliser les interactions entre les applications analys´ees et le reste du syst`eme afin de les classifier et de se servir du mod`ele obtenu lors de l’apprentissage pour d´etecter d’autres ´echantillons de malware. Pour obtenir les interactions des applications avec le reste du syst`eme, ils ex´ecutent les applications dans CWSandbox [101], un environnement d’analyse dynamique d’application. Ils construisent ensuite un vecteur repr´esentant le comportement de l’applications analys´ee `a partir des interactions observ´ees o`u chaque dimension repr´esente une suite d’interaction et utilisent ces vecteurs afin de classifier de mani`ere non supervis´ee les applications analys´ees. Les classes obtenues `a la suite de cette ´etape servent ensuite de mod`ele afin de d´etecter de nouvelles instances de malware. Rieck et al. ont compar´e la qualit´e des classes cr´ees durant l’apprentissage rapport `a celle de Bayer et al. et ont montr´e que leur approche obtient un48 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ meilleur score, 0.950, par rapport `a celle de Bayer et al., 0.881. Le score calcul´e, appel´e F-Score [8], combine `a la fois la qualit´e de la pr´ecision ainsi que du rappel des classes calcul´ees durant l’apprentissage. La pr´ecision mesure la correspondance entre les classes calcul´ees et les familles de malware tandis que le rappel mesure l’´eparpillement des ´echantillons d’un malware dans plusieurs classes. Une pr´ecision ´elev´ee signifie que chaque classe correspond `a une famille de malware. Un rappel ´elev´e signifie que chaque famille de malware correspond `a une classe. La valeur maximale du F-score est de 1 tandis que la pire est de 0. Plus le score est ´elev´e, plus la qualit´e de l’apprentissage est meilleure. Les travaux pr´esent´es ont mont´e que l’apprentissage pouvait servir `a calculer des mod`eles afin de classifier et d´etecter des malware. Cet apprentissage est effectu´e `a partir des propri´et´es li´ees aux fichiers contenant les applications `a analyser ou de leurs traces d’ex´ecution. Dans notre cas, l’apprentissage est effectu´e sur les flux engendr´es par les ´echantillons de malware dans le syst`eme. Nous ex´ecutons ainsi chaque ´echantillon de malware pour capturer ces flux d’information. Un des buts de notre approche est d’identifier le comportement malveillant des malware. Pour cela, il faut capturer ce comportement durant l’analyser. Pour nous en assurer, nous avons analys´e statiquement les ´echantillons de certains malware pour identifier les ´ev`enements d´eclenchant l’ex´ecution du code malveillant. Dans la section qui suit, nous pr´esentons donc un ensemble d’outils li´es `a l’analyse d’applications Android. 2.8 Analyse d’applications Android Analyser une application a pour but d’extraire des informations li´ees `a l’application telles que son comportement, les ressources qu’elle utilise et les ´ev`enements attendus pour ex´ecuter une partie de son code. 2.8.1 D´esassembleur, d´ecompilateur Afin de comprendre le fonctionnement d’une applications sans avoir `a l’ex´ecuter, un analyste a souvent recours `a un d´esassembleur ou un d´ecompilateur. D´esassembler le code d’une application consiste `a le retranscrire dans un langage bas niveau dont les instructions et celles de l’architecture cens´ee interpr´et´ee le code `a d´esassembler ont une forte correspondance. L’architecture interpr´etant le code d’une application Android est la machine virtuelle Dalvik. Parmi les outils pour d´esassembler les applications Android, nous pouvons citer dedexer [6], apktool, qui utilise smali [13], Androguard [97] et IDA Pro [9]. Le listing 2.4 est un extrait du code de l’application JetBoy disponible dans le SDK Android. Le listing 2.5 est la partie correspondante, ´ecrite en smali, apr`es avoir d´esassembl´e l’application avec apktool. La syntaxe des langages utilis´es par ces outils est assez explicite pour comprendre ce que fait l’application et avoir une id´ee de l’aspect du code Java d’origine. Nous remarquons par exemple que l’instruction `a la ligne 4 dans le listing 2.4 correspond aux instructions de la ligne 24 `a 28 du listing 2.5.2.8. ANALYSE D’APPLICATIONS ANDROID 49 1 public void onClick(View v) { 2 // this is the first screen 3 if (mJetBoyThread.getGameState() == JetBoyThread.STATE_START) { 4 mButton.setText("PLAY!"); 5 mTextView.setVisibility(View.VISIBLE); 6 7 mTextView.setText(R.string.helpText); 8 mJetBoyThread.setGameState(JetBoyThread.STATE_PLAY); 9 } 10 ... 11 } Listing 2.4 – Extrait du code de l’application JetBoy fourni avec le SDK Android D´ecompiler une application revient `a le retranscrire dans un langage haut niveau (ex : Java et C). Les applications Android ´etant ´ecrites en Java, le but de la d´ecompilation sera ici d’obtenir un code Java `a partir du dalvik bytecode. Parmi les outils notables nous pouvons citer Androguard et la combinaison dex2jar [43] et JD-Gui [10]. Androguard int`egre un d´ecompilateur natif, dad, mais il peut ´egalement faire appel `a d’autres d´ecompilateurs. dex2jar est un outil qui transforme le dalvik bytecode en java bytecode et JD-Gui est un outil graphique de d´ecompilation de java bytecode. D´ecompiler une application Android en optant pour la combinaison de ces outils revient ainsi `a extraire le fichier classes.dex de l’apk, cr´eer avec dex2jar un fichier jar (Java Archive) et `a d´ecompiler ce dernier avec JD-Gui. Un avantage que JD-Gui a sur Androguard est la possibilit´e d’exporter le r´esultat de la d´ecompilation dans les fichiers .class. Le listing 2.6 liste le code produit par la d´ecompilation de l’application JetBoy avec Androguard. Une diff´erence notable avec le code orignal est l’usage des valeurs `a la place des variables constantes pr´esentes dans le code original. Si le r´esultat de la d´ecompilation a le m´erite d’ˆetre dans un langage haut niveau, cette op´eration int`egre cependant le risque d’une erreur de transcription. Lors de la d´ecompilation de certaines applications, nous avons ainsi d´etecter des erreurs dans le r´esultat de la d´ecompilation pour les deux outils. 2.8.2 Comparaison d’applications Une autre fonctionnalit´e int´eressante d’Androguard est sa capacit´e `a ´evaluer la similarit´e entre deux applications. Androguard compare le code des deux applications et calcule quelles sont les m´ethodes qui sont identiques, similaires et celles qui sont pr´esentes dans l’une mais pas dans l’autre. L’un des cas d’usage de cette fonctionnalit´e est par exemple de trouver le code rajout´e `a une application entre deux versions. Elle peut ´egalement servir `a identifier les applications vol´ees `a leur auteur original.50 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ 2.8.2.1 Extraction de m´etadonn´ees L’analyse peut ´egalement avoir pour but d’extraire des m´etadonn´ees li´ees `a l’application. Dans le cas de applications Android, ces donn´ees sont g´en´eralement le contenu du fichier AndroidManifest.xml. Ce fichier contient diff´erentes informations : permissions utilis´ees par l’application, son num´ero de version, la liste de ses composants, etc. L’acc`es `a son contenu ne n´ecessite pas forc´ement un outil particulier car il s’agit d’un fichier XML. Androguard ou les outils d’analyse dynamique d’application tels que Andrubis propose cependant d’extraire automatiquement ces donn´es. 2.8.2.2 Scanner de virus Il existe plusieurs scanners de virus sous Android dont certains sont disponibles directement sur Google Play. Il existe cependant pour les analystes des services permettant d’analyser les applications Android pour d´etecter les ´echantillons de malware sans avoir `a les analyser avec une application dans un t´el´ephone. VirusTotal [14] est un exemple de ce type d’outil en ligne. Pour effectuer une analyse, les utilisateurs soumettent le fichier `a analyser via une page de soumission. Chaque fichier soumis est ensuite analys´e par diff´erents produits anti-virus afin de d´etecter si oui ou non il est malveillant. VirusTotal utilise `a ce jour 49 produits anti-virus. Le r´esultat des analyses de chaque anti-virus est ensuite retourn´ee `a l’utilisateur. AndroTotal [2] est un autre outil similaire `a VirusTotal. Comme son nom l’indique, AndroTotal est uniquement d´edi´e `a l’analyse d’application Android alors que VirusTotal n’impose aucune restriction sur le type de fichier `a analyser. Ce type d’outil peut s’av´erer utile pour identifier rapidement des ´echantillons de malware. Zhou et al. ont par exemple utilis´e VirusTotal afin de classifier les ´echantillons de malware qu’ils ont analys´e dans [113]. 2.8.2.3 Analyse dynamique d’application Analyser dynamiquement une application consiste `a l’ex´ecuter pour observer son comportement. L’ex´ecution se fait g´en´eralement `a l’int´erieur d’un environnement virtuel simulant un environnement d’ex´ecution tel qu’un syst`eme d’exploitation ou une machine. Ils existent plusieurs environnements d’analyse d’application Android. Certains d’entre eux sont disponibles via leur code source (ex : DroidBox) ou en tant que service en ligne (ex : Andrubis). Ils ont souvent une base commune d’informations surveill´ees : permissions utilis´ees, appels de fonction sensible de l’API Android, composants de l’application qui ont ´et´e ex´ecut´ees, acc`es aux syst`emes de fichier, communications r´eseaux, et ´emissions d’appel et SMS. Pour observer toutes ces informations, les auteurs de ces outils ont recours `a diff´erentes techniques : r´e´ecriture de code, suivi de flux d’information, observation des appels syst`eme, introspection de l’environnement virtuel d’ex´ecution et stimulation d’entr´ee.2.8. ANALYSE D’APPLICATIONS ANDROID 51 La r´e´ecriture de code consiste `a injecter le code n´ecessaire `a l’analyse dans l’application avant de l’ex´ecuter. Durant l’ex´ecution, le code inject´e renseignera sur les comportements d’int´erˆet. Les auteurs de DroidBox ont par exemple opt´e pour cette m´ethode afin d’observer les appels aux diff´erentes fonctions sensibles de l’API Android. Le suivi de flux d’information permet d’observer comment une information se propage dans un environnement donn´e. Un appareil Android contient un certain nombre d’informations sensibles (ex : liste de contact) dont l’usage par une application aurait une certaine utilit´e pour un analyste. Andrubis, AppsPlayground et DroidBox int`egrent ainsi TaintDroid afin de suivre les flux d’information dans les applications Android pour d´etecter toute fuite d’information. DroidScope a son propre moniteur de flux d’information Ces environnements d’analyse dynamique d’application peuvent ˆetre fournis sous deux formes. Soit leurs auteurs fournissent un acc`es en tant que service, l’analyse est effectu´ee en soumettant l’application `a analyser et l’utilisateur r´ecup`ere le r´esultat de l’analyse sous forme de page web ou de fichiers XML ou JSON, soit ils fournissent l’environnement en t´el´echargement afin que l’utilisateur l’ex´ecute sur sa proche machine. DroidBox [7] est un environnement d’analyse dynamique d’application Android `a t´el´echarger et ex´ecuter sur sa propre machine. Durant l’ex´ecution de l’application, l’outil enregistre les communications r´eseaux effectu´ees par l’application, les acc`es aux fichiers, les services lanc´es, les composants Broadcast Receiver, les classes charg´ees, les op´erations cryptographiques via l’API Android, les messages et les appels ´emis. Afin de suivre le rythme d’´evolution d’Android, DroidBox instrumente le code des applications pour intercepter l’appel des fonctions d’int´erˆet. DroidBox int`egre ´egalement une version de TaintDroid afin de d´etecter les ´eventuelles fuites d’information sensible. Son rapport int`egre ainsi les fuites d’information via le r´eseau et par SMS que l’application aurait pu faire. Le lancement de l’application est automatique mais il appartient `a l’utilisateur d’interagir avec l’application. Andrubis [100], version Android d’Anubis, est un service d’analyse d’application en ligne. Il fournit les mˆemes types d’information que DroidBox. Si DroidBox se limite aux fonctions de l’API Android, Andrubis lui consid`ere le fait que les applications puissent ´egalement utiliser du code natif. Ils enregistrent ainsi dans leur rapport l’usage des appels syst`eme utilis´es par l’application. Une autre diff´erence par rapport `a DroidBox est la g´en´eration d’´ev`enements afin de couvrir tout le code. DroidBox se contente de lancer l’application en ex´ecutant son Activity principal. Andrubis prend en compte le fait que chaque composant d’une application est un point d’entr´ee du programme et essaie de tous les lancer. D’apr`es l’´etude effectu´ee par Neuner et al. dans [77], DroidBox aurait ´et´e utilis´e comme base pour d’autres environnements d’analyse tels qu’ANANAS [44] et Mobile Sandbox [94]. Il existe ´egalement d’autres environnements ind´ependants de DroidBox tels que SmartDroid [111], CopperDroid [88], DroidScope [106] AASandbox [25] etc.52 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ 1 .method public onClick(Landroid/view/View;)V .locals 5 2 .parameter "v" 3 .prologue const v4, 0x7f050004 4 const/4 v3, 0x4 5 const/4 v2, 0x0 6 .line 92 iget-object v0, p0, 7 Lcom/example/android/jetboy/JetBoy;->mJetBoyThread: 8 Lcom/example/android/jetboy/JetBoyView$JetBoyThread; 9 invoke-virtual {v0}, 10 Lcom/example/android/jetboy/JetBoyView$JetBoyThread; 11 ->getGameState()I 12 move-result v0 13 const/4 v1, -0x1 14 if-ne v0, v1, :cond_0 15 .line 93 iget-object v0, p0, 16 Lcom/example/android/jetboy/JetBoy;-> 17 mButton:Landroid/widget/Button; 18 const-string v1, "PLAY!" 19 invoke-virtual {v0, v1}, 20 Landroid/widget/Button;->setText(Ljava/lang/CharSequence;)V 21 .line 94 iget-object v0, p0, 22 Lcom/example/android/jetboy/JetBoy;->mTextView: 23 Landroid/widget/TextView; 24 invoke-virtual {v0, v2}, 25 Landroid/widget/TextView;->setVisibility(I)V 26 .line 96 iget-object v0, p0, 27 Lcom/example/android/jetboy/JetBoy;->mTextView: 28 Landroid/widget/TextView; 29 invoke-virtual {v0, v4}, 30 Landroid/widget/TextView;->setText(I)V 31 .line 97 iget-object v0, p0, 32 Lcom/example/android/jetboy/JetBoy;->mJetBoyThread: 33 Lcom/example/android/jetboy/JetBoyView$JetBoyThread; 34 invoke-virtual {v0, v2}, 35 Lcom/example/android/jetboy/JetBoyView$JetBoyThread;-> 36 setGameState(I)V Listing 2.5 – Extrait du code smali de l’application JetBoy2.8. ANALYSE D’APPLICATIONS ANDROID 53 1 public void onClick(android.view.View p6) 2 { 3 if(this.mJetBoyThread.getGameState() != 15) { 4 ... 5 } else { 6 this.mButton.setText("PLAY!"); 7 this.mTextView.setVisibility(0); 8 this.mTextView.setText(1.76787404569e+38); 9 this.mJetBoyThread.setGameState(0); 10 } 11 return; 12 } Listing 2.6 – Extrait du code r´esultant de la d´ecompilation de l’application JetBoy avec le d´ecompilateur par d´efaut d’Androguard54 CHAPITRE 2. ETAT DE L’ART ´ Nous avons pr´esent´e dans ce chapitre le syst`eme Android et introduit la base de connaissance n´ecessaire pour comprendre notre approche. Au lieu de d´etecter des sc´enarios d’attaque pr´ed´efinis, nous souhaitons en d´ecouvrir de nouvelles et les d´etecter. La premi`ere ´etape `a l’atteinte de cet objectif est d’analyser les flux d’information caus´es par les ´echantillons de malware Android. Pour observer ces flux, nous utilisons un moniteur de flux d’information Blare que nous avons port´e sous Android. Dans le chapitre suivant, nous pr´esentons ce moniteur et expliquons les ajouts effectu´es `a Blare lors du portage sous Android.Chapitre 3 Blare : un moniteur de flux d’information pour Linux et Android Pour suivre les flux d’information, nous utilisons Blare [37], un syst`eme de d´etection d’intrusion param`etr´e par une politique de flux d’information. La politique de flux d’information d´ecrit les flux autoris´es dans le syst`eme et l`eve une larte `a chaque violation de la politique. Blare est bas´e sur un mod`ele d´ecrit en section 3.1 et est impl´ement´e pour les syst`emes de type Linux comme d´ecrit en section 3.3. Android int´egrant des fonctionnalit´es qui lui sont propres, le premier apport de la th`ese a donc consist´e `a modifier Blare pour prendre en compte certaines fonctionnalit´es d’Android. La prise en compte de ces fonctionnalit´es donne une vue plus compl`ete des flux d’information sous Android. La section 3.4 d´ecrit les modifications apport´ees `a Blare. Le r´esultat de ce portage, AndroBlare, nous sert d’environnement d’analyse dynamique d’application afin d’apprendre le comportement des applications `a partir des flux d’information qu’elles causent dans le syst`eme. Dans la section 3.5, nous expliquons ainsi comment nous analysons les applications dans cet environnement. 3.1 Mod`ele th´eorique Le mod`ele th´eorique de Blare [55, 56] d´ecrit comment suivre et contrˆoler les flux d’information au niveau du syst`eme. Pour suivre les flux d’information, il utilise une m´ethode de marquage qui consiste `a marquer les objets selon la nature de leur contenu. Il existe ainsi une distinction importante entre les conteneurs d’information et leur contenu. 5556 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION Taille 8 16 32 64 Intervalle r´2 7 , 2 7 ´ 1s r´2 15 , 2 15 ´ 1s r´2 31 , 2 31 ´ 1s r´2 63 , 2 63 ´ 1s Table 3.1 – Intervalle de valeur du type int selon sa taille en bits 3.1.1 Conteneurs d’information Blare suit les flux d’information au niveau du syst`eme d’exploitation. Il a ainsi une vue des flux entre les objets du syst`eme. Le mod`ele de Blare d´efinit trois types de conteneur d’information : les conteneurs persistants, les conteneurs volatiles et les utilisateurs. Un conteneur persistant est un conteneur qui peut exister sur plusieurs cycles d’ex´ecution du syst`eme. Un fichier est l’exemple typique d’un conteneur persistant. Un conteneur volatile est conteneur qui n’existe que le temps d’un cycle d’ex´ecution du syst`eme. Il n’est cr´e´e qu’apr`es le d´emarrage du syst`eme et est d´etruit `a l’arrˆet. Les sockets sont des exemples de conteneurs volatiles. Les utilisateurs sont les utilisateurs du syst`eme. A chacun de ` ces conteneurs sera associ´e un ensemble de marques ou tags qui permettent de suivre et contrˆoler les flux d’information. Nous noterons par la suite C l’ensemble des conteneurs d’information, PC l’ensemble des conteneurs persistants, VC l’ensemble des conteneurs volatiles et U l’ensemble des utilisateurs. 3.1.2 Information et contenu courant d’un objet : itag Il existe deux types d’information dans le mod`ele de Blare. Le premier est l’information morte qui correspond `a toute donn´ee non ex´ecut´ee sur le syst`eme. Le contenu d’un fichier est l’exemple typique d’une information morte. Le deuxi`eme est l’information ex´ecut´ee qui correspond `a toute donn´ee ex´ecut´ee. Nous ne la retrouvons que dans les processus car seuls les processus peuvent ex´ecuter des donn´ees. A chaque donn´ee dont nous souhaitons contrˆoler la pro- ` pagation est associ´ee un entier unique l’identifiant. L’ensemble des identifiants d’information morte est not´ee I “ t1, 2, . . .u et correspond l’ensemble des entiers strictement positifs. L’ensemble des identifiants d’information ex´ecut´ee est not´ee X “ t´1, ´2...u et correspond `a l’ensemble des entier strictement n´egatifs. En th´eorie, il est possible de suivre autant d’information que souhait´e mais dans la pratique l’impl´ementation imposera toujours une valeur maximale et minimale des identifiants. Les identifiants sont repr´esent´es par des entiers sign´es de type int dans la version actuelle de Blare. La taille des types varie selon l’architecture du syst`eme (chapitre 11 de Linux Device Drivers [40]), ce qui rend impossible de d´efinir une intervalle de valeur fixe pour les identifiants. Le tableau 3.1 liste les intervalles de valeur pour un int selon le nombre de bits utilis´es pour le stocker. Il est `a noter que le type int d´esigne un entier sign´e et le dernier bit de sa repr´esentation en m´emoire est ainsi utilis´e pour coder son signe. Si I et X sont deux ensembles distincts, il existe cependant une relation entre leurs ´el´ements. Pour chaque ´el´ement n de I, ´n identifie la donn´e identifi´ee par n lorsqu’elle est ex´ecut´ee dans un processus. Par exemple, si nous supposons que3.1. MODELE TH ` EORIQUE ´ 57 le contenu du fichier /system/bin/cat 1 est identifi´e par 1 alors le processus qui ex´ecutera cat contiendra l’information identifi´ee par ´1. Itag Le mod`ele de Blare marque chaque conteneur d’information par tag appel´e itag pour caract´eriser son contenu. Sa valeur est un sous ensemble de I YX et pour tout conteneur c, itagpcq “ ti1, . . . inu signigie que le contenu de c contient les informations initialement identifi´ees par i1, . . . in. @c P C, itagpcq P PpI Y Xq 3.1.3 Politique de flux d’information : pxqptag Blare est param´etr´e par une politique de flux d’information. Cette politique d´efinit les flux autoris´es entre les conteneurs d’information et est repr´esent´ee par l’ensemble des ptags dans le syst`eme. A chaque conteneur d’information ` est ainsi associ´e un deuxi`eme tag : ptag. Le ptag d´efinit les diff´erents contenus maximaux autoris´es pour le conteneur. Sa valeur est une collection de sousensemble de I Y X et chacun de ses ´el´ements repr´esente un contenu maximal l´egal pour le conteneur. @c P C, ptagpcq P PpPpI Y Xqq Le contenu courant d’un conteneur c est l´egal si itagpcq est inclus dans au moins un des ´el´ements de ptagpcq. Le ptag d’un conteneur est nul par d´efaut. Le conteneur n’a donc pas le droit d’acc´eder `a une donn´ee `a laquelle un identifiant a ´et´e associ´e. Toute information n’ayant aucun identifiant associ´e est consid´er´e comme non sensible et a le droit de se propager dans n’importe quel conteneur. Le contenu de c est l´egal si De P ptagpcq tel que itagpcq Ď e Par exemple, si le ptag d’un conteneur vaut tt1, 2u, t2, 3uu cela signifie que l’ensemble des contenus l´egaux possibles pour ce conteneur sont H, t1u, t2u, t3u, t1, 2u et t2, 3u. Politique d’un programme, politique d’un processus : xptag Une distinction importante est faite entre programme et processus. Toute donn´ee pouvant ˆetre ex´ecut´ee dans le syst`eme est un programme tandis qu’un processus est une instance d’un programme ou plus pr´ecis´ement une entit´e ex´ecutant un programme. Le contenu d’un fichier com.android.browser.dex est un exemple de programme Android et le processus com.android.browser est une instance de ce programme. 1. cat est une application en ligne de commande qui concat`ene et affiche le contenu de fichiers58 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION USER PID PPID NAME root 1 0 /init drm 179 1 /system/bin/drmserver media 180 1 /system/bin/mediaserver install 181 1 /system/bin/installd keystore 183 1 /system/bin/keystore radio 186 1 /system/bin/netmgrd nobody 187 1 /system/bin/sensors.qcom root 190 1 /system/bin/thermal-engine-hh root 1678 1 /system/xbin/su Figure 3.1 – Extrait de la sortie de la commande ps sous Android 4.4 xptag La politique d’un programme est exprim´ee par un troisi`eme tag appel´e xptag qui est attach´e au conteneur stockant le programme. Tout comme le ptag, le xptag est ´egalement une collection de sous-ensemble de I Y X. Il n’est pas utilis´e pour v´erifier la l´egalit´e d’un contenu mais plutˆot `a calculer la valeur du ptag des processus. @c P C, xptagpcq P PpPpI Y Xqq Un processus est une instance d’un programme `a l’ex´ecution. Dans les syst`emes Unix/Linux, les processus peuvent ˆetre list´es avec la commande ps. La figure 3.1 pr´esente un extrait de la sortie de la commande ps sous Android. Les informations d’int´erˆet sont celles de la premi`ere, la deuxi`eme et la derni`ere colonnes. Chaque ligne liste des informations sur un processus. La premi`ere colonne identi- fie l’utilisateur ex´ecutant le processus. La deuxi`eme colonne liste les identifiants des processus. Enfin la derni`ere colonne liste les programmes ex´ecut´es par les processus. Ainsi, le programme /init est ex´ecut´ee par l’utilisateur root dans le processus identifi´e par 1. Un processus ´etant le r´esultat de l’ex´ecution d’un programme par un utilisateur, sa politique est calcul´ee `a partir de celle de l’utilisateur et celle du programme qu’il ex´ecute. Nous noterons execpc, uq le processus r´esultant de l’ex´ecution du programme c par l’utilisateur u par la suite. Plus pr´ecis´ement, la politique d’un processus r´esulte de l’intersection de la politique de l’utilisateur et de celle du programme qu’il souhaite ex´ecuter. Soient un programme c et un utilisateur u. La politique associ´ee au processus execpc, uq est l’intersection des ´el´ements de la politique de c avec ceux de la politique de u. @p P P rog et @u P U, ptagpexecpc, uqq “ tec X euu, ec P ptagpcq et eu P ptagpuqu Parmi les processus list´es par la commande ps dans la figure 3.1 se trouve un processus ex´ecut´e par l’utilisateur media et ex´ecutant le programme dans le fi-3.1. MODELE TH ` EORIQUE ´ 59 chier /system/bin/mediaserver. En supposant que la politique associ´ee respectivement au programme et `a l’utilisateur soit tt1, 2, 3u, t3, 4uu et tt2, 3, 5u, t5, 12uu, alors la politique associ´ee au processus serait tt2, 3uu. Cet unique ´el´ement de la politique r´esulte de l’intersection du premier ´el´ement de la politique du programme avec celui de l’utilisateur. Les autres intersections sont toutes vides. Cela signifie que le processus peut contenir tout au plus les informations identifi´ees par 2 et 3. 3.1.4 Suivi et contrˆole de flux d’information Le contenu courant d’un objet et sa politique de flux sont repr´esent´es respectivement par l’itag et le ptag attach´es `a l’objet. L’itag caract´erisant le contenu courant d’un objet, sa valeur ´evoluera en fonction de l’´evolution du contenu de l’objet auquel il est attach´e. Le ptag par contre lui n’´evoluera que si la politique de flux d’information n’´evolue. Le suivi et le contrˆole de flux d’information se fait en deux ´etapes. La premi`ere ´etape consiste `a la mise `a jour de l’itag de l’objet dont le contenu a ´et´e modifi´e suite au flux observ´e. La deuxi`eme ´etape consiste `a v´erifier la l´egalit´e du flux observ´e. Un flux est l´egal si le contenu des objets modifi´es par le flux est l´egal. La v´erification de la l´egalit´e se fait en comparant la nouvelle valeur de l’itag de l’objet modifi´e suite au flux avec la politique associ´ee `a l’objet, `a savoir son ptag. 3.1.4.1 Suivi de flux d’information Blare observe les ´ev`enements du syst`eme provoquant des flux d’information et `a chaque flux observ´e, il met `a jour l’itag des objets dont le contenu a ´et´e modifi´e par le flux. Ces flux peuvent ˆetre class´es dans diff´erents groupes comme list´e dans le tableau 3.2. Chaque ligne d´ecrit l’interaction entre deux objets du syst`eme causant un flux d’information et la mani`ere dont les tags sont mis `a jours quand Blare observe le flux. Non seulement l’itag de l’objet modifi´e est mis `a jour mais aussi son xptag, sauf dans le cas de l’ex´ecution d’un programme. Le xptag repr´esente la politique d’un programme. Or un programme est une donn´ee stock´ee dans un conteneur. Un programme peut ainsi ˆetre propag´e dans le syst`eme lors des flux d’information. Afin de s’assurer que la politique d’un programme reste associ´ee `a ce programme malgr´e le fait qu’il puisse ˆetre copi´e dans d’autres conteneurs, Blare propage le xptag des fichiers en mˆeme temps que l’itag du fichier. A chaque fois Blare observe un flux d’information, il effectue une suraproxi- ` mation du flux observ´e. Il consid`ere le pire des cas qui est que le contenu entier de la source du flux d’information s’est propag´e vers le conteneur destination. Nous expliquons ci-dessous ces mises `a jour effectu´ees par Blare list´ees dans le tableau 3.2. Lorsqu’un processus p lit le contenu d’un conteneur f, Readpp, fq, Blare consid`ere que le contenu de f s’est propag´e dans p. Le contenu du processus est modifi´e par le flux et son itag change de valeur. Le pire des cas ´etant que tout contenu de f se soit propag´e dans p, Blare consid`ere alors que le nouveau60 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION Type d’´ev`enement Description Mise `a jour des tags Readpp, fq Lecture de f par p itagppq Ð itagppq Y itagpfq xptagppq Ð xptagpfq X xptagppq W ritepp, fq Ecriture de ´ f par p itagpfq Ð itagppqzX xptagpfq Ð xptagppq W riteapppp, fq Ecriture de ´ f par p itagpfq Ð pitagppqzXq Y itagpfq xptagpfq Ð xptagpfq X xptagppq Execpp, fq Ex´ecution du contenu de f par p itagppq Ð t´nu, n P itagpfq ptagppq Ð xptagpfq Table 3.2 – Blare : m´ethode de suivi de flux contenu de p est un m´elange de son ancien contenu et du contenu de f. La nouvelle valeur de l’itag de p est donc l’union de son ancien itag avec celui de f. L’exemple typique de ce type de flux est la lecture d’un fichier par un processus. Les fichiers ne sont cependant pas les seuls conteneurs d’information du syst`eme `a partir duquel un processus peut lire des donn´ees. Un processus peut ´egalement lire des donn´ees `a partir d’un socket ou d’un message via les files de message [65]. Le conteneur f ne repr´esente donc pas uniquement un fichier mais tout autre conteneur `a partir duquel un processus peut lire des donn´ees. Lorsqu’un processus p ´ecrit dans un conteneur f, W ritepp, fq, Blare consid`ere que les informations dans p se propagent vers le conteneur f. Le contenu de f change et Blare met `a jour son itag. Le pire des cas ´etant que tout le contenu de p se propage dans f, le nouveau contenu de f est en cons´equent un m´elange de son ancien contenu avec le contenu de p `a l’exception des donn´ees ex´ecut´ees. Blare consid`ere qu’un processus ne propage pas le code qu’il ex´ecute. Les identi- fiants n´egatifs ne sont donc pas propag´es dans l’itag du destinataire. La nouvelle valeur de l’itag de f est ainsi l’union de son ancienne valeur avec l’ensemble des identifiants positifs dans l’itag de p. Comme expliqu´e en section 3.1.2, les donn´ees sensibles ex´ecut´ees dans un processus sont identifi´ees par un entier strictement n´egatif. Lorsqu’un processus ex´ecute un programme, Blare consid`ere que son contenu courant est remplac´e par le code provenant du fichier contenant le programme. Son itag devient ainsi l’ensemble des valeurs n´egatives des identifiants pr´esents dans l’itag du fichier. Les interactions entre les objets d’un syst`eme ne se limite `a la lecture, ´ecriture et l’ex´ecution. D’autres ´ev`enements tels que la cr´eation de conteneur ou l’envoi de signaux existent ´egalement. Ces ´ev`enements n’engendrent pas de flux d’information explicites entre les objets et sont ignor´es par Blare. Il est cependant techniquement possible de se servir de ces ´ev`enements pour faire fuir des informations et ainsi ´echapper au contrˆole effectu´e par Blare. 3.1.4.2 Contrˆole de flux d’information Un flux d’information est l´egal si le contenu de l’objet qui a ´et´e modifi´e par le flux est l´egal. Le contrˆole d’un flux d’information se fait en deux ´etapes.3.1. MODELE TH ` EORIQUE ´ 61 c1 c2 ptag = {{1, 2, 3}} ptag = {{1,2}, {2,3}} itag = {3} itag = {1} c1 c2 ptag = {{1,2}, {2,3}} itag = {3} itag = {1,3} c1 c2 ptag = {{1,2}, {2,3}} itag = {3} itag = {1,3} (a) (b) (c) ptag = {{1, 2, 3}} ptag = {{1, 2, 3}} Figure 3.2 – Exemple de contrˆole de flux d’information effectu´e par Blare 1. Mise `a jour de l’itag de l’objet dont le contenu a ´et´e chang´e. 2. Contrˆole de la l´egalit´e du nouveau contenu de l’objet modifi´e par le flux. Si le contenu est ill´egal alors, Blare consid`ere que le flux observ´e est ill´egal et l`eve une alerte. La figure 3.2 illustre un exemple de contrˆole de flux lorsque Blare observe la lecture d’un fichier c1 par un processus c2. (a) Les deux conteneurs sont marqu´es pr´ealablement avant la lecture. (b) Lors de la lecture du fichier, Blare consid`ere que le contenu de c1 se propage vers c2. Il met ainsi `a jour la valeur de itagpc2q comme d´ecrit dans le tableau 3.2 pour la lecture de fichier. La valeur de itagpc2q devient t2, 3u. (c) Apr`es la mise `a jour de l’itag, Blare contrˆole la l´egalit´e du nouveau contenu afin de d´eterminer si le flux observ´e est l´egal ou non. Il n’existe pas d’´el´ement de ptagpc2q qui inclut itagpc2q. Le nouveau contenu est ill´egal, ce qui signifie que le flux observ´e est ill´egal. Une alerte est donc lev´ee. Blare est outil de d´etection d’intrusion param´etr´e par une politique de flux d’information. Pour d´etecter une intrusion, il faut ainsi dans un premier temps d´efinir une politique de s´ecurit´e qui identifie les informations `a prot´eger et o`u ces informations ont le droit de se propager. Dans la section suivante, nous pr´esentons une mani`ere de d´efinir cette politique de flux sous Android.62 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION 3.2 D´efinition d’une politique de flux d’information Prot´eger un syst`eme avec un outil tel que Blare signifie qu’il faut dans un premier temps d´efinir une politique de s´ecurit´e. Dans le cas de Blare, cette politique est une politique de flux d’information. Elle identifie les informations `a prot´eger et comment les prot´eger, c’est-`a-dire la liste des conteneurs o`u elles ont le droit de se propager. D´efinir une politique de flux d’information pour Blare se r´esume en quatre ´etapes. 1. Identifier les informations sensibles `a prot´eger. 2. Associer `a chacune de ces informations un identifiant unique. 3. Identifier les conteneurs l´egaux pour ces informations. 4. D´efinir la valeur des ptags `a associer `a ces conteneurs. Il existe deux approches pour d´efinir la politique de s´ecurit´e. La premi`ere consiste `a la calculer `a partir d’une autre politique existante telle qu’une politique de contrˆole d’acc`es. Dans [56], Geller et al. ont propos´e un algorithme qui transforme une politique de contrˆole d’acc`es mandataire App Armor en une politique de flux d’information Blare. Les politiques App Armor d´efinissent des profils de programme limitant leur acc`es aux autres objets du syst`eme tels que les fichiers. L’algorithme propos´e prend en entr´ee un ensemble de profils App Armor et donne en sortie leur ´equivalent en terme de politique Blare. Cette approche a le m´erite d’ˆetre automatique et rapide mais elle ne permet pas d’exploiter toute l’expressivit´e d’une politique Blare. Un exemple de ce manque d’expressivit´e est la restriction sur les m´elanges d’information. Un conteneur a le droit d’acc´eder aux informations i et j mais n’a pas le droit de les m´elanger, c’est-`a-dire que le conteneur contient soit i soit j mais pas les deux en mˆeme temps. Le listing 3.1 pr´esente une politique App Armor pour le programme apache. Cette politique autorise le programme `a lire le contenu des fichiers apache2.conf et index.php. La politique de flux qui peut ˆetre d´eduite de cette politique est que les donn´ees dans les deux fichiers ont tout deux le droit de se propager vers le programme apache. Cependant, le propri´etaire du contenu de ces deux fichiers peut souhaiter que le contenu de ces fichiers ne se m´elangent pas. Cette contrainte ne peut-ˆetre exprim´ee avec une politique App Armor et une politique de flux exprimant une telle restriction ne peut donc ˆetre calcul´ee `a partir d’une politique App Armor. {/usr/bin/apache, {(/etc/apache2.conf, w), (/etc/apache2.conf, r), (/www/index.php,r), (/usr/bin/ftpd, px)} } Listing 3.1 – Exemple de politique App Armor3.2. DEFINITION D’UNE POLITIQUE DE FLUX D’INFORMATION ´ 63 La deuxi`eme approche consiste `a d´efinir manuellement la politique de flux d’information. Cette approche est plus longue car elle implique une analyse compl`ete du syst`eme mais permet d’exploiter toute l’expressivit´e d’une politique Blare. Construction manuelle d’une politique pour Android Dans [16], nous avons propos´e une politique de flux d’information pour le syst`eme Android. La politique a ´et´e construite `a la main en se basant sur une analyse manuelle du syst`eme. Le but ´etait de fournir une politique `a taille r´eelle pour un syst`eme entier. Comme ´ecrit pr´ec´edemment, la d´efinition d’une politique de flux se fait en quatre ´etapes. La premi`ere ´etape est l’identification des informations sensibles `a surveiller. Nous avons construit la liste des informations sensibles `a partir des donn´ees que nous avons jug´ees sensibles sur le syst`eme Android. Ces informations incluent les donn´ees li´ees `a l’utilisateur (ex : liste de contact et donn´ees de g´eolocalisation) mais aussi celles li´ees aux applications (ex : code et param`etres de configuration). Les donn´ees sensibles ont ´et´e identifi´ees en analysant manuellement le contenu des fichiers sur le syst`eme et en prenant en compte celles qui sont prot´eg´ees par le m´ecanisme de permission. Notre politique recense 150 informations sensibles m´elangeant donn´ees non ex´ecut´ees et code ex´ecut´e `a l’int´erieur des processus. Il existe encore plus d’information sur un syst`eme Android 2 mais nous avons jug´e cette quantit´e d’information `a surveiller suffisante pour construire une politique de flux d’information pour tout un syst`eme. La deuxi`eme ´etape consiste `a identifier les conteneurs d’information. La liste des fichiers et programmes install´ees sur un syst`eme Android est assez simple `a construire. Grˆace `a la commande find, nous pouvons lister tous les fichiers du syst`eme. Quant aux applications, les applications livr´ees sous forme d’apk sont connues grˆace `a la commande pm et les applications natives sont stock´ees dans /system/bin et /system/xbin. La liste des utilisateurs est elle par contre moins ´evidente `a construire car contrairement `a un syst`eme Linux standard, il n’existe pas de fichier /etc/passwd ni de fichier /etc/shadow. Android d´efinit en dur un ensemble restreint d’utilisateur n´ecessaire au fonctionnement de base du syst`eme tels que root, radio et system. Puis pour chaque application non native install´ee sur le syst`eme, il associe un utilisateur unique. Pour ´etablir la liste des utilisateurs associ´es aux applications, nous nous sommes bas´es sur le contenu des fichiers /data/system/packages.list ou /data/system/packages.xml. Ils recensent les informations li´ees aux applications install´ees sur le t´el´ephone dont l’utilisateur qui leur associ´e. Une fois les donn´ees sensibles et conteneur identifi´es, nous avons ensuite construit la politique de flux. La politique de chaque programme a ´et´e construite en analysant ses sources pour comprendre `a quelles informations il acc`ede. La politique de chaque utilisateur a ´et´e obtenue en faisant l’union des politiques des programmes qu’il peut ex´ecuter. Dans la plupart des cas, il n’y aura qu’un 2. Il existe plus des milliers de fichiers r´eguliers lors de l’ex´ecution du syst`eme.64 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION Identifiant des informations 11 -44 10 6 -55 -39 3 9 37 -37 Fichiers calendar.db ˆ contacts2.db ˆ ˆ mms.db ˆ telephony.db ˆ TelephonyProvider.apk ˆ Programmes com.android.calendar ˆ ˆ com.android.providers.contact ˆ ˆ ˆ com.android.providers.telephony ˆ ˆ ˆ Utilisateurs 10024 ˆ ˆ 10004 ˆ ˆ ˆ ˆ 1001 ˆ ˆ ˆ Table 3.3 – Un extrait de la politique de flux d’information seul programme car en dehors des utilisateurs syst`eme les autres utilisateurs n’ex´ecuteront que l’application `a laquelle ils ont ´et´e associ´es. La politique des fichiers a ´et´e construite `a partir des donn´ees qu’elles contiennent lors de l’analyse et de la politique des programmes qui y acc`edent. Si une donn´ee sensible a ´et´e trouv´ee dans un fichier, nous avons suppos´e que ce fichier avait le droit de contenir la donn´ee. A ces donn´ees s’ajoutent celles auxquelles les applications ` qui ont le droit d’´ecriture au fichier peuvent acc´eder. Nous avons suppos´e que toute application avait le droit de stocker les donn´ees contenues dans les fichiers auxquels l’application a un acc`es l´egal. G´en´eralement, il s’agit des fichiers dans le r´epertoire local de l’application. Pour les 150 informations identifi´ees lors de la premi`ere ´etape, nous avons identifi´e 186 conteneurs d’information pouvant acc´eder `a ces informations o`u les stocker. La politique contient donc 186 ptags. La politique finale a ´et´e repr´esent´ee sous la forme d’une matrice dont un extrait est pr´esent´ee dans le tableau 3.3. Le chemin complet des fichiers a ´et´e omis pour une meilleure lisibilit´e. Une croix `a l’intersection d’une ligne et d’une colonne signifie que le conteneur correspondant `a la ligne a le droit de stocker l’information correspondant `a la ligne. L’ensemble des croix sur une ligne l d´etermine ainsi le contenu maximal autoris´e pour le conteneur correspondant `a l. L’utilisateur 10004 (avant derni`ere ligne) a par exemple le droit d’acc´eder aux informations identifi´ees par 6, 10, ´39 et ´55. Autrement dit, son ptag vaut tt´55, ´39, 6, 10uu. Si la pertinence de la politique n’a pas ´et´e ´evalu´ee dans ce travail, le travail effectu´e a cependant permis de mettre en ´evidence deux points. Le premier est3.3. KBLARE : SUIVI ET CONTROLE DE FLUX VIA LSM ˆ 65 la difficult´e de la cr´eation de la politique `a la main car elle a n´ecessite une analyse compl`ete du syst`eme pour identifier les informations sensibles et leurs conteneurs l´egaux. Le deuxi`eme point est le nombre d’information sensible sur le syst`eme. Contrairement `a ce que les permissions Android pourraient laisser croire, il peut y avoir un nombre assez cons´equent d’information sensible sur le syst`eme. La politique que nous avons construite recense 150 informations mais il y a encore plus d’information que cela dans un syst`eme. 3.3 KBlare : suivi et contrˆole de flux via LSM Le cœur de Blare a ´et´e d´evelopp´ee en tant que module de s´ecurit´e Linux. Il r´eside dans le noyau et est appel´e KBlare. Dans le reste du document, nous d´esignons par KBlare l’impl´ementation de Blare dans le noyau et Blare tout l’environnement d’ex´ecution Blare (KBlare plus les outils en espace utilisateur li´e `a Blare). Les flux d’information au niveau du syst`eme se font via les interactions entre les objets du syst`eme et plus pr´ecis´ement via les appels syst`eme effectu´es par les processus. Pour contrˆoler les flux d’information, KBlare intercepte ainsi les appels syst`eme en utilisant les hooks LSM [103, 102]. LSM est un framework de s´ecurit´e dans le noyau utilis´e pour impl´ementer les modules de s´ecurit´e Linux. Les hooks sont des appels aux modules de s´ecurit´e du noyau. Ils sont plac´es dans le flux d’ex´ecution des appels syst`eme afin que les modules de s´ecurit´e puisse intercepter et contrˆoler ces appels. Pour intercepter un appel syst`eme, un module de s´ecurit´e enregistre une fonction `a associer au hook correspondant `a l’appel syst`eme. A chaque fois que ce ` hook est atteint, le noyau appelle la fonction enregistr´ee afin que le module de s´ecurit´e effectue le contrˆole souhait´e. La figure 3.3 illustre le fonctionnement g´en´eral de LSM. Lors d’un appel syst`eme, le noyau v´erifie si l’acc`es demand´e est autoris´e pour le processus effectuant l’appel. Il commence par v´erifier la conformit´e avec la politique DAC du syst`eme. Ensuite, il donne la main `a LSM qui lui demande au module de s´ecurit´e actif 3 s’il autorise ou non l’acc`es demand´e. Cette ´etape correspond au moment o`u un hook est atteint dans le flux de traitement de l’appel syst`eme. La fonction enregistr´ee au hook est ainsi appel´ee et statue si l’acc`es est autoris´e. Lorsqu’un processus fait un appel syst`eme, KBlare intercepte l’appel, calcule le flux correspondant, met `a jour les tags des objets modifi´es et contrˆole la l´egalit´e du flux observ´e. KBlare se contente cependant de d´etecter les intrusions mais ne les pr´evient pas. Mˆeme en cas de violation de la politique de flux d’information, il autorise le noyau `a continuer le traitement de l’appel syst`eme. Le tableau 3.4 liste les hooks utilis´es par KBlare dont l’op´eration correspondante peut engendrer des flux d’information. La premi`ere colonne liste les hooks, le deuxi`eme les op´erations intercept´ees via le hook et la derni`ere colonne les types de flux que KBlare peut observer. D’autres hooks sont utilis´es pour le fonctionnement interne de KBlare mais les op´erations correspondantes n’induisent aucun flux d’information. 3. En g´en´eral un seul module LSM est actif66 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION process Syscall #n Security module DAC LSM User space Kernel space exec syscall authorize? Figure 3.3 – Design de Linux Security Module3.3. KBLARE : SUIVI ET CONTROLE DE FLUX VIA LSM ˆ 67 Hook Op´eration Flux possible observ´e file permission Lecture/´ecriture `a un fi- chier ouvert Entre le processus et le fichier acc´ed´e file mmap Chargement en m´emoire du contenu d’un fichier Du fichier vers le processus inode permission Acc`es `a un i-node Entre un pipe et un processus bprm set creds Ex´ecution d’une application native Du fichier contenant l’application vers le processus socket sock rcv skb R´eception d’un paquet r´eseau De paquet re¸cu vers le processus socket sendmsg Envoi d’un message dans un socket r´eseau Du processus vers le socket et le paquet socket recvmsg R´eception d’un message via un socket Du socket vers le processus unix may send Envoi d’un message via un socket UNIX Du processus vers le socket UNIX msg queue msgrcv R´eception d’un message via une file de message Du processus vers le message envoy´e msg queue msgsnd Envoi d’un message dans une file de message Du message re¸cu vers le processus destinataire du message Table 3.4 – Liste des hooks LSM utilis´es par KBlare pouvant engendrer un flux d’information Stockage des tags KBlare repr´esente les tags des objets du syst`eme avec des structures contenant l’itag, le ptag et le xptag associ´es aux objets. En dehors des hooks, LSM a ´egalement modifi´e les structures repr´esentant les objets du syst`eme pour ajouter un champ appel´e security. Ce champ est un pointeur g´en´erique destin´e `a ˆetre utilis´e par les modules de s´ecurit´e. KBlare utilise ce champ pour stocker le pointeur vers la structure repr´esentant les tags. Les structures repr´esentant l’ensemble des tags existent uniquement en m´emoire et n’existent donc que le temps d’un cycle d’ex´ecution du syst`eme. Afin de stocker de mani`ere persistante les tags associ´es aux fichiers, KBlare stocke ´egalement leurs tags dans les attributs ´etendus des fichiers. Les attributs ´etendus sont des zone de m´emoire sur le disque qui sont utilis´ees par les syst`emes de fichier pour stocker des m´eta-donn´ees li´ees aux fichiers.68 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION KBlare contrˆole les flux d’information en interceptant les appels syst`eme et pour intercepter les appels syst`eme il utilise les hooks LSM. Ces appels permettent les interactions entre les objets du syst`eme : acc`es aux fichiers, ex´ecution de code natif et communication entre processus. Le noyau d’Android est bas´e sur celui de Linux mais contient des fonctionnalit´es en plus. Dans la section suivante, nous pr´esentons comment nous avons modifi´e KBlare afin de prendre en compte les fonctionnalit´es sp´ecifiques `a Android. 3.4 AndroBlare : Blare sous Android Le premier apport de cette th`ese est le portage de Blare sous Android. Nous avons montr´e pr´ec´edemment que Blare contrˆolait les flux d’information traduisant les acc`es aux fichiers, les ex´ecution de code et les communications entre processus. Ces contrˆoles sont bas´es uniquement sur les interactions possibles entre les objets du syst`eme sous Linux. Or, Android int`egre des fonctionnalit´es qui lui sont propres pouvant engendrer des flux d’information. Ces fonctionnalit´es sont l’ex´ecution des applications par les machines virtuelles Dalvik et les communications via le Binder. Le Binder est un m´ecanisme de communication impl´ement´e principalement dans le noyau Android. Il est la base des communications entre processus propos´es par le framework Android tels que les intents. Android n’utilise pas les m´ecanismes de communication offerts par Linux. Les communications entre applications ´etaient donc invisibles `a KBlare. Les applications que nous avons d´esign´ees par la couche Applications sur la figure 2.1 sont livr´ees sous la forme de dalvik bytecode et interpr´et´ees par la machine virtuelle Dalvik. Elles ne sont donc pas ex´ecut´ees de mani`ere native. A leur ` ex´ecution, le processus contenant la machine virtuelle qui va interpr´eter le code n’effectue pas d’appel syst`eme execve mais se contente de lire puis charger le code de l’application en m´emoire. Aucun appel syst`eme traduisant l’ex´ecution d’une application n’ayant lieu, KBlare ne voyait donc pas l’ex´ecution des applications. En cons´equent, aucune politique ne pouvait ˆetre appliqu´ee aux applications Android et aucun processus n’´etait marqu´e comme ex´ecutant une application lorsque le code de cette application ´etait associ´ee `a un identifiant. Limitations de Blare (1) Il n’y avait aucune visibilit´e sur les communications entre applications Android. (2) KBlare ne d´etectait pas l’ex´ecution des applications Android. Les tags des processus n’indiquaient jamais l’ex´ecution d’une application dont le code est sensible et aucune politique ne pouvait ˆetre appliqu´ee aux applications. Dans ce qui suit, nous pr´esentons comment nous avons modifi´e Blare pour combler ce manque de visibilit´e au niveau des flux d’information sous An-3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 69 droid. Nous pr´esentons le fonctionnement du Binder puis comment nous avons impl´ement´e le suivi des flux d’information via ce m´ecanisme. Ensuite, nous expliquons comment les applications Android sont ex´ecut´ees et comment nous avons ajout´e a prise en compte de leur ex´ecution dans Blare. 3.4.1 Communication entre processus : Binder 3.4.1.1 Fonctionnement Les applications Android tournent dans des processus distincts mais communiquent souvent entre elles grˆace `a divers m´ecanismes IPC tels que les intents et les Content Providers. Ces m´ecanismes sont fournis par le framework Java Android mais se basent tous `a un niveau plus bas sur le Binder. Le Binder est un m´ecanisme IPC qui permet `a une application d’appeler une m´ethode distante, c’est-`a-dire impl´ement´ee au sein d’une autre application tournant dans un autre processus. Le cœur de ce m´ecanisme est impl´ement´e dans le noyau sous forme de driver 4 dans le noyau. Par la suite nous adopterons les termes suivants. Le Binder fait r´ef´erence au code du Binder dans le noyau. Un service est une application dont les m´ethodes peuvent ˆetre appel´ees par d’autres applications. Un client est une application qui appelle une m´ethode d’un service. La figure 3.4 illustre le fonctionnement du binder lors de l’appel d’une m´ethode distante. Tout client doit avoir une r´ef´erence du service impl´ementant la m´ethode qu’il souhaite invoquer. Le client commence ainsi par demander la r´ef´erence du service cibl´e `a un autre service appel´e Context. Context, impl´ement´e sous Android par le Service Manager, est un service d’annuaire qui fait correspondre `a chaque nom de service une r´ef´erence unique. Chaque service doit s’enregistrer aupr`es du Service Manager afin que ses m´ethodes puissent ˆetre invoqu´ees par d’autres applications. Lorsqu’un client souhaite obtenir la r´ef´erence d’un service, il appelle ainsi la m´ethode getService du Service Manager en lui donnant en argument le nom du service. Une fois la r´ef´erence du service obtenu, le client appelle la m´ethode. L’invocation de la m´ethode n’est pas directe. Le client ne communique pas directement avec le serveur mais transmet l’appel au binder qui lui le transmet au serveur. Une fois l’appel re¸cu puis ex´ecut´e par le serveur, ce dernier renvoie le r´esultat au binder qui lui le transmet au client. 3.4.1.2 Impl´ementation du Binder dans le noyau Techniquement parlant, le Binder est impl´ement´e sous forme de driver dans le noyau. Cela signifie qu’il est pr´esent´e dans l’espace utilisateur en tant que fichier, /dev/binder, et que les seules interactions possibles sont des appels syst`eme sur ce fichier. Le listing 3.2 liste les op´erations sur les fichiers, voir le chapitre 3 de [40], support´es par Binder. Elles sont list´es dans une structure appel´ee file operations qui associe `a chaque op´eration support´ee la fonction correspondante. Par exemple, la valeur du champ open correspond `a la fonc- 4. /drivers/staging/android/binder.c70 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION Client App Context Binder Driver Service App get service service ref call func(param) relay call func(param) call return relay call return Figure 3.4 – Appel d’une m´ethode distante grˆace au Binder tion, ici binder open, qui sera appel´ee `a chaque fois qu’un processus ouvre /dev/binder. Celle qui a int´erˆet pour nous est la fonction binder ioctl (listing 3.3). Elle est appel´ee quand un processus effectue un appel syst`eme ioctl et prend les arguments de l’appel syst`eme. Le deuxi`eme argument de la fonction, cmd, correspond `a la commande `a ex´ecuter par le Binder. Binder reconnaˆıt 5 commandes. — BINDER WRITE READ est la commande la plus importante. Elle sert `a l’envoi et r´eception de donn´ees. — BINDER SET MAX THREADS d´efinit le nombre maximal de threads par processus pour traiter les messages re¸cus via le Binder. — BINDER SET CONTEXT MGR d´efinit le Context Manager. Une fois d´efini, il ne peut ˆetre modifi´e. — BINDER THREAD EXIT notifie l’arrˆet d’un thread utilis´e pour le traitement des messages re¸cus via le Binder. — BINDER VERSION retourne le num´ero de version du Binder. Lorsqu’un processus envoie la commande BINDER WRITE READ dans le but d’envoyer des donn´ees, il d´efinit une deuxi`eme commande pr´ecisant le type d’envoi. Il existe 14 commandes 5 li´ees `a l’envoi de donn´ees mais seules deux d’entre elles correspondent `a l’envoi des transactions : BINDER TRANSACTION et BINDER REPLY. BINDER TRANSACTION correspond `a l’´emission d’une transaction d’un processus client appelant une m´ethode distante. BINDER REPLY correspond `a l’envoi du r´esultat de l’appel par le processus ayant ex´ecut´e la fonction. L’envoi d’un message ayant un de ces deux types initie l’appel `a la fonction binder transaction qui impl´emente la troisi`eme et la cinqui`eme ´etapes de l’appel d’une m´ethode distante comme d´ecrit sur la figure 3.4 : call func(param) et call return. Toute action ex´ecut´ee par le noyau se fait dans le contexte 5. Voir la fonction binder thread write3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 71 d’un processus `a l’exception des interruptions 6 . Dans le cas des appels syst`eme, le contexte d’ex´ecution est celui du processus ayant fait l’appel ce qui signifie que l’envoi des transactions se fait dans le contexte de l’´emetteur. Lorsque le Binder transmet une transaction `a un processus, il l’ajoute `a une liste de tˆache `a traiter par ce processus. Les processus en attente de transaction consultent ainsi cette liste de tˆache pour traiter les transactions qui lui ont ´et´e transmises grˆace `a la commande BINDER WRITE READ. Chacune des tˆaches a un type d´efini. Il existe 6 types de tˆache en tout dont BINDER WORK TRANSACTION qui correspond au traitement d’une transaction en attente. A la r´eception ` d’une tˆache de ce type, les informations li´ees `a la transaction sont envoy´ees au processus en espace utilisateur afin qu’il puisse ex´ecuter l’appel. Le Binder est le cœur des IPC sous Android mais son usage n’´etait pas contrˆol´e par KBlare. Il y a deux raisons `a cela. La premi`ere est que son usage se fait via l’appel syst`eme ioctl or KBlare n’utilise pas le hook permettant d’intercepter cet appel. La deuxi`eme raison est que Binder est un m´ecanisme propre `a Android. Aucun travail ne s’est donc int´eress´e `a ´etendre LSM afin de pouvoir contrˆoler l’usage du Binder au moment o`u nous nous sommes int´eress´es au Binder durant la th`ese. A cause de ces raisons, KBlare ignorait les flux ` d’information via le Binder et ne pouvait observer les communications entre applications Android. Nous pr´esentons dans la section qui suit comment KBlare a ´et´e ´etendu pour suivre les flux d’information caus´es par son usage. 1 static const struct file_operations binder_fops = 2 { 3 .owner = THIS_MODULE, 4 .poll = binder_poll, 5 .unlocked_ioctl = binder_ioctl, 6 .mmap = binder_mmap, 7 .open = binder_open, 8 .flush = binder_flush, 9 .release = binder_release, 10 }; Listing 3.2 – Liste des op´erations sur les fichiers support´ees par Binder 1 static long binder_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg); Listing 3.3 – Signature de la fonction binder ioctl 6. Ce n’est jamais notre cas dans le Binder72 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION 3.4.2 Suivi de flux d’information dans le Binder Pour suivre les flux d’information li´ees aux transactions via le Binder, deux solutions ont ´et´e envisag´ees. La premi`ere solution est d’intercepter l’appel syst`eme ioctl grˆace au hook file ioctl. Cette solution est limit´ee car elle ne permettrait de voir que l’interaction entre les processus et /dev/binder. Or nous avons expliqu´e que le v´eritable flux s’op´erait entre processus et non entre un processus et /dev/binder. Cette limitation pourrait cependant ˆetre contourn´e en impl´ementant tout le m´ecanisme de traitement des commandes envoy´ees via ioctl au Binder mais cette approche est assez lourde. La deuxi`eme solution, celle que nous avons retenu, consiste `a ´etendre LSM afin de permettre aux modules de s´ecurit´e de contrˆoler l’envoi et la r´eception des transactions via le Binder. L’extension de LSM que nous avons apport´e consiste `a rajouter un champ security `a la structure repr´esentant les transactions et deux nouveaux hooks pour intercepter l’envoi et la r´eception de transaction. Tout comme les messages envoy´es dans les files de message, nous consid´erons que les transactions sont des conteneurs volatiles. Nous avons ainsi ajout´e un champ g´en´erique security `a la structure les repr´esentant. KBlare utilisera ensuite ce champ pour r´ef´erencer les tags associ´es `a la transaction. Les deux nouveaux hooks ont ´et´e rajout´es dans le code de Binder 7 . Quant aux hooks, nous les avons ajout´e dans le corps du Binder pour intercepter les ´echanges de transaction. Plus pr´ecis´ement, nous avons ajout´e un hook pour intercepter l’envoi d’une transaction et une autre pour la r´eception. Sous Android, KBlare utilise ces hooks pour suivre et contrˆoler les flux d’information 8 via le Binder. Interception de l’envoi d’une transaction binder transaction write Nous avons ins´er´e ce hook dans le corps de la fonction binder transaction. Cette fonction est utilis´ee par Binder pour transmettre les transactions ´emises par les processus. C’est dans cette fonction que la nouvelle tˆache correspondant `a la transaction est ajout´ee `a la liste de tˆache en attente du destinataire. Le hook est ins´er´e avant l’ajout de la nouvelle tˆache. Dans KBlare, nous avons d´eclar´e une fonction correspondant `a ce hook qui propage les tags du processus vers la transaction. La fonction cr´ee une instance de la structure contenant le tag des conteneurs d’information, l’associe `a la transaction et copie les tags du processus (itag et xptag) vers la structure contenant les tags de la transaction. Nous consid´erons que les transactions ont le droit de contenir n’importe quelle information. Aucun contrˆole n’est ainsi effectu´e. Interception de la r´eception d’une transaction binder thread read Le deuxi`eme hook est ins´er´e dans le corps de la fonction binder thread read. Cette fonction est utilis´ee pour r´ecup´erer et transmettre au processus destinataire en espace utilisateur les tˆaches dans la liste d’attente. La fonction 7. drivers/staging/android/binder 8. Fonctions correspondantes impl´ement´ees dans security/blare/binder ops.c3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 73 associ´ee `a ce hook propage les tags (itag et xptag) associ´es `a la transaction vers le processus destinataire. Un contrˆole de la l´egalit´e du flux est effectu´ee. Si le flux est ill´egal alors une alerte est lev´ee. Afin que l’alerte soit plus compr´ehensible, le flux correspondant `a l’alerte est d´ecrite comme un flux de processus ayant ´emis la transaction vers le processus destinataire. De plus, une transaction est un conteneur volatile impl´ement´e sous la forme d’une structure uniquement connue du noyau. Sa description dans une alerte n’apportera ainsi aucune information utile `a un analyste. Selon les transactions, les informations li´ees `a l’´emetteur ne sont pas ajout´ees dans la transaction. C’est le cas, par exemple des r´eponses retourn´ees par un appel distant. Nous avons modifi´e le Binder afin que cette information soit toujours comprise dans la transaction. Remarque sur le suivi de flux d’information dans le Binder Une autre mani`ere de propager les tags entre les processus aurait ´et´e de le faire directement `a l’envoi de la transaction par le processus ´emetteur. Cependant, nous avons opt´e pour un suivi de flux en deux temps. Les tags sont propag´es du processus ´emetteur vers la transaction puis de la transaction vers le processus destinataire. Chaque action effectu´ee par le noyau se fait toujours dans le contexte d’un processus. Pour les appels syst`eme, il s’agit du processus ayant effectu´e l’appel syst`eme. Lors de l’envoi de la transaction, le Binder s’ex´ecute ainsi dans le contexte du processus ´emetteur. Propager directement les tags `a l’envoi signifie modifier la structure associ´ee au processus destinataire tout en ´etant dans le contexte de l’´emetteur. Cette pratique n’est cependant pas conseill´ee dans la programmation noyau. Nous aurions ´egalement pu faire la propagation lors du traitement des tˆaches de la liste d’attente. Cela se fait dans le contexte du processus destinataire mais le risque est la possibilit´e de changement du contenu du processus ´emetteur entre l’envoi et la r´eception de la transaction. Cela pourrait par exemple permettre d’´echanger des donn´ees tout en faisant croire `a KBlare qu’aucune d’entre elles n’est sensible. En optant pour la propagation en deux temps des tags, nous ne modifions pas la structure d’un processus autre que celui qui sert de contexte d’ex´ecution et nous maintenons une coh´erence entre les identifiants des informations partant du processus ´emetteur et ceux des informations r´ecup´er´ees par le destinataire. Afin de prendre en compte les flux d’information s’op´erant via le Binder, nous avons ´etendu le framework LSM. Nous avons ajout´e deux nouveaux hooks permettant d’intercepter l’envoi et la transmission des transactions. Dans le code du Binder, les transactions repr´esentent les appels de m´ethodes distantes ainsi que le retour de ces appels. Nous avons ensuite ajout´e deux fonctions suppl´ementaires `a KBlare qui correspondent `a ces nouveaux hooks et effectuent la propagation des tags entre les applications qui communiquent via le Binder.74 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION 3.4.3 Ex´ecution des applications Android 3.4.3.1 Interpr´etation de code vs ex´ecution Dans Blare, la prise en compte de l’ex´ecution d’un code se fait en interceptant les appels syst`eme execve et mmap quand la page est marqu´ee comme ´etant ex´ecutable. Sous Android, `a l’exception des applications n´ecessaires au fonctionnement syst`eme, les applications tournent au sein d’instance de la machine virtuelle dalvik. Pour comprendre comment ces instances sont cr´e´ees, il est n´ecessaire de comprendre la s´equence de d´emarrage d’Android. La figure 3.5 illustre cette s´equence. Comme pour les syst`emes de type Linux, le premier processus lanc´e est init qui est en charge d’initialiser l’environnement Android. Les initialisations qu’il effectue sont d´efinies dans les fichiers init.*rc `a la racine du syst`eme de fichier. Il d´efinit par exemple les variables d’environnement et monte les partitions. Il lance ´egalement les diff´erents processus d´emons du syst`eme tels que servicemanager, surfaceflinger et Zygote. A son lancement, ce dernier ` lance une instance de la machine virtuelle dalvik, cr´ee un socket serveur, charge un ensemble de ressources et classes Java, se duplique pour cr´eer le processus system server et attend les connexions sur le socket cr´e´e. System server est le processus qui ex´ecute les diff´erents services du syst`eme (ex : Activity Manager). A sa cr´eation, il les lance donc et les enregistre aupr`es de ` servicemanager afin qu’ils puissent ˆetre appel´es par les diff´erentes applications du syst`eme. Zygote est un processus cl´e pour l’ex´ecution des diff´erentes applications Android car c’est `a partir de ce processus que les autres applications sont lanc´ees. Par exemple, lorsque l’utilisateur lance une nouvelle application via le menu principal du t´el´ephone, l’application Lancher appelle la fonction startActivity d´efinie dans Activity Manager. A l’ex´ecution de la m´ethode, ce dernier envoie ` une requˆete `a Zygote pour lancer l’application. A la r´eception de la requˆete, ce ` dernier se duplique 9 et lance dans le processus fils la nouvelle application. Au l’ex´ecution d’une nouvelle application, le processus l’ex´ecutant charge le code de l’application en m´emoire. Ce code est sous format dalvik et n’est pas ex´ecut´e, comprendre via l’appel syst`eme execve ou mmap et marqu´e ex´ecutable, mais charg´e comme une simple donn´ee en m´emoire. L’ex´ecution des applications se traduit par la lecture de leur code en m´emoire et son interpr´etation par la machine virtuelle dalvik. Comme aucun appel syst`eme synonyme d’ex´ecution de code pour Blare n’est effectu´e alors Blare, dans sa version avant nos modi- fications, ne d´etectait jamais l’ex´ecution des applications Android. Cela avait deux cons´equences directes. Premi`erement, l’ex´ecution des applications Android dont le code est marqu´e comme sensible ne causait pas le marquage des processus comme ex´ecutant du code sensible. L’itag des processus ex´ecutant les applications Android ne contenait jamais d’identifiant n´egatif. Ensuite, il ´etait impossible d’appliquer une politique par application car du point de vue de Blare ils ex´ecutent tous le mˆeme programme (app process). 9. appel syst`eme fork3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 75 Native daemons - servicemanager -netd -vold -mediaserver - app_process -X Init - Set up env variables - mount partitions - Zygote - etc start native daemons - etc Zygote - Start a dalvik virtual machine - Execute main function of zygote - Create a server socket - Preload resources and classes - Start system_server - Wait for application launch request system_server - Launch services (Activity Manager, Clipboard etc) - Register services App App App startActivity fork fork Figure 3.5 – S´equence de d´emarrage d’Android76 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION 3.4.3.2 Prise en compte de l’ex´ecution des applications Android Pour d´etecter l’ex´ecution des applications, nous avons introduit un syst`eme de coop´eration entre la machine virtuelle Dalvik et KBlare. Il permet `a la machine virtuelle de notifier KBlare quand elle va interpr´eter du code et donc permettre `a KBlare de voir quand une application est ex´ecut´ee. A la r´eception ` de la notification, KBlare met ainsi `a jour les tags convenablement et applique la politique de flux associ´ee `a l’application. L’ex´ecution d’une application se traduit par le chargement des ressources de l’application en m´emoire ainsi que de son code. Lorsqu’une application Android est install´ee, le syst`eme extrait `a partir de son apk une version optimis´ee du code. C’est cette version optimis´ee qui est charg´ee en m´emoire et interpr´et´ee par la machine virtuelle. Un bon point d’insertion pour la notification semble ainsi ˆetre le chargement de cette version optimis´ee. Aucune documentation technique n’existe sur le fonctionnement de Dalvik mais en analysant son code source, nous trouvons que le chargement est effectu´e par la fonction dvmDexFileOpenFromFd (listing 3.4). Cette fonction charge en m´emoire le code optimis´e d’une application et analyse syntaxiquement son contenu. Elle est appel´ee par deux autre fonctions 10 qui ouvrent un fichier jar ou dex, cr´ee la version optimis´ee du code `a partir du contenu du fichier ouvert et le charge en m´emoire. Cela correspond bien `a l’ex´ecution d’une application. Nous avons ainsi ajout´e la notification, fonction odex is mapped, au corps de la fonction dvmDexFileOpenFromFd. La figure 3.6 illustre les diff´erentes ´etapes de la prise en compte de l’ex´ecution de l’application. Les tags vert et bleu correspondent respectivement au contenu du fichier .dex et `a ce mˆeme contenu lorsqu’il est ex´ecut´e par un processus. Le tag marron correspond `a la politique de s´ecurit´e de l’application. Le syst`eme de notification est similaire `a une architecture client/serveur. Au d´emarrage du syst`eme, KBlare se met en ´ecoute des notifications provenant des machines virtuelles Dalvik. (a) Lorsqu’un processus initie l’ex´ecution d’une application (chargement du fichier .dex en m´emoire), elle charge le contenu du fichier .dex en m´emoire. KBlare voit ce chargement et marque le processus qui va ex´ecuter l’application comme contenant le contenu du fichier .dex. (b) La machine virtuelle notifie ensuite KBlare qu’elle va interpr´eter le contenu du fichier .dex, c’est- `a-dire l’ex´ecuter. (c) et (d) A la r´eception de la notification, KBlare consid`ere ` que le processus contenant la machine virtuelle ayant envoy´ee la notification va ex´ecuter l’application dont le code est stock´e dans le fichier .dex. KBlare met donc `a jour les tags du processus. Il indique que le processus contient la version ex´ecut´ee du contenu du fichier .dex et applique `a ce processus la politique de flux associ´ee au code que la machine virtuelle va interpr´eter. Impl´ementation de la notification de l’ex´ecution d’une application La notification est envoy´ee grˆace `a un canal de communication entre la machine virtuelle Dalvik et KBlare. Ce canal est impl´ement´e avec Generic Net- 10. dvmJarFileOpen et dvmRawDexFileOpen respectivement d´efinies dans dalvik/vm/JarFile.cpp et dalvik/vm/RawDexFile.cpp3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 77 VM init : - Load ressources - Load optimzed dex - Notify KBlare - ... KBlare : - Listen to notification - Upon notification: * Get tags associated to the odex file * Update tags associated to the process odex file (a) (b) (c) (d) Figure 3.6 – M´ecanisme de notification de l’ex´ecution d’une application Android link [52] qui lui utilise les sockets Netlink [63]. Netlink est un m´ecanisme de communication qui permet de faire communiquer entre eux des morceaux de code qui sont dans le noyau ou en espace utilisateur. La communication entre ces diff´erentes entit´es se font dans des bus Netlink, appel´es ´egalement protocoles. Il existe un nombre d´efini de bus dans les syst`emes Linux et leur nombre maximum est limit´e `a 32. Certains d’entre eux sont par exemple utilis´es par des outils de gestion du trafic r´eseau tels que iproute2 [53]. Generic Netlink est un m´ecanisme de communication bas´e sur Netlink et plus pr´ecis´ement un multiplexeur construit au dessus d’un bus Netlink [76]. Les canaux de communication sont appel´es familles et il est possible d’en d´efinir jusqu’`a 65520 pour un seul et mˆeme bus Netlink. Nous pr´esentons dans ce qui suit le syst`eme de coop´eration permettant de faire communiquer les machines virtuelles Dalvik et KBlare. Plus pr´ecis´ement, nous pr´esentons la d´eclaration de la famille servant de canal de communication, le comportement associ´e `a la r´eception d’une notification et la mise en attente. Comme ´ecrit pr´ec´edemment, le syst`eme de notification est une architecture client/serveur. KBlare est le serveur qui se met en attente des notifications d’ex´ecution d’application et les machines virtuelles Dalvik sont les clientes qui envoient les notifications au serveur. La cr´eation d’un serveur d’´ecoute avec Generic Netlink se fait en trois ´etapes : cr´eation d’une famille, d´efinition des commandes reconnues par le serveur et enregistrement de la famille. Afin que KBlare puisse recevoir les notifications, nous d´efinissons dans son code une famille servant de canal de communication. Le listing 3.5 montre la d´eclaration de la famille. Nous d´eclarons en premier les attributs possibles d’un message. Nous en d´eclarons deux : DOC EXMPL A MSG et DOC EXMPL A INT. Ensuite, nous d´efinissons le type associ´e aux attributs. Le premier attribut est une78 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION 1 int dvmDexFileOpenFromFd(int fd, DvmDex** ppDvmDex) 2 { 3 DvmDex* pDvmDex; 4 DexFile* pDexFile; 5 MemMapping memMap; 6 int parseFlags = kDexParseDefault; 7 int result = -1; 8 9 if (gDvm.verifyDexChecksum) 10 parseFlags |= kDexParseVerifyChecksum; 11 12 if (lseek(fd, 0, SEEK_SET) < 0) { 13 ALOGE("lseek rewind failed"); 14 goto bail; 15 } 16 17 if (sysMapFileInShmemWritableReadOnly(fd, &memMap) != 0) { 18 ALOGE("Unable to map file"); 19 goto bail; 20 } 21 22 // Nofify KBlare 23 odex_is_mapped(fd); 24 ... 25 } Listing 3.4 – Fonction de chargement en m´emoire du code d’une application chaˆıne de caract`ere et le second un entier non sign´e sur 32 bits. Enfin, nous d´eclarons la famille : variable doc exmpl gnl family. Chaque famille doit avoir un identifiant unique 11. Le champ id contient l’identifiant num´erique de la famille. En lui associant la valeur GENL ID GENERATE, nous laissons au syst`eme le choix de l’identifiant. Le champ hdrsize d´efinit la taille de l’en-tˆete des messages transitant par cette famille. Nous n’avons besoin d’aucune en-tˆete sp´ecifique. Nous le mettons ainsi `a 0. Le champ name d´efinit le nom de la famille. Chaque nom doit ˆetre unique et elle permet aux clients de r´ecup´erer l’identifiant de la chaine. Les champs restant d´efinissent le num´ero de version de la famille et le nombre d’attributs. Une fois la famille d´efinie, il faut ensuite d´eclarer les commandes qu’elle supporte ainsi que les fonctions qui leur sont associ´ees. Les commandes d´efinissent les op´erations support´ees par le serveur. Nous en d´efinissons un, DOC EXMPL EXEC DEX, dans le listing 3.6 qui correspond `a la notification de l’ex´ecution d’une application. A cette commande, nous associons la fonction ` doc exmpl exec dex. 11. champ id3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 79 1 // USE GENERIC NETLINK 2 /* Family declaration */ 3 /* attributes */ 4 enum { 5 DOC_EXMPL_A_UNSPEC, 6 DOC_EXMPL_A_MSG, 7 DOC_EXMPL_A_INT, 8 __DOC_EXMPL_A_MAX, 9 }; 10 #define DOC_EXMPL_A_MAX (__DOC_EXMPL_A_MAX - 1) 11 12 /* attribute policy */ 13 static struct nla_policy doc_exmpl_genl_policy[DOC_EXMPL_A_MAX + 1] = { 14 [DOC_EXMPL_A_MSG] = { .type = NLA_NUL_STRING }, 15 [DOC_EXMPL_A_INT] = { .type = NLA_U32 }, 16 }; 17 18 #define VERSION_NR 1 19 static struct genl_family doc_exmpl_gnl_family = { 20 .id = GENL_ID_GENERATE, 21 .hdrsize = 0, 22 .name = "BLARE_COOP", // family name 23 .version = VERSION_NR, //version number 24 .maxattr = DOC_EXMPL_A_MAX, 25 }; 26 /* End of family declaration */ Listing 3.5 – D´eclaration d’une famille Generic Netlink dans le noyau pour le m´ecanisme de coop´eration Cette fonction r´ecup`ere `a partir de la charge utile du message re¸cu par le serveur un entier repr´esentant le descripteur du fichier charg´e par la machine virtuelle (ligne 24 `a 26). A partir de ce descripteur, il r´ecup`ere la structure correspondant ` au fichier puis met `a jour les tags associ´es au processus (ligne 36 `a 38). Enfin, nous enregistrons la famille et les op´erations qu’elle supporte (listing 3.7). Ces enregistrements sont effectu´es dans la fonction netlink init qui est appel´ee pendant l’initialisation des modules de noyau (ligne 22). Du cˆot´e client, la communication avec KBlare est plus simple. Elle se traduit par l’envoi d’un message avec la commande DOC EXMPL EXEC DEX et le descripteur de fichier correspondant au code charg´e en m´emoire. La biblioth`eque libnl [11] offre une API les sockets Netlink et Generic Netlink. Cependant, dans la version actuelle du code, nous avons utilis´e les fonctions d´efinies dans l’exemple du client fourni par A. Keller dans [64]. Le listing 3.8 pr´esente une version ´epur´ee 12 du code servant `a la notification de l’ex´ecution des applications Android. La variable req est le message Netlink `a envoyer dans le noyau. 12. sans v´erification des codes d’erreur80 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION Il contient l’en-tˆete du message Netlink, celui de Generic Netlink et la charge utile du message. Rappelons que Generic Netlink n’est qu’un multiplexeur au dessus d’un bus Netlink. L’envoi d’une notification se fait en plusieurs ´etapes. 1. R´ecup´erer l’identifiant du canal de communication (lignes 13, 14). Il est n´ecessaire afin d’envoyer le message dans le bon canal de communication. 2. Initialiser les en-tˆetes Netlink et Generic Netlink. Dans le cas de Generic Netlink, il s’agit de d´efinir la commande `a envoyer, DOC EXMPL EXEC DEX. 3. Composer le message. Cela consiste `a d´efinir les attributs `a passer dans le message ainsi que la valeur qui leur est associ´ee. Nous d´efinissons ainsi comme attribut un entier et le descripteur du fichier dex comme valeur associ´ee (ligne 23 `a 28). 4. Envoyer le message. Generic Netlink est un multiplexeur au dessus d’un bus Netlink. Nous d´eclarons ainsi un socket Netlink et envoyons le message avec ce socket. Lorsqu’une machine virtuelle va interpr´eter le contenu d’un fichier .dex, il appelle la fonction odex is mapped (listing 3.4) en lui donnant en param`etre le descripteur du fichier .dex. Cette fonction envoie un message, via une famille de communication Generic Netlink, au noyau et plus pr´ecis´ement `a KBlare. Le message contient deux informations. La premi`ere est une commande qui permet au destinataire de choisir le traitement `a effectuer `a la r´eception du message. La deuxi`eme information est le descripteur du fichier .dex. Il permettra `a KBlare d’identifier le fichier dont le contenu va ˆetre interpr´et´e par la machine virtuelle et propager les tags de ce fichier vers le processus contenant la machine virtuelle. A la r´eception du message dans le noyau, ce dernier extrait du message la ` commande que le message contient. KBlare ayant associ´ee `a la commande, la fonction doc exmpl dex (listing 3.6), le noyau transfert le traitement du message `a cette fonction. La fonction r´ecup`ere `a partir du message le descripteur de fichier et `a partir de ce descripteur, il r´ecup`ere la structure repr´esentant le fichier contenant le code qui va ˆetre interpr´et´e. A partir de cette structure, KBlare ` r´ecup`ere les tags associ´es aux fichiers et les propage comme dans le cas d’une ex´ecution au processus ayant envoy´e la notification. A la r´eception du message, ` KBlare tourne dans le contexte du processus ayant envoy´e la notification. Ce sont donc les tags de ce processus qui sont mis `a jour.3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 81 1 /* commands: enumeration of all commands (functions), 2 * used by userspace application to identify command to be executed 3 */ 4 enum { 5 DOC_EXMPL_C_UNSPEC, 6 DOC_EXMPL_C_EXEC_DEX, 7 __DOC_EXMPL_C_MAX, 8 }; 9 10 #define DOC_EXMPL_C_MAX (__DOC_EXMPL_C_MAX - 1) 11 12 static int doc_exmpl_exec_dex(struct sk_buff *skb_2, struct genl_info *info) { 13 struct nlattr *na; 14 struct sk_buff *skb; 15 int rc; 16 void *msg_head; 17 int * mydata; 18 struct file * dexfile; 19 struct blare_file_struct *fstruct; 20 21 if (info == NULL) 22 goto out; 23 24 na = info->attrs[DOC_EXMPL_A_INT]; 25 if (na) { 26 mydata = (int *) nla_data(na); 27 if (!mydata) 28 printk(KERN_INFO "[BLARE_NETLINK] error while" 29 "receiving data\n"); 30 } else { 31 printk(KERN_INFO "[BLARE_NETLINK] no fd from userspace"); 32 goto out; 33 } 34 35 rcu_read_lock(); 36 dexfile = fcheck(*mydata); 37 if (dexfile) { 38 interp_exec(dexfile); 39 } else { 40 printk(KERN_INFO "[BLARE_NETLINK] could not find" 41 "struct file of %d\n", *mydata); 42 } 43 rcu_read_unlock(); 44 out: 45 return 0; 46 } 47 48 /* Map command and function */ 49 struct genl_ops doc_exmpl_gnl_ops_exec_dex = { 50 .cmd = DOC_EXMPL_C_EXEC_DEX, 51 .flags = 0, 52 .policy = doc_exmpl_genl_policy, 53 .doit = doc_exmpl_exec_dex, 54 .dumpit = NULL, 55 }; Listing 3.6 – D´efinition d’une commande Generic Netlink pour notifier l’ex´ecution d’une application82 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION 1 static int __init netlink_init() { 2 int rc; 3 printk(KERN_INFO "Blare init generic netlink"); 4 5 /* register new family */ 6 rc = genl_register_family(&doc_exmpl_gnl_family); 7 if (rc != 0) 8 goto failure; 9 10 /* register operations */ 11 genl_register_ops(&doc_exmpl_gnl_family, 12 &doc_exmpl_gnl_ops_exec_dex); 13 14 return 0; 15 16 failure: 17 printk(KERN_INFO "[BLARE_NETLINK] an error occured while" 18 "inserting the generic netlink example module\n"); 19 return -1; 20 } 21 22 __initcall(netlink_init); Listing 3.7 – Enregistrement de la famille servant `a la notification d’ex´ecution des applications3.4. ANDROBLARE : BLARE SOUS ANDROID 83 1 int odex_is_mapped(int fd) { 2 int nl_sd; // Netlink socket 3 int id; 4 int r; 5 struct { 6 struct nlmsghdr n; 7 struct genlmsghdr g; 8 char buf[256]; 9 } req; 10 struct nlattr *na; 11 12 /* Get the identifier of the family */ 13 nl_sd = create_nl_socket(NETLINK_GENERIC,0); 14 id = get_family_id(nl_sd); 15 16 /* Init netlink header */ 17 ... 18 19 /* Init generic netlink header */ 20 req.g.cmd = DOC_EXMPL_EXEC_DEX; 21 22 /* Compose message */ 23 na = (struct nlattr *) GENLMSG_DATA(&req); 24 na->nla_type = DOC_EXMPL_A_INT; 25 int mlength = sizeof(int); 26 na->nla_len = mlength + NLA_HDRLEN; 27 memcpy(NLA_DATA(na), &fd, mlength); 28 req.n.nlmsg_len += NLMSG_ALIGN(na->nla_len); 29 30 /* Send message */ 31 struct sockaddr_nl nladdr; 32 memset(&nladdr, 0, sizeof(nladdr)); 33 nladdr.nl_family = AF_NETLINK; 34 r = sendto(nl_sd, (char *)&req, req.n.nlmsg_len, 0, 35 (struct sockaddr *) &nladdr, sizeof(nladdr)); 36 close(nl_sd); 37 return 0; 38 } Listing 3.8 – Notification de l’ex´ecution d’une application par la machine virtuelle Dalvik84 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION 3.4.4 Description des flux observ´es KBlare d´ecrit les flux impliquant des donn´ees sensibles dans un format assez verbeux et sans fournir assez d’information parfois. La figure 3.7 est un exemple de description de flux ´emis par KBlare lorsqu’il d´etecte un flux d’un fichier vers un processus. Parmi les informations que nous aurions aim´e avoir ´etaient le chemin complet du fichier, son identifiant et les informations li´ees au processus. Avoir le chemin complet du fichier permet `a un analyste d’identifier avec pr´ecision le fichier impliqu´e dans le flux. L’identifiant du fichier, son inode, peut ´egalement s’av´erer utile si le nom du fichier est amen´e `a changer au cours de l’ex´ecution du syst`eme. Sous Android, nous avons ainsi mis les alertes sous la forme d´ecrite en fi- gure 3.8. Un message est d´ecoup´e en trois parties s´epar´ees par le caract`ere ’>’. Les deux premi`eres parties d´ecrivent le conteneur source et destination du flux. C TYPE repr´esente le type du conteneur (fichier, socket et processus). C NAME est le nom du conteneur. Dans le cas des sockets, il s’agit de l’adresse IP associ´ee `a la socket. Dans le cas des processus, nous donnons `a la fois le nom du thread courant et du processus. Les deux noms peuvent diff´erer. Par exemple, les services dans system server tournent dans des threads avec des noms diff´erents. Avoir le nom des deux peut ainsi aider `a comprendre quelle partie de l’application est `a l’origine du flux. 3.4.5 Outils en espace utilisateur Il existe sous Linux des outils en ligne de commande pour manipuler les tags Blare associ´es aux fichiers. Leur code est disponible dans la branche master du d´epˆot kblare-tools [38]. Ces outils ont ´et´e port´es sous Android, branche android version du mˆeme d´epˆot, et une version sous forme d’extension d’un navigateur de fichier Android a ´egalement ´et´e d´evelopp´ee lors d’un stage de 2 mois par Q. Dion. L’extension permet de manipuler via l’interface tactile d’un appareil Android les tags associ´es aux fichiers et ´evite ainsi d’avoir `a ouvrir une interface en ligne de commande. Dans le cadre d’un autre stage, T. Saliou a d´evelopp´e Blare Policy Manager (BPM). BPM impl´emente les fonctions de composition et de v´erification des politiques ´ecrites en BSPL et applique la politique r´esultant de la composition sur le syst`eme. Nous avons utilis´e BPM dans [20] pour composer et appliquer les politiques d’application tierce sur un t´el´ephone avec l’environnement AndroBlare. Process with pid 98 running cat made an illegal READ access to file toto.txt Figure 3.7 – Exemple de message lev´e par Blare sous Linux3.5. ANDROBLARE : ANALYSE D’APPLICATIONS ANDROID 85 C TYPE C NAME C ID > C TYPE C NAME C ID > ITAG Figure 3.8 – Format des flux observ´es par Blare sous Android 3.5 AndroBlare : environnement d’analyse d’applications Android Dans cette th`ese, nous avons utilis´e AndroBlare en tant que environnement d’analyse d’application Android. La figure 3.9 illustre l’environnement ainsi que l’usage que nous en aurons dans les chapitres suivants. Pour analyser les applications, nous utilisons un t´el´ephone Nexus S faisant tourner la version AOSP d’Android Ice Cream Sandwich. Nous avons ajout´e au t´el´ephone tout l’environnement AndroBlare : le module de s´ecurit´e dans le noyau, le syst`eme de notification d’ex´ecution d’application Android et les outils utilisateurs pour manipuler les tags. Nous avons ´egalement rajout´e les application Super User afin de recevoir une notification visuelle `a chaque fois qu’une application demande les acc`es root ainsi que busybox, un ´equivalent plus complet de toolbox. Dans cet environnement, nous ex´ecutons toute application dont nous souhaitons analyser le comportement. Ce comportement est la propagation des donn´ees de l’application dans le syst`eme et est obtenu grˆace au suivi de flux d’information effectu´e par AndroBlare. Pour chaque application `a analyser, nous r´ep´etons le processus suivant. Nous installons l’application sur le t´el´ephone puis marquons son fichier apk avec un identifiant unique. Nous consid´erons que le fichier apk est la source des donn´ees appartenant `a l’application car il contient `a la fois son code et les ressources qu’elle utilise telles que les images. Nous ex´ecutons ensuite l’application et observons avec AndroBlare comment les donn´ees de l’application se propagent dans le syst`eme. A partir des flux observ´es, nous pouvons effectuer ` deux types d’action : construire une repr´esentation compacte et humainement compr´ehensible des flux observ´es (chapitre 4) ou d´etecter l’ex´ecution d’instance de malware (chapitre 5). Nous laissons les tags des autres conteneurs d’information `a leur valeur par d´efaut, ensemble vide, sauf pour les fichiers servicemanager et surfaceflinger dans /system/bin. A l’exception de ces deux fichiers, les autre conteneurs ne ` contiennent donc aucune information sensible du point de vue d’AndroBlare et n’ont aucune politique de flux d’information. Quant aux deux fichiers, nous leur assignons l’itag t0u pour signifier que les processus les ex´ecutant sont `a ignorer pendant le suivi de flux d’information. L’identifiant 0 n’est pas utilit´e dans le mod`ele de Blare pour identifier une information `a surveiller. Dans l’impl´ementation, nous nous servons de cette valeur pour indiquer `a Blare quand ignorer des flux d’information. Le but est d’´eviter une trop grande surapproximation des flux observ´es par AndroBlare. Les applications servicemanager et surfaceflinger sont deux processus cl´es du syst`eme Android. Le premier est un service d’annuaire r´epertoriant tous les autres services du syst`eme. Les applications souhaitant utiliser ces services doivent demander au servicemanager leur r´ef´erence avant de pouvoir les utiliser. Le second est en charge de dessiner sur86 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION l’´ecran toute interface graphique. Les applications sont uniquement conscients de ce qu’ils veulent afficher `a l’´ecran. Elles le transmettent `a surfaceflinger qui lui composera les affichages des diff´erentes applications et affichera le rendu final sur l’´ecran de l’appareil.3.5. ANDROBLARE : ANALYSE D’APPLICATIONS ANDROID 87 Android Kernel User space BLARE Analyzed application Information container 1 ... Information container n Analysed application apk file Blare log Parser Malware detection Trusted containers surfaceflinger servicemanager Figure 3.9 – AndroBlare : environnement d’analyse d’application Android88 CHAPITRE 3. BLARE : UN MONITEUR DE FLUX D’INFORMATION R´esum´e Dans ce chapitre, nous avons pr´esent´e Blare un syst`eme de d´etection d’intrusion param´etr´e par une politique de flux d’information, le mod`ele sur lequel il est bas´e et le processus de portage de Blare sous Android (AndroBlare). AndroBlare utilise le mˆeme mod`ele th´eorique que Blare mais diff`ere de ce dernier au niveau de l’impl´ementation. Lors du portage de Blare sous Android, nous avons ajout´e la prise en compte de deux types de flux d’information : flux d’information via le Binder et l’interpr´etation du code des applications Android par la machine virtuelle Dalvik. Les applications Android n’utilisent pas les m´ecanismes de communication fournis par le noyau Linux pour communiquer entre elles. A la place, elles utilisent diff´erents m´ecanismes fournis par le frame- ` work Java qui reposent tous sur le Binder. Afin de suivre les flux d’information entre les applications, nous avons pris en compte ce m´ecanisme de communication dans AndroBlare. Sa prise en compte a consist´e `a ajouter deux nouveaux hooks `a LSM et `a d´efinir dans le code de KBlare les fonctions correspondant `a ces hooks. Le deuxi`eme type de flux d’information pris en compte dans AndroBlare concerne l’ex´ecution des applications et plus pr´ecis´ement l’interpr´etation de leur code par la machine virtuelle Dalvik. Les applications Android ne sont pas des applications natives et leur ex´ecution ´etait donc invisible `a Blare. Lorsqu’une application est ex´ecut´ee, son code est en r´ealit´e interpr´et´ee par la machine virtuelle Dalvik. Le probl`eme pos´e par cette interpr´etation du code est que l’ex´ecution ´etait invisible et donc KBlare ne pouvait mettre `a jour correctement les tags des processus ex´ecutant du code sensible. Aucun processus n’´etait marqu´e comme ex´ecutant du code et aucune politique ne pouvait ˆetre appliqu´ee par application. Afin de permette `a KBlare d’observer l’ex´ecution d’une application Android, nous avons ainsi ajout´e un m´ecanisme de coop´eration entre la machine virtuelle Dalvik et KBlare. Cette coop´eration consiste `a notifier KBlare via les sockets Netlink de l’ex´ecution d’une application par la machine virtuelle. Lors de la pr´esentation du mod`ele de Blare, nous avons ´egalement expliqu´e comment nous avons d´efini manuellement une politique de flux d’information pour le syst`eme Android. La politique identifie 150 informations `a prot´eger et 186 conteneurs d’information pouvant acc´eder `a ces informations ou les stocker. Cette politique a fait l’objet d’une publication `a ICC 2012 [16].Chapitre 4 Graphes de flux syst`eme Pour chaque flux d’information observ´e qui implique une donn´ee sensible, Blare ajoute une entr´ee d´ecrivant le flux dans un journal. Au fur et `a mesure que le syst`eme s’ex´ecute, le taille du journal augmente et peut devenir rapidement difficile `a analyser pour un ˆetre humain. Quelques minutes d’ex´ecution du syst`eme peut suffire pour avoir des milliers d’entr´ees dans le journal de Blare. Nous proposons donc dans ce chapitre une structure appel´ee System Flow Graph pour repr´esenter les flux observ´es de mani`ere plus compacte et plus compr´ehensible. 4.1 Graphe de flux syst`eme Un graphe de flux syst`eme, que nous abr´egeons SFG (System Flow Graph) dans le reste du document, est un multigraphe orient´e G “ pV, Eq o`u les nœuds repr´esentent des conteneurs d’information et les arcs des flux d’information entre les conteneurs. Un nœud v P V a trois attributs v.type, v.name et v.id qui repr´esentent respectivement le type du conteneur (fichier, processus et socket) correspondant au nœud, son nom et son identifiant du conteneur dans le syst`eme. Selon le type du conteneur, le nom du nœud est soit le chemin complet du fichier, le nom du processus concat´en´e `a celui du thread ou l’adresse IP associ´ee `a la socket. L’identifiant est le num´ero d’i-node pour les fichiers et le PID pour les processus. Un arc e P E a deux attributs e.timestamp et e.flow qui correspondent respectivement `a la liste des moments auxquels le flux a ´et´e observ´e et les identifiants des informations impliqu´ees dans le flux. Un arc repr´esente un flux d’information unique du conteneur repr´esent´e par sa source vers le conteneur repr´esent´e par sa destination. Le flux peut ˆetre observ´e plusieurs fois et inclut `a chaque observation les mˆemes informations sensibles, i.e les identifiants des informations qui se propagent sont les mˆemes `a chaque observation. Un SFG est un multigraphe car il peut contenir des arcs parall`eles. Des arcs 8990 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` [1] file blob 18 > process cat 19 > {1, 2} [2] process woman 20 > file blob 18 {3} [3] process woman 20 > file blob 18 {3} [4] file blob 18 > process cat 19 > {1, 2, 3} Figure 4.1 – Exemple de flux d’information causant l’apparition d’arcs parall`eles dans les SFG �������� ������ ����������� ������������� �������� ����������� Figure 4.2 – Exemple de SFG avec des arcs parall`eles parall`eles sont des arcs reliant les mˆeme nœuds. Un SFG a deux arcs parall`eles lorsque Blare a observ´e deux flux d’information ayant la mˆeme source et la mˆeme destination mais n’impliquant pas les mˆemes informations sensibles. La figure 4.1 d´ecrit des flux d’information causant la cr´eation d’arcs parall`eles dans les SFG. La premi`ere et derni`ere entr´ees d´ecrivent des flux ayant la mˆeme source et la mˆeme destination : de blob `a cat. Cependant, le contenu de blob a ´et´e modifi´e par le deuxi`eme et troisi`eme flux observ´es par Blare et ainsi le dernier flux implique une information en plus par rapport `a la premi`ere. Ces deux flux ne peuvent donc ˆetre consid´er´es comme un flux unique et sont repr´esent´es avec deux arcs. Le deuxi`eme et le troisi`eme flux impliquent les mˆemes informations sensibles et repr´esentent donc un flux d’information unique. Ils sont repr´esent´es par un unique arc. Graphe de flux syst`eme vs. graphe de d´ependance Dans [66], Samuel T. King et Peter M. Chen utilisent un graphe de d´ependance pour analyser les intrusions dans un syst`eme. Un graphe de d´ependance d´ecrit sous la forme d’un graphe les flux d’information entre les objets du syst`eme. Les nœuds sont les objets du syst`eme et un arc entre deux nœuds signifie qu’il y a eu un flux d’information entre les objets repr´esent´es par les nœuds source et destination de l’arc. Lorsqu’une intrusion a ´et´e d´etect´ee sur un objet du syst`eme, ils construisent le graphe de d´ependance et l’analysent afin d’avoir un d´ebut de diagnostic de l’intrusion. Le graphe de d´ependance est construit `a partir des flux d’information qui ont eu lieu jusqu’`a la d´etection de l’intrusion et sa construction est similaire `a celle d’un SFG. Si un SFG et un graphe de d´ependance d´ecrivent tous les deux des flux4.1. GRAPHE DE FLUX SYSTEME ` 91 d’information entre les objets du syst`eme, le SFG apporte cependant plus de pr´ecision car il est plus centr´e sur les informations que ne l’est un graphe de d´ependance. Un graphe de d´ependance prend en compte tout flux d’information s’op´erant dans le syst`eme et ne fait aucune distinction entre les informations qui se propagent. Par contre, un SFG lui ne prendra en compte que les flux d’information impliquant les donn´ees `a surveiller dans le syst`eme ce qui permet de mieux filtrer les flux d’information `a analyser lors d’une intrusion et raccourcir la dur´ee de l’analyse. Nous d´emontrons ce gain en repr´esentant la suite d’´ev`enement suivante avec un SFG et un graphe de d´ependance pour analyser une intrusion. Soient un processus server ex´ecutant une application traitant des donn´ees `a la demande d’applications clientes et f ilex un fichier dont l’acc`es est limit´e `a server et dont l’int´egrit´e doit ˆetre pr´eserv´ee. Sur le mˆeme syst`eme tournent n processus b´enins ex´ecutant diff´erents clients de server. A chaque requˆete cliente ` que server re¸coit, server se duplique et attribue le traitement de la requˆete au processus fils r´esultant de la duplication. Un autre processus attacker ex´ecute ´egalement une application cliente de server sur le syst`eme mais contrairement aux autres clients, il s’agit d’un processus malveillant dont le but de corrompre le contenu de f ilex. Pour corrompre le contenu de f ilex, il envoie une requˆete malicieuse `a server qui lors de son traitement va forcer le processus fils de server `a corrompre f ilex. Nous supposons que la d´etection ait lieu au moment de la corruption et que l’attaque soit men´ee seulement apr`es que les n processus aient chacun envoy´e au moins une requˆete au serveur. Cette derni`ere supposition permet d’avoir le pire des cas dans lors de l’analyse car tous les clients sont d’´eventuels suspects. En supposant que ces ´ev`enements se soient pass´es dans l’environnement d’analyse utilis´ee dans [66], nous construisons le graphe de d´ependance illustr´e dans la figure 4.3.a. En analysant ce graphe, le seul diagnostic que nous d´eduisons est que l’un des processus clients a pu influencer le serveur `a modifier le contenu de f ilex. Tous les processus clients sont de potentiels suspects car ils ont tous envoy´es des donn´ees au serveur avant que l’attaque ne soit d´etect´ee. Si nous supposons cette fois que les mˆeme ´ev`enements se soient produits dans un environnement (Andro)Blare et que pour chaque client un identifiant unique est associ´e aux donn´ees qu’il envoie alors nous aurions un SFG illustr´e dans la figure 4.3.b. Nous supposons que l’identifiant x est associ´e aux donn´ees provenant de l’application malveillante. En analysant le SFG, nous d´eduisons que f ilex a ´et´e contamin´e avec des donn´ees identifi´ees par x. En filtrant le SFG pour ne garder que les arcs impliquant les donn´ees identifi´ees par x, nous obtenons la partie en gras du SFG qui indique clairement que le processus attacker est `a l’origine de l’attaque.92 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` proc 1 server ... proc n attacker child 1 ... child n child filex proc 1 server {1} ... proc n {n} attacker {x} child 1 {1} ... child n {n} child {x} filex {x} (a) (b) Figure 4.3 – Graphe de d´ependance et SFG repr´esentant les flux d’information ayant pr´ec´ed´e la corruption d’un fichier f ilex 4.2 Quelques op´erations utiles sur les SFG Dans les chapitres suivants, nous effectuerons certaines op´erations sur les SFG. Nous pr´esentons dans cette section ces op´erations qui nous serviront par la suite. 4.2.1 Intersection de deux SFG : g1 [ g2 L’intersection de deux SFG est le SFG dont les arcs sont l’ensemble des arcs en commun aux deux SFG. La notion d’arcs en commun de deux SFG d´esigne le fait qu’une partie des arcs des deux SFG sont les mˆemes. Nous consid´erons qu’un arc e1 P g1 est le mˆeme qu’un arc e2 P g2 si : — les deux arcs impliquent les mˆeme informations dans le flux d´ecrit par chacun des arcs ; — leurs nœuds de d´epart respectifs repr´esentent le mˆeme conteneur d’information ; — leurs nœuds d’arriv´ee respectifs repr´esentent le mˆeme conteneur d’information. Deux nœuds repr´esentant le mˆeme conteneur d’information doivent avoir le mˆeme type et le mˆeme nom. Nous ne prenons pas en compte l’identifiant syst`eme des conteneurs d’information car ils sont sp´ecifiques `a chaque syst`eme ou `a une ex´ecution. Un processus n’existe tout au plus que le temps d’ex´ecution du syst`eme. Son identifiant est donc li´e `a cette ex´ecution. L’identifiant d’un fichier est li´e au syst`eme o`u il se trouve. Il est g´en´er´e automatiquement `a la cr´eation du fichier. Un mˆeme fichier sur deux syst`emes diff´erents a donc deux identifiants diff´erents.4.3. CONSTRUCTION D’UN GRAPHE DE FLUX SYSTEME ` 93 4.2.2 Inclusion d’un SFG dans un autre : g1 Ď g2 Soient deux SFG g1 et g2. Nous consid´erons que g1 est inclus dans g2 si tous les arcs de g1 sont des arcs en commun avec g2. 4.2.3 Nœuds et arcs d’un SFG Nous d´efinissions ´egalement les fonctions node et edges comme ´etant les fonctions retournant respectivement l’ensemble des nœuds et des arcs d’un SFG. 4.3 Construction d’un graphe de flux syst`eme Pour obtenir la repr´esentation compacte du journal de Blare, nous avons d´evelopp´e un outil qui prend en entr´ee un journal de Blare et donne en sortie la repr´esentation sous forme de SFG. L’algorithme 1 d´ecrit la transformation du journal en SFG. Nous d´efinissons la fonction to edge comme ´etant une fonction qui calcule l’arc correspondant `a une entr´ee d’un journal de Blare et utilisons l’op´eration  pour exprimer le fait que deux arcs repr´esentent le mˆeme flux d’information unique. Deux arcs repr´esentent le mˆeme flux d’information unique si leurs nœuds sources repr´esentent le mˆeme conteneur d’information ainsi que leurs nœud de destination. Durant la construction d’un SFG, nous consid´erons que deux nœuds v1 et v2 repr´esentent le mˆeme conteneur d’information si l’un des cas suivants est vrai : — v1 et v2 sont des fichiers, v1.id est ´egal `a v2.id et les fichiers correspondant sont sur la mˆeme partition ; — v1 et v2 sont des processus et v1.id est ´egal `a v2.id ; — v1 et v2 sont des sockets qui sont li´ees `a la mˆeme adresse IP. Nous utilisons l’identifiant au lieu des noms dans le cas des processus et des fichiers car les noms peuvent changer durant l’ex´ecution du syst`eme. Les identifiants identifient de mani`ere unique chaque objet et ne changent pas durant l’ex´ecution du syst`eme. Utiliser le nom aurait ainsi cr´e´e une confusion pour l’analyste car il ne pourrait plus retracer correctement la propagation des flux dans le syst`eme. Par exemple, durant l’installation d’une application, un fichier avec un nom al´eatoire est cr´e´e dans /data/dalvik-cache. Ce fichier contient la version optimis´ee du code de l’application `a installer et est renomm´e en se basant sur le nom de l’application `a la fin de l’installation. Si le conteneur est impliqu´e dans un flux d’information avant et apr`es son renommage, nous aurions un seul et mˆeme nœud pour le repr´esenter avec les identifiants alors que nous aurions deux nœuds diff´erents en utilisant les noms. Pour chaque entr´ee du journal de Blare, nous v´erifions si il existe un arc e1 correspondant au flux d´ecrit par l’entr´ee. Si c’est le cas, alors nous ajoutons le timestamp de l’entr´ee courante `a la liste des timestamps de e1. Si ce n’est pas le cas, nous ajoutons l’arc correspondant `a l’entr´ee courante au SFG. L’ajout d’un nouvel arc implique ´egalement l’ajout de ses nœuds s’ils n’existaient pas dans le SFG ; c’est-`a-dire qu’aucun des nœuds du SFG n’´etait ´egal aux nœuds94 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` source et destination du nouvel arc. La construction s’arrˆete quand il n’y a plus d’entr´ee `a traiter et l’algorithme retourne le SFG. Algorithme 1 : Construction d’un SFG `a partir des entr´ees d’un journal de Blare Input : Journal de Blare Output : SFG correspondant aux flux d´ecrits dans le journal donn´e en entr´ee begin g Ð empty SFG; forall the entry ent in Blare log do e0 Ð to edgepentq; found Ð F alse; forall the e1 P g do if e0  e1 then e1.timestamp Ð e1.timestamp Y e0.timestamp; found Ð T rue; break; if found then Add e0 to g; return g; Compacit´e du SFG Nous avons avanc´e au d´ebut de ce chapitre que le premier atout du SFG ´etait de repr´esenter de mani`ere plus compacte les flux d’information observ´es par Blare. Cette compacit´e a pour cons´equence de faciliter l’analyse des flux observ´es afin de comprendre ce qui se passe dans le syst`eme. Durant la th`ese nous avons analys´e plus d’une centaine d’application dont certaines ´etaient malicieuses et d’autres non. L’analyse de chacune d’entre elles a dur´e entre 2 `a 5 minutes selon les applications et le journal de Blare obtenu `a la fin de l’analyse contenait quelques milliers d’entr´ee, c’est-`a-dire que Blare a observ´e des milliers de flux d’information et chacun des flux observ´es par une entr´ee dans le journal. A titre ` d’exemple, l’analyse de 65 applications provenant de Google Play a produit en moyenne plus de 130000 entr´ees dans le journal de Blare alors que les SFG produits `a partir de chaque journal ont en moyenne une centaine d’arcs. La raison de ce gain en compacit´e est que certains flux sont observ´es plusieurs fois durant l’ex´ecution du syst`eme. Les ´echanges entre une application et le processus system server sont par exemple r´ep´et´es plusieurs fois car ce processus h´eberge les applications services du syst`eme fournies aux autres applications. Un autre exemple de ces flux r´ep´et´es est la lecture ou l’´ecriture de donn´ees volumineuses dans un fichier.4.4. SFG : PROFIL COMPORTEMENTAL D’UNE APPLICATION 95 4.4 Graphe de flux syst`eme : profil comportemental d’une application Un SFG repr´esente de mani`ere compacte les flux d’information observ´es par (Andro)Blare. Dans cette th`ese, nous proposons d’utiliser le SFG en tant que profil d’une application. Plus pr´ecis´ement, nous proposons d’utiliser le SFG pour d´ecrire comment une information provenant d’une application se propage dans le syst`eme entier. Afin de construire le SFG, nous analysons avec AndroBlare comment l’information provenant d’une application sous surveillance se propage dans le syst`eme. Nous installons l’application, assignons un nouvel identifiant i `a ses donn´ees, marquons son apk avec un itag ´egal `a tiu, l’ex´ecutons et analysons avec Blare comment ses donn´ees se propagent dans le syst`eme. Nous assignons un nouvel identifiant aux donn´ees de l’application afin d’identifier les flux d’information impliquant les donn´ees de l’application. L’apk contient toutes les ressources d’une application. Nous le consid´erons donc comme l’origine des donn´ees d’une application et le marquons avec l’itag tiu. A chaque fois que ` Blare observe un flux d’information impliquant une donn´ee identifi´ee par i il rajoute une entr´ee d´ecrivant le flux observ´e. En utilisant l’algorithme 1, nous construisons ensuite le SFG correspondant aux flux observ´es. Le SFG r´esultant peut ensuite ˆetre analys´e afin de comprendre les actions d’une application. Dans ce qui suit, nous proposons d’analyser un ´echantillon d’un malware Android. 4.4.1 Analyse de DroidKungFu1 avec AndroBlare DroidKungFu1 [61] est un malware Android d´ecouvert en 2011 sur les plateformes de t´el´echargement alternatives `a Google Play. Il m`ene deux types d’attaque : le vol des donn´ees li´ees au t´el´ephone (IMEI, num´ero du t´el´ephone et version du syst`eme d’exploitation) et l’ajout d’application sur le t´el´ephone. Le vol des donn´ees est une attaque basique car l’application demande `a l’installation les permissions requises pour acc´eder aux donn´ees et communiquer sur le r´eseau. Une fois install´ee, l’application collecte les donn´ees sensibles et les envoie dans une requˆete HTTP vers un serveur distant. En revanche, l’ajout d’application est plus complexe et les permissions demand´ees ne laissent en rien pr´esager l’installation d’une nouvelle application. Pour installer d’autres applications, le malware ´el`eve ses privil`eges en exploitant une vuln´erabilit´e du syst`eme Android [31] ou en utilisant le binaire su 1 . L’´echantillon que nous utilisons 2 provient de la collection Contagio [82] et a ´et´e propos´e comme un client VoIP sur des plateformes alternatives `a Google Play. La figure 4.4 est une capture d’´ecran des permissions demand´ees `a l’utilisateur par l’´echantillon. Parmi les acc`es demand´es, nous remarquons l’acc`es `a l’identit´e du t´el´ephone (ex : IMEI et num´ero de t´el´ephone) et l’acc`es au r´eseau. Nous analysons l’´echantillon avec AndroBlare comme d´ecrit en section 3.5. Nous l’installons sur un t´el´ephone, marquons son apk, l’ex´ecutons et analysons avec 1. switch user 2. Empreinte MD5 : 39d140511c18ebf7384a36113d48463d96 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` Figure 4.4 – Permissions demand´ees par un ´echantillons de DroidKungFu AndroBlare comment ses informations se propagent dans le syst`eme. Le code malveillant dans l’application est automatiquement ex´ecut´e d`es que nous lan¸cons l’application. Super User notifie que l’application a obtenu les droits root et au bout de quelques secondes, nous remarquons une nouvelle application, Google SSearch, dans le menu principal du t´el´ephone (figure 4.5). Nous arrˆetons l’analyse et cr´eons `a partir du journal de Blare le SFG de l’application. Le nombre d’entr´ees cr´e´ees dans le journal est de 3563 et `a partir de ces entr´ees nous construisons le SFG que nous analysons dans la section suivante. 4.4.2 Analyse du SFG de DroidKungFu1 La figure 4.6 illustre un extrait du SFG de l’´echantillon 39d140511c18ebf7384a36113d48463d. Le SFG entier est plus grand (106 arcs et 76 nœuds) mais la figure montre la partie la plus importante du point de vue de l’attaque (partie en gras). Le SFG a deux types de nœuds. Les ellipses repr´esentent des processus tandis que les boˆıtes repr´esentent des fichiers. Les arcs repr´esentent toujours des labels mais pour des raisons esth´etiques, nous nous sommes limit´es `a afficher le nombre de fois que les flux correspondants aux arcs ont ´et´e observ´es4.4. SFG : PROFIL COMPORTEMENTAL D’UNE APPLICATION 97 Figure 4.5 – Liste des applications dans le menu du t´el´ephone apr`es l’installation d’une nouvelle application par un ´echantillon de DroidKungFu98 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` /data/app/com.aijiaoyou.android.sipphone-1.apk system_server 1 - 98081668 ndroid.sipphone 82 - 98349271 11 - 98341815 /data/system/packages.xml 1 - 313591933 .google.ssearch 7 - 319549869 82 - 98347483 /data/data/com.aijiaoyou.android.sipphone/gjsvro 2 - 100112038 /data/data/com.aijiaoyou.android.sipphone/legacy 1 - 312461265 1 - 100158896 gjsvro 3 - 121963546 /proc/sys/kernel/hotplug 1 - 121959054 /system/bin/gjsvr 2 - 121963729 /system/app/com.google.ssearch.apk 11 - 312503997 2 - 312993777 dexopt 1 - 313427486 2 - 319553901 cat 11 - 312938978 /data/dalvik-cache/system@app@com.google.ssearch.apk@classes.dex 2 - 313429554 1 - 313573503 1 - 319567573 7 - 319548445 12 - 312503806 12 - 312938674 Figure 4.6 – Extrait du SFG d’un ´echantillon de DroidKungFu4.4. SFG : PROFIL COMPORTEMENTAL D’UNE APPLICATION 99 ainsi que le timestamp de la premi`ere observation. L’application que nous avons analys´e est le processus ndroid.sipphone. En analysant le SFG, nous pouvons d´eduire que deux applications ont ´et´e install´ees sur le t´el´ephone. Lorsque l’´echantillon s’ex´ecute, il cr´ee deux fichiers /data/data/com.aijaoyou.sipphone/gjsvro et /data/data/com.aijaoyou.sipphone/legacy. A par- ` tir du contenu de ces fichiers, deux processus, gjsvro et cat, cr´eent deux nouveaux fichiers dans la partition system : /system/bin/gjsvro et /system/app/com.google.search.apk. Cela indique l’installation d’une application native, gjsvro, et d’une application Android, com.google.search.apk. Ces deux fichiers n’existent pas par d´efaut sous Android, ce qui laisse supposer qu’ils ont ´et´e cr´e´es par l’´echatillon du malware que nous analysons. Les flux qui suivent renforcent cette hypoth`ese car le contenu du fichier apk se propage vers le processus system server qui lui le propage dans le fichier packages.xml. Le processus system server ex´ecute divers services du syst`eme dont celui en charge de l’installation des nouvelles applications, Package Manager. Package Manager observe la cr´eation de nouveaux fichiers dans le r´epertoire /system/app qui stocke les applications syst`eme. Si un fichier est cr´e´e dans ce r´epertoire, il lance l’installation du fichier. Le fichier packages.xml contient la liste des applications install´ees sur le t´el´ephone. De plus, le contenu du fichier apk est ´egalement lu par le processus dexopt qui est en charge d’extraire la version optimis´ee du code d’une application `a partir de son apk. Un nouveau processus, google.search acc`ede ensuite `a cette version optimis´ee ainsi qu’`a l’apk cr´e´e par le malware ce qui indique l’ex´ecution d’une nouvelle application. Pour confirmer l’installation, nous analysons le fichier packages.xml. En calculant la diff´erence de son contenu avant et apr`es l’analyse de l’´echantillon, nous remarquons une entr´ee d´ecrivant une nouvelle application com.google.ssearch (listing 4.1). L’entr´ee indique que le code de l’application correspond au fichier com.google.ssearch.apk dans la partition system. Elle indique aussi l’UID associ´e `a l’application : 10059. A l’installation d’une application, le syst`eme lui ` associe un nouvel UID dont la valeur est le dernier UID associ´e `a une application incr´ement´e de 1. L’UID associ´e `a l’´echantillon que nous avons analys´e est 10058. Cela signifie donc que l’application com.google.ssearch a ´et´e install´ee apr`es l’´echantillon que nous avons analys´e. 481 484 485 486 487 488 Listing 4.1 – Entr´ee dans le fichier packages.xml ajout´ee suite `a l’installation d’une nouvelle application par un ´echantillon de DroidKungFu100 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` Avant de cr´eer les fichiers dans la partition system, le processus gjsvro ´ecrit dans un fichier hotplug. Ce fichier est une entr´ee du procfs, un syst`eme de fichier servant d’interface pour acc´eder `a des informations sur les processus et d’autres ´el´ements du syst`eme tels que le noyau. Si l’´ecriture de donn´ee dans le fichier hotplug ne signifie pas forc´ement une attaque, elle est cependant inhabituelle et correspond `a l’exploitation de la vuln´erabilit´e pour obtenir les droits root sur le syst`eme [31]. Un SFG est un multigraphe orient´e qui repr´esente de mani`ere compacte les flux d’information observ´es par AndroBlare. Comme nous l’avons montr´e `a la fin de la section 4.3, une centaine de milliers d’entr´ee dans le journal d’AndroBlare se r´eduit en un graphe avec un moyenne une centaine d’arcs. Grˆace `a sa compacit´e, cette structure facilite l’analyse des flux observ´es dans le syst`eme afin de comprendre le comportement d’une application. Dans le cas d’analyse de malware, cette fonctionnalit´e s’av`ere int´eressant pour ´etablir un d´ebut de diagnostic d’une attaque. Pour illustrer cela, nous avons analys´e avec AndroBlare un ´echantillon du malware DroidKungFu1 et construit le SFG correspondant aux flux observ´es durant l’analyse. Nous avons d´eduit `a partir du SFG que l’´echantillon analys´e installait deux applications dans le syst`eme : une native et une sous forme d’apk. Ces deux applications sont install´ees dans la partition system, ce qui rend leur pr´esence persistante sur le t´el´ephone. Un utilisateur normal ne peut d´esinstaller une application dans la partition system sans les droits root or ils ne sont pas disponibles par d´efaut sur les t´el´ephones. Le SFG a ´egalement mis en ´evidence l’exploitation de la vuln´erabilit´e pour avoir les droits root (´ecriture de donn´ees sensibles dans le fichier hotplug). Revenons sur le travail effectu´e dans [16] et pr´esent´e en section 3.2. Le but de ce travail ´etait de d´efinir manuellement une politique de flux d’information pour le syst`eme Android. Sa r´ealisation a cependant mis en ´evidence la difficult´e d’une telle approche. L’un des pr´e-requis `a cette d´emarche est une connaissance approfondie du syst`eme. Or ce n’est pas souvent le cas pour les d´eveloppeurs d’application et d´efinir une politique de flux pour des applications cens´ees tourner dans un environnement AndroBlare pourrait s’av`erer difficile. Avec T. Saliou, nous avons ainsi propos´e dans [20] une approche semi-automatique pour assister un d´eveloppeur dans la cr´eation de la politique d’une application. 4.5 Cr´eation d’une politique de flux d’information `a partir d’un System Flow Graph La difficult´e dans la d´efinition d’une politique est de connaˆıtre tous les conteneurs l´egaux des informations `a surveiller. Lors de la d´efinition de la politique d’une application, il s’agit donc d’identifier tous les conteneurs pouvant acc´eder ou stocker les donn´ees de cette application. Pour les identifier, nous proposons4.5. POLITIQUE DE FLUX D’INFORMATION A PARTIR D’UN SFG ` 101 d’analyser les applications pour construire leur profil sous forme de SFG. A par- ` tir du SFG, nous d´eduisons ensuite les conteneurs l´egaux des donn´ees surveill´ees car le SFG d´ecrit o`u les informations surveill´ees se propagent dans le syst`eme. La construction de la politique se fait en deux ´etapes. Dans un premier temps, le d´eveloppeur analyse son application dans un environnement AndroBlare et construit le profil de son application comme d´ecrit en section 4.4. Le but de cette ´etape est d’obtenir dans le SFG tous les flux d’information possibles que l’application peut causer. Le d´eveloppeur ´etant celui qui connaˆıt le mieux son application, il est le mieux plac´e pour stimuler son application et couvrir ainsi toutes les fonctionnalit´es offertes par l’application. Une fois le SFG obtenu, nous calculons la politique de flux de l’application. L’algorithme 2 d´ecrit le processus de calcul. Les fonctions cont, ptag, xptag, inedges et bin retournent respectivement le conteneur d’information associ´e `a un nœud, le ptag d’un conteneur, son xptag, les arcs entrants d’un nœud et le fichier contenant l’application ex´ecut´ee par un processus. Pour chaque nœud du SFG, nous consid´erons que le conteneur d’information qu’il repr´esente est un conteneur l´egal de toutes les information sensibles impliqu´ees dans les arcs entrants du nœud. Nous consid´erons que toutes ces informations peuvent se m´elanger dans le conteneur. Par exemple, si deux arcs e0 et e1 sont les arcs entrants d’un nœud n alors nous consid´erons que le conteneur repr´esent´e par n est un conteneur l´egal des informations impliqu´ees dans les flux d´ecrits par les deux arcs. Algorithme 2 : Calcul d’une politique de flux d’information Blare `a partir d’un SFG Input : Un SFG G Output : Une politique de flux d’information begin ptag (socket) Ð H; foreach n P nodes (G) do ids Ð H ; foreach e P inedges (n) do ids Ð ids Y e.flow ; switch type (n) do case file ptag (cont (n)) Ð tidsu; break; case process xptag (bin (cont (n))) Ð tidsu; break; case socket ptag (socket) Ð ptag (socket) Y tidsu; break;102 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` En utilisant cette approche, nous avons construit la politique de trois applications issues de Google Play : Angry Birds, Finger Scanner et Knife Game. La politique produite est ´ecrite en BSPL [57] et le listing 4.2 est un extrait de l’une des politiques BSPL produites. Ecrire la politique en BSPL permet de ´ la composer avec d’autres politiques, notamment celle du syst`eme sur lequel l’application est install´ee. La politique liste les conteneurs d’information pris en compte par la politique, les donn´ees sensibles `a surveiller et pour chaque donn´ee sensible la liste des conteneurs l´egaux ainsi que les informations avec lesquelles elles peuvent se m´elanger dans le conteneur. Evaluation des politiques produites ´ Nous avons men´e deux types d’exp´erience afin d’´evaluer les politiques de flux produites `a partir de notre approche. La premi`ere exp´erience consiste `a valider la prise en compte des flux que l’application engendre durant son ex´ecution par sa politique de flux. Nous nous assurons qu’aucune alerte n’est lev´ee par AndroBlare lorsque nous ex´ecutons l’application et appliquons sa politique. La deuxi`eme exp´erience consiste `a valider la capacit´e de d´etection de la politique en cas d’intrusion dans le syst`eme. Plus pr´ecis´ement, nous v´erifions que la politique de s´ecurit´e permet la d´etection des d´eviations par rapport au comportement d’origine de l’application. Nous consid´erons ici le cas des applications malveillantes qui sont `a l’origine des applications b´enignes mais auxquelles du code malveillant a ´et´e rajout´e. Ce mode d’infection est le plus utilis´ee par les auteurs de malware selon l’analyse dans [113]. Dans les deux types d’exp´eriences, nous appliquons la proc´edure suivante. Nous installons l’application, appliquons sa politique et l’utilisons comme un utilisateur normal l’utiliserait. En parall`ele, nous v´erifions avec AndroBlare si les flux caus´es par l’application violent la politique de flux du mise en œuvre. Lors de la premi`ere exp´erience, nous utilisons la version de l’application ayant servi lors de la cr´eation de la politique et v´erifions qu’aucune alerte n’est lev´ee lors de l’utilisation de l’application. Si aucune alerte n’est lev´ee, cela signifie que la politique couvre tous les flux que l’application cause durant son ex´ecution. Lors de la deuxi`eme exp´erience nous utilisons des versions infect´ees des applications utilis´ees dans l’exp´erience pr´ec´edente. Ces versions infect´ees sont des r´eels ´echantillons de malware provenant de la collection Contagio [82]. Les versions infect´ees d’Andry Birds, Finger Scanner et Knife Game sont respectivement des ´echantillons d’une variante de LeNa [104], DroidKungFu1 [61] et Bad News [91]. Chacun de ces malwares essaient d’installer des applications sur le t´el´ephone soit en usant des privil`eges demand´ees `a l’installation soit en exploitant des vuln´erabilit´es dans le syst`eme. Le but de la deuxi`eme exp´erience est donc de d´etecter ces comportements. Le tableau 4.1 liste le nombre d’alertes lev´ees lors de l’´evaluation des politiques des trois applications. Lors de la premi`ere exp´erience, AndroBlare n’a l´ev´e aucune alerte pour les 3 applications. Les politiques respectives des trois applications couvrent donc tous les flux qu’elles engendrent durant son ex´ecution. Lors de la deuxi`eme exp´erience, AndroBlare a lev´e des alertes pour chacune4.5. POLITIQUE DE FLUX D’INFORMATION A PARTIR D’UN SFG ` 103 des versions infect´ees des applications utilis´ees durant la premi`ere exp´erience. Les alertes lev´ees ´etant nombreuses, nous ne les mettrons pas dans le pr´esent document mais la figure 4.7 est un extrait de ces alertes. Elle liste les alertes lev´ees par AndroBlare lors de l’analyse de la version infect´ee de Finger Scanner. La version infect´ee d’Angry Birds est un ´echantillon de LeNa. Les analyses sur LeNa indiquent que le malware exploitent une vuln´erabilit´e du syst`eme afin d’obtenir les privil`eges root puis installer une nouvelle application. Lors de l’analyse de l’´echantillon, AndroBlare a lev´e des alertes indiquant l’acc`es en lecture et ´ecriture `a des fichiers dans le r´epertoire de l’application par d’autres applications : logo et logcat. Logo est une application binaire incluse par l’auteur du malware dans l’application. Logcat est une application qui permet de lire le contenu du journal du syst`eme. Ces deux applications lisent et ´ecrivent dans les fichiers logo, crashlog, flag, exec et .e1240987052d situ´es dans le r´epertoire de l’application analys´ee. Si ces acc`es n’indiquent pas forc´ement une intrusion dans le syst`eme, elles correspondent cependant `a la premi`ere ´etape de l’attaque men´ee par le malware, l’exploitation de la vuln´erabilit´e sur le syst`eme. L’analyse effectu´ee dans [95] indique que l’application installe ou remplace les binaires situ´ees dans /system/bin. AndroBlare n’a lev´e aucune alerte indiquant de tels comportements. Pour s’assurer qu’il ne s’agit pas de faux n´egatif, nous avons list´e le contenu du r´epertoire et v´erifi´e si de nouveaux binaires ont ´et´e cr´e´es ou si le contenu des fichiers pr´esents ont ´et´e chang´e pendant l’analyse de l’application. Notre analyse a montr´e qu’aucun fichier n’a ´et´e cr´e´e ni modifi´e. La version infect´ee de Finger Scanner est un ´echantillon de DroidKungFu 1. Tout comme LeNa, DroidKungFu1 exploite une vuln´erabilit´e dans le syst`eme Android afin d’´elever ses privil`eges et installer deux applications sur le t´el´ephone : une native et une application Android. Lors de l’analyse de l’´echantillon de DroidKungFu 1, AndroBlare a lev´e des alertes indiquant l’´ecriture de donn´ees sensibles dans une entr´ee de procfs 3 , deux fichiers dans la partition system et la propagation des donn´ees sensibles vers le fichier contenant la liste des applications du t´el´ephone, l’application en charge d’une partie de l’installation des nouvelles applications sur le t´el´ephone et un nouveau processus dont le nom est une partie du nom d’un des nouveaux fichiers cr´e´es dans la partition system. Ces alertes sont list´ees dans la figure 4.7. Ces alertes correspondent `a l’exploitation de la vuln´erabilit´e par DroidKungFu 1 ainsi que l’ajoute de nouvelles applications dans le syst`eme. La premi`ere alerte correspond `a l’exploitation de la vuln´erabilit´e par le malware. Les alertes qui restent d´ecrivent l’ajout des deux nouvelles applications system ainsi que l’ex´ecution de l’une d’entre elles (com.google.ssearch.apk). La version infect´ee de Savage Knife Game est un ´echantillon de BadNews. BadNews est un malware dont le comportement est dict´e par un serveur de commande. En analysant le code de l’´echantillon avec Androguard [97], nous avons d´ecouvert que le malware peut recevoir X types de commande : installer une application, afficher une notification `a l’utilisateur, changer l’adresse des serveurs de commande, t´el´echarger des fichiers et ajouter des raccourcis 3. Syst`eme de fichier servant d’interface `a des donn´ees du syst`eme, y compris le noyau104 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` [POLICY_VIOLATION] process gjsvro:gjsvro 984 > file /proc/sys/kernel/ hotplug 4827 > itag[-3] [POLICY_VIOLATION] process gjsvro:gjsvro 984 > file /system/bin/gjsvr 16738 > itag[-3 3] [POLICY_VIOLATION] process gjsvro:gjsvro 984 > file /system/app/ com.google.ssearch.apk 8330 > itag[-3 3] [POLICY_VIOLATION] process cat:cat 990 > file /system/app/com.google. ssearch.apk 8330 > itag[3] [POLICY_VIOLATION] process gjsvro:gjsvro 984 > socket (127.0.0.1) 0 > itag[-3 3] [POLICY_VIOLATION] file /system/app/com.google.ssearch.apk 8330 > process dexopt:dexopt 991 > itag[3] [POLICY_VIOLATION] process dexopt:dexopt 991 > file /data/dalvik-cache/ system@app@com.google.ssearch.apk@classes.dex 24632 > itag[3] [POLICY_VIOLATION] file /data/dalvik-cache/system@app@com.google.ssearch.apk @classes.dex 24632 > process dexopt:dexopt 991 > itag[3] [POLICY_VIOLATION] process droid.gallery3d:droid.gallery3d 995 > file /data/data/ com.android.gallery3d/shared\_prefs/com.android .gallery3d\_preferences.xml 57603 > itag[3] [POLICY_VIOLATION] file /system/app/com.google.ssearch.apk 8330 > process .google.ssearch:.google.ssearch 1059 > itag[3] [POLICY_VIOLATION] file /data/dalvik-cache/system@app@com.google.ssearch.apk @classes.dex 24632 > process .google.ssearch:.google.ssearch 1059 > itag[3] Figure 4.7 – Extrait des alertes lev´ees par l’´echantillon de DroidKungFu1 lors de l’´evaluation de la politique de Finger Scaner Version originale Version infect´ee Angry Birds 0 15 Finger scanner 0 11 Knife game 0 209 Table 4.1 – Nombre d’alertes lev´ees par Blare lors de l’ex´ecution des versions originales et infect´ees de trois applications en appliquant une politique BSPL soit vers des pages web soit vers des fichiers sur le t´el´ephone. Lors de l’analyse de l’´echantillon, AndroBlare a lev´e 209 alertes. Une partie d’entre elles correspondent au t´el´echargement de deux applications, leur installation et leur ex´ecution sur le t´el´ephone. L’une des applications est pr´esent´ee comme ´etant Adobe Flash mais est en r´ealit´e un jeu et l’autre application est une version infect´ee du jeu Doodle Jump. L’autre partie des alertes d´ecrivent l’´echange de donn´ees sensibles du navigateur avec d’autres objets du syst`eme. Ces alertes sont dues au fait que l’´echantillon analys´e utilise le navigateur pour initier le t´el´echargement des applications. Pour cela, il ´emet un intent pour ouvrir les adresses web pointant vers les applications `a t´el´echarger. A partir ce moment, le ` navigateur se trouve ainsi marqu´e comme contenant une donn´ee sensible et tout ´echange qu’il aura avec les autres ´el´ements du syst`eme est vu par AndroBlare comme impliquant une donn´ee sensible.4.5. POLITIQUE DE FLUX D’INFORMATION A PARTIR D’UN SFG ` 105 1 2 3 4 5 12 13 16 19 22 25 26 ... 27 ... 28 29 30 31 32 40 41 43 44 ... 45 ... 46 47 48 49 Listing 4.2 – Extrait de la politique BSPL de l’application Finger Scanner106 CHAPITRE 4. GRAPHES DE FLUX SYSTEME ` R´esum´e Nous avons pr´esent´e dans ce chapitre une structure de donn´ees, SFG, repr´esentant sous la forme de multigraphe orient´e les flux d’information qu’AndroBlare d´etecte durant l’ex´ecution du syst`eme. Cette structure est le deuxi`eme apport de la th`ese et la deuxi`eme ´etape vers l’accomplissement de notre objectif principal qui est de classifier et d´etecter les malware Android. Dans l’exemple propos´e en section 4.4, nous avons obtenu un SFG contenant moins de 100 arcs `a partir de plus de 3000 flux observ´es. Grˆace `a sa compacit´e, le SFG permet de comprendre rapidement les ´ev`enements qui se passent dans le syst`eme. L’analyse du graphe obtenu `a partir des flux engendr´es par un ´echantillon de DroidKungFu 1 nous a ainsi permis d’identifier l’installation de deux applications par le malware. En plus d’utiliser cette structure comme profil d’une application, nous avons ´egalement montr´e qu’il ´etait possible de s’en servir pour cr´eer la politique Blare d’une application. Nous avons test´e cette approche sur trois applications populaires de Google Play et montr´e que les politiques produites capturaient bien les flux caus´ees par les applications durant leur ex´ecution et permettaient de d´etecter les d´eviations de comportement dues `a tout code malveillant introduit dans les applications. Le contenu de ce chapitre a fait l’objet de deux publications. La premi`ere a ´et´e publi´ee `a WISG13 [18] et pr´esente la structure SFG ainsi que la mani`ere dont elle peut ˆetre utilis´ee pour comprendre le comportement d’une application. La deuxi`eme publication a ´et´e publi´ee `a IAS13 [20] et ´etendue dans un article du journal [19]. Elle pr´esente la m´ethode de cr´eation de politique BSPL `a partir d’un SFG ainsi que son ´evaluation.Chapitre 5 Caract´erisation et d´etection de malware Android Nous avons pr´esent´e dans le chapitre pr´ec´edent une structure de donn´ee qui d´ecrit de mani`ere compacte comment les informations surveill´ees par AndroBlare se propagent dans le syst`eme et propos´e d’utiliser cette structure pour d´ecrire comment une application propage ses donn´ees dans le syst`eme. En analysant le graphe d’un ´echantillon de DroidKungFu 1, nous avons montr´e qu’une partie du graphe correspondait `a l’attaque effectu´ee par le malware. Selon l’analyse effectu´ee dans [113], plus de 86% des ´echantillons de malware Android sont des applications existantes auxquelles du code malveillant a ´et´e ajout´e. Cela signifie donc que les ´echantillons d’un mˆeme malware ont un comportement partiellement commun dˆu au code malveillant qui leur a ´et´e inject´e. Un ´echantillon d’un malware est une application consid´er´ee comme ´etant une ´echantillon de ce malware. Une partie des flux qu’ils causent devraient ainsi ˆetre les mˆemes. En supposant que l’attaque observ´ee dans le graphe de l’´echantillon de DroidKungFu 1 soit dˆu `a un code qui a ´et´e inject´e dans l’application d’origine et d’autres applications, peut-on ainsi retrouver ce sous-graphe dans le graphe des autres ´echantillons ? Nous avons g´en´eralis´e ce probl`eme et r´epondons dans ce chapitre aux deux questions suivantes. 1. Existe-t-il des sous-graphes communs aux SFG des applications malveillantes telles que cette partie commune corresponde au comportement introduit par le code malveillant dans ces applications ? 2. Si un tel sous graphe existe, permet-il de d´etecter d’autres ´echantillons du malware ? Afin de r´epondre `a ces questions, nous pr´esentons et ´evaluons dans ce chapitre une m´ethode pour calculer ce sous-graphe en commun et une m´ethode de d´etection utilisant les flux d’information et les sous-graphes en commun pour d´etecter l’ex´ecution d’´echantillon de malware. 107108 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ 5.1 Caract´erisation de malware Android : classi- fication d’applications malveillantes Android Nous proposons de caract´eriser un malware avec le(s) sous-graphe(s) en commun aux SFG de ses ´echantillons qui d´ecrit son comportement malveillant. Afin d’extraire cette partie commune, nous calculons les arcs en commun aux SFG des ´echantillons de malware comme d´ecrit par l’algorithme 3. Le calcul effectu´e peut ˆetre vu comme un processus de classification non supervis´ee o`u nous cherchons `a regrouper les SFG, implicitement les applications correspondantes, ayant des parties communes et parall`element `a calculer un profil pour chaque classe qui caract´erise ses ´el´ements. Id´ealement, les ´echantillons d’un mˆeme malware seraient regroup´ees au sein d’une mˆeme classe et donc caract´eris´es par un seul profil. Contrairement aux autres approches effectuant des classifications non supervis´ees sur les ´echantillons de malware ou des applications en g´en´eral [67, 89, 90, 22], nous n’utilisons aucune notion de distance entre chaque ´el´ement pour d´eterminer s’ils devraient faire partie d’une mˆeme classe. A la ` place, nous consid´erons que deux ´el´ements, ici des SFG, font partie d’une mˆeme classe s’ils ont une partie commune non nulle. Une classification consiste `a apprendre `a partir d’un jeu de donn´ees un mod`ele d´efinissant comment ces donn´ees sont ou peuvent ˆetre regroup´ees. Ici nous souhaitons calculer des classes de SFG et les profils caract´erisants les ´el´ements de chaque classe. Ce jeu de donn´ees est repr´esent´e par la premi`ere liste donn´ee en param`etre de l’algorithme 3. Une deuxi`eme liste est donn´ee en param`etre mais elle sert uniquement `a filtrer les arcs qui pourraient faire partie des profils que nous calculons. Ce filtrage est effectu´e par la fonction clean au d´ebut de la classification. Nous donnerons plus de d´etail sur cet aspect plus tard. Initialement, la classification associe une classe diff´erente `a chacun des SFG des applications. Le r´esultat renvoy´e par l’algorithme, c’est-`a-dire la classifi- cation finale, est obtenue en calculant un point fixe sur l’´evolution de cette classification. Le calcul du point fixe est repr´esent´e par la boucle while tandis que la mise `a jour de la classification est op´er´ee par la fonction one-step-classification (algorithme 4). Cette fonction prend en entr´ee une liste de classe en param`etre et fusionne les paires de classes dont les profils ont une partie commune. En supposant ainsi qu’il y ait n classes dans la classification donn´ee en param`etre, elle v´erifie pour toute combinaison de deux classes si leurs profils respectifs ont une partie commune non nulle. Cela se traduit par C 2 n calculs d’intersection de deux SFG. Si c’est le cas, elle fusionne les deux classes et associe comme profil `a la classe r´esultante cette partie commune non nulle. Aux ´el´ements des deux classes ayant ´et´e fusionn´ees s’ajoutent les ´el´ements des autres classes dont le profil contient l’intersection des profils des deux classes fusionn´ees. Si une classe n’a ´et´e fusionn´ee avec aucune autre classe, elle est ajout´ee telle quelle dans la nouvelle classification.5.1. CARACTERISATION DE MALWARE ANDROID ´ 109 Algorithme 3 : Calcul des parties communes de SFG d’application caract´erisant son comportement malveillant et regroupement de ces SFG Input : [g0,. . . ,gn] une liste de SFG white une liste blanche de SFG Output : [(s0,[g01 ,. . . ,g0i ]),. . . ,(sm,[gm1 ,. . . ,gmk ])] une liste de couple associant les sous-graphes communs aux graphes les contenant begin assoc Ð H; new assoc Ð [(clean (g0, white),[g0]),. . . ,(clean (gn, white),[gn])]; while passoc ‰ new assocq do assoc Ð new assoc; new assoc Ð one-step-classificationpassocq; return assoc; Algorithme 4 : One-step-classification function Input : assoc une liste de SFG Output : une liste d’association de SFG begin new assoc Ð rs ; tmp Ð H; forall the g1 P keyspassocq do forall the g2 P keyspassocqztg1u do if pg1, g2q P tmp or pg2, g1q P tmp then continue; tmp Ð tmp Ytpg1, g2qu; s Ð g1 [ g2 ; if s ­“ H then v Ð valuepassoc, g1q ` valuepassoc, g2q ; forall the g P keyspassocqztg1, g2u do if s Ď g then v Ð v + value (assoc, g) new assoc Ð addpnew assoc,ps, vqq; return new assoc;110 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ Pr´e-traitement des ´el´ements `a classifier : filtrage des arcs des SFG Nous avons mentionn´e pr´ec´edemment que la deuxi`eme liste donn´ee en entr´ee de l’algorithme 3 ´etait utilis´ee par la fonction clean pour filtrer les arcs pouvant faire partie des profils que nous calculons. Filtrer les arcs pouvant faire partie des profils est une n´ecessit´e car une partie des SFG des applications Android est la mˆeme que ces applications soient b´enignes ou non. Nous filtrons ainsi les arcs `a prendre en compte dans les profils afin de ne pas calculer des profils g´en´eriques d´ecrivant toute application Android au lieu de profils de malwrare d´ecrivant leur comportement malveillant. Cette partie commune entre les SFG des applications Android est due `a la mani`ere dont les applications sont ´ecrites et `a la mani`ere dont l’environnement Android fonctionne. En effet, les composants des applications Android sont des composants qui ´etendent des classes pr´ed´efinies dans Android, `a savoir Activity, BroadcastReceiver, Service et ContentProvider. Les composants h´eritent ainsi des fonctionnalit´es de ces classes. Ainsi, ils ont tous par exemple la mˆeme r´ef´erence au ContextManager, classe servant `a demander les r´ef´erences des diff´erents services du syst`eme. Cette classe effectue la requˆete au processus servicemanager par d´efaut. De plus, l’interaction avec le reste du syst`eme se fait souvent avec des fonctions fournies par l’API Android ce qui peut causer des flux similaires aux applications. Pour cr´eer ou acc´eder aux pr´ef´erences de l’application, les applications utilisent souvent la fonction getSharedPreferences par exemple. L’usage des pr´ef´erences est conseill´e dans divers cas tels que la sauvegarde des donn´ees lorsqu’une applications est mise en pause par le syst`eme. Le fichier stockant les pr´ef´erences est localis´e dans le r´epertoire local de l’application par d´efaut et son acc`es via l’API d’Android est ainsi le mˆeme pour toutes les applications. A cause de ce caract`ere commun, des comportements communs sont par- ` tag´es entre les applications qu’elles soient b´enignes ou non. Ce qui implique qu’une partie des flux d’information qu’elles causent sont les mˆemes. En calculant simplement le sous-graphe commun aux graphes des ´echantillons de malware sans effectuer de filtrage, nous risquerions d’obtenir un graphe en commun caract´erisant n’importe quelle application Android et tout comportement malveillant sera ainsi absent de ce graphe. Pour palier `a ce probl`eme, il est ainsi n´ecessaire de filtrer les ´el´ements `a prendre en compte dans les sous-graphes en commun que nous calculons. Dans les exp´eriences men´ees en section 5.2, nous filtrons les arcs `a prendre en compte dans les profils de malware. Nous ignorons les arcs qui d´ecrivent un flux impliquant les processus system server, celui ex´ecutant l’application de galerie d’images et les fichiers dans /acct/uid 1 . A` ces flux s’ajoutent ceux d´ecrits par les ´el´ements de la deuxi`eme liste donn´ee en entr´ee de l’algorithme 3. Les ´el´ements de cette liste sont des SFG d’applications b´enignes que nous consid´erons comme repr´esentant les comportements communs que nous ne souhaitons pas ˆetre pris en compte durant le calcul des 1. Voir les pages manuel de acct sous Linux5.2. EVALUATION DE LA M ´ ETHODE DE CLASSIFICATION ´ 111 profils. Nous calculons dans la section 5.3 le r´esultat obtenu quand aucun filtrage n’est appliqu´e et montrons que les classes produites ainsi que les profils calcul´es sont trop g´en´eriques pour refl´eter un quelconque malware. Dans la section 5.3, nous montrons l’utilit´e de ce filtrage en r´ep´etant la classification effectu´ee en section 5.2. 5.2 Evaluation de la m´ethode de classification ´ 5.2.1 Jeu de donn´ee Afin d’´evaluer notre algorithme de calcul de sous-graphe, nous proposons de l’appliquer sur 19 ´echantillons de malware : 5 ´echantillons de BadNews [91], 7 de DroidKungFu1 [61], 3 de DroidKungFu2 [60] et 5 de jSMSHider [96]. En plus de ces 19 ´echantillons, nous utilisons ´egalement 7 applications provenant de Google Play dont les SFG constitueront la liste blanche. Ces applications sont compos´es de quatre jeux (Angry birds, Little Dentist, Finger Scanner et Crazy Jump), un navigateur web (Firefox), deux utilitaires (Android Term et Busybox Free) et une application de fond d’´ecran (Ironman 3 live). BadNews est un malware qui infecte les syst`emes Android sous la forme d’applications l´egitimes. En analysant manuellement les 5 ´echantillons avec Androguard, nous avons d´etermin´e que BadNews est un malware dont le comportement est dict´e par un serveur de commande et contrˆole (C&C). A l’ex´ecution ` du code malveillant, il contacte le serveur afin d’obtenir la prochaine commande `a ex´ecuter. D’apr`es l’analyse effectu´ee, il comprend plusieurs commandes : t´el´echarger et installer une application, afficher des informations sous forme de notification (page web `a visiter, mise `a jour d’une application etc), installer de nouveaux icˆones qui m`enent vers une page web ou une application Android qui aurait ´et´e pr´ealablement t´el´echarg´ee et changer l’adresse du serveur C&C. Durant les p´eriodes d’exp´erimentation que nous avons men´ees, le serveur ´etait toujours actif et envoyait les mˆemes commandes `a chaque fois : t´el´echarger deux applications et afficher des notifications de mises `a jour `a l’utilisateur qui une fois cliqu´ees causent l’installation des applications. Les deux applications sont une version infect´ee de Doodle Jump et un jeu en Russe qui est pr´esent´e comme ´etant une version d’Adobe Flash pour Android. DroidKungFu1 est un malware d´ecouvert en 2011 qui installe furtivement des applications sur le t´el´ephone en exploitant des vuln´erabilit´es du syst`eme ou grˆace `a la commande su. Les applications sont install´ees sur la partition system afin de rendre permanente leur pr´esence sur le t´el´ephone. Cette partition est par d´efaut mont´ee en lecture seule et par d´efaut un utilisateur ne peut en changer le contenu. Un acc`es root est n´ecessaire pour cela. DroidKungFu2 a un comportement similaire `a DroidKungFu1. Il exploite ´egalement une vuln´erabilit´e du syst`eme pour ´elever ses privil`eges et installer des applications sur le t´el´ephone. jSMSHider est un malware qui installe ´egalement d’autres applications sur le t´el´ephone de mani`ere furtive. Contrairement aux deux malwares pr´ec´edents,112 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ il n’exploite aucune vuln´erabilit´e dans le syst`eme pour installer les applications. A la place, son d´eveloppeur a sign´e les ´echantillons du malware avec la cl´e ayant ` servie `a signer les applications syst`eme dans les images non officielles d’Android. Ces images sont cr´e´ees par des d´eveloppeurs de la communaut´e Android qui d´eveloppent des versions personnalis´ees du syst`eme. L’un des plus connus est Cyanogen Mod. Cette cl´e est celle qui est pr´esente dans les d´epˆots du code source d’Android et est ainsi accessible `a tous. Elle n’est cependant utilis´ee pour signer les applications dans les ROM officielles. En signant les ´echantillons avec cette cl´e, les ´echantillons obtiennent ainsi des droits r´eserv´es aux applications syst`eme telles que l’installation d’une application sur le t´el´ephone. 5.2.2 Exp´erimentation et r´esultat Analyse des applications Afin d’obtenir les SFG des ´echantillons, il faut dans un premier temps les analyser pour observer comment leurs donn´ees se propagent dans le syst`eme. Nous avons utilis´e l’environnement d’analyse d´ecrit en section 3.5 : un t´el´ephone Android faisant tourner la version 4.0 d’Android Ice Cream Sandwich auquel a ´et´e ajout´e l’environnement AndroBlare, c’est-`a-dire le noyau modifi´e ainsi que les applications en espace utilisateur. Pour chaque application, nous r´ep´etons le processus suivant. Nous l’installons sur le t´el´ephone, associons un identifiant unique `a ses donn´ees en marquant son apk avec cet identifiant et l’ex´ecutons. Nous utilisons chaque application comme un utilisateur lambda le ferait selon les fonctionnalit´es propos´ees par l’application. En addition `a cela, nous introduisons des ´ev`enements dans le syst`eme qui sont les ´el´ements d´eclencheurs des codes malveillants pr´esents dans les ´echantillons ´etudi´es. Ces ´ev`enements ont ´et´e d´ecouverts en analysant le code de quelques ´echantillons de ces malwares. Nous pr´esentons dans ce qui suit ces ´ev`enements d´eclencheurs mais invitons le lecteur `a lire l’annexe A pour l’analyse d´etaill´ee ayant men´e `a leur d´ecouverte. Afin d’´eviter ou de retarder toute d´etection, les d´eveloppeurs de malware ajoutent parfois des conditions `a l’ex´ecution de leur code. Le code malveillant dans BadNews ne s’ex´ecute par exemple que lorsque le composant MainService ne re¸coit un intent lui signifiant de s’ex´ecuter. Pour ´eviter que le composant ne soit lanc´e `a la r´eception de n’importe quel intent, le d´eveloppeur de BadNews ajoute une v´erification suppl´ementaire lors de la r´eception du message. Il v´erifie que l’intent re¸cu contienne un param`etre update et que la valeur associ´ee `a ce param`etre vaut true. Nous envoyons ainsi manuellement un intent avec un param`etre update dont la valeur associ´ee vaut true `a ce composant afin que le code malveillant s’ex´ecute et que nous puissions observer les flux d’information qu’il cause. Nous effectuons l’envoi grˆa ce `a la commande am, accessible `a partir du shell d’Android comme le montre la commande ci-dessous. $ am startservice APP_NAME/PACKAGE_NAME.AdvService \ --ez update 15.2. EVALUATION DE LA M ´ ETHODE DE CLASSIFICATION ´ 113 Dans le cas de DroidKungFu1 et DroidKungFu2, certains ´echantillons ont une dur´ee minimale d’attente avant d’ex´ecuter le code malveillant. Cette dur´ee est obtenue en soustrayant l’heure du syst`eme avec une date stock´ee dans un fichier sstimestamp.xml dans le r´epertoire local de l’application. Le listing 5.1 est le contenu du fichier avant toute modification pour un des ´echantillons de DroidKungFu1. En rempla¸cant la valeur stock´ee dans ce fichier par une valeur assez petite, par exemple 1, nous for¸cons l’ex´ecution du code malveillant. Nous changeons ici le contenu du fichier sstimestamp.xml lors de l’analyse des ´echantillons de DroidKungFu1 et DroidKungFu2 afin de s’assurer que le code malveillant soit ex´ecut´e. 1 2 Listing 5.1 – Contenu du fichier sstimestamp.xml d’un ´echantillon de DroidKungFu1 Quant aux ´echantillons de jSMSHider, il n’est pas n´ecessaire d’introduire un quelconque ´ev`enement car le code malveillant est ex´ecut´e d`es le lancement de l’application. Une fois les applications analys´ees, nous construisons les SFG correspondants et calculons les parties qui leur sont communes avec un outil impl´ementant l’algorithme 3. Nous pr´esentons dans ce qui suit les r´esultats obtenus. R´esultats A partir des SFG obtenus, nous avons calcul´e 4 profils, c’est-`a-dire 4 SFG. ` A chacun d’entre eux est associ´e un sous-ensemble des SFG donn´es en entr´ee. ` Le tableau 5.1 pr´esente les r´esultats du calcul. La premi`ere colonne liste les ´echantillons utilis´es. La deuxi`eme colonne indique la famille `a laquelle l’´echantillon appartient selon la classification effectu´ee par les auteurs de la collection d’o`u il provient. La troisi`eme colonne indique la collection d’o`u provient l’´echantillon. Les colonnes restantes repr´esentent chacune un profil qui a ´et´e calcul´e `a partir des SFG des ´echantillons. Pour chaque ´echantillon, une case non vide dans l’une de ces colonnes signifie que le SFG de l’´echantillon contient le SFG correspondant au profil. Par cons´equent, le profil caract´erise le comportement de l’´echantillon. Les profils calcul´es sont illustr´es par les figures 5.1, 5.2, 5.3 et 5.4. Le SFG de l’´echantillon live.photo.savanna.apk contient par exemple S0, le SFG illustr´e par la figure 5.1. Sur les 19 ´echantillons utilis´es, 17 d’entre eux sont regroup´es exactement selon leur classification dans leur base d’origine. Le profil S0, figure 5.1, caract´erise les ´echantillons de BadNews. Il d´ecrit l’envoi des donn´ees de l’application vers un deux serveurs distant, le t´el´echargement de deux applications et une partie de leur installation ainsi que de leur ex´ecution. L’envoi des donn´ees correspond aux flux partant du navigateur, android.brow-114 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ Empreinte MD5 des ´echantillons Famille: Origine§ S0 S1 S2 S3 98cfa989d78eb85b86c497ae5ce8ca19 BN C ‘ e70964e51210f8201d0da3e55da78ca4 BN I ‘ 4ecf985980bcc9b238af1fdadd31de48 BN I ‘ ccab22538dd030a52d43209e25c1f07b BN I ‘ 3a648e6b7b3c5282da76590124a2add4 BN I ‘ 994af7172471a2170867b9aa711efb0d DKF1 G ‘ 39d140511c18ebf7384a36113d48463d DKF1 G ‘ 7f5fd7b139e23bed1de5e134dda3b1ca DKF1 A ‘ 107af5cf71f1a0e817e36b8deb683ac2 DKF1 A ‘ 6625f4a711e5afaee5f349c40ad1c4ab DKF1 G ‘ 6b7c313e93e3d136611656b8a978f90d DKF1 A ‘ 4f6be2d099b215e318181e1d56675d2c DKF2 G ‘ 72dc94b908b0c6b7e3cb293d9240393c DKF2 G ‘ f438ed38b59f772e03eb2cab97fc7685 DKF2 G ‘ ac2a5a483036eab1b363a7f3c2933b51 DKF1 A ‘ 0417b7a90bb5144ed0067e38f7a30ae0 JSH G ‘ a3c0aacb35c86b4468e85bfb9e226955 JSH G ‘ d25008db2e77aae53aa13d82b20d0b6a JSH A ‘ 24663299e69db8bfce2094c15dfd2325 JSH A ‘ : BN : BadNews, DKF1 : DroidKungFu1, DKF2 : DroidKunFu2, JSH : jSMSHider § C : Contagio, G : Genome Project, A : Androguard, I : Internet Table 5.1 – Classification des 19 ´echantillons de malware.5.2. EVALUATION DE LA M ´ ETHODE DE CLASSIFICATION ´ 115 57664 - files/player 24642 - /data/dalvik-cache/data@app@com.realarcade.DOJ-1.apk@classes.dex 1047 - dexopt * 1050 - .realarcade.DOJ * * 81 - mediaserver * * * 57667 - files/stats * 57663 - files/4200 * 57665 - files/4201 * 57666 - files/multi * * 32791 - /data/app/com.realarcade.DOJ-1.apk * * * 320 - ndroid.launcher * 57460 - downloads.db * 577 - iders.downloads 57361 - data_3 0 - (82.x.x.x) 762 - id.defcontainer 7958 - /mnt/asec/smdl2tmp1/pkg.apk * 1026 - ackageinstaller * 15 - /sdcard/download/adobe.flash.apk * 80 - drmserver * 14 - /sdcard/download/doodle.jump.apk * 275 - d.process.media * 57378 - downloads.db-journal * 973 - android.browser * * * * 8237 - /data/drm/fwdlock/kek.dat * * * 0 - (213.x.x.x) * * * * * * Figure 5.1 – S0 : sous-graphe en commun des ´echantillons de BadNews116 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ ser, vers deux sockets r´eseaux. Sur la figure, nous avons intentionnellement masqu´e une partie des adresses IP. Apr`es v´erification, l’une des adresses, 213. x.x.x, est celle du serveur `a partir duquel les applications sont t´el´echarg´ees. Le t´el´echargement est d´ecrit par l’´ecriture de donn´ees sensibles dans deux fi- chiers apk par le processus iders.downloads. Ce dernier ex´ecute l’application par d´efaut en charge des t´el´echargements de fichier. L’acc`es `a ces deux fichiers par les processus id.defcontainer et packageinstaller indique leur installation et la premi`ere composante connexe du SFG en partant du haut d´ecrit l’ex´ecution d’une nouvelle application, une de celles qui ont ´et´e t´el´echarg´ees par le malware. Ici, il s’agit de la version infect´ee de Doodle Jump. L’ex´ecution de l’autre application n’est pas pr´esente dans le profil car il est install´e dans un r´epertoire chiffr´e qui ne supporte pas les attributs ´etendus. Il est ainsi impossible pour AndroBlare de suivre les flux d’information impliquant les fichiers dans ce type de r´epertoire. Le profil S1, figure 5.2, caract´erise les ´echantillons de DroidKungFu1 `a l’exception de deux d’entre elles que nous expliquerons dans le paragraphe suivant. S1 d´ecrit la copie de deux fichiers dans la partition system et l’ex´ecution de l’une d’entre elles par la suite. Leur destination indique qu’il s’agit d’une application native et d’une application Android. 8330 - /system/app/com.google.ssearch.apk 338 - ndroid.launcher * 1106 - dexopt * 57656 - /data/data/blare-anonym/gjsvro 1056 - gjsvro * * 0 - (127.0.0.1) * 16735 - /system/bin/gjsvr * 24640 - /data/dalvik-cache/system@app@com.google.ssearch.apk@classes.dex * 1105 - cat * * 57660 - /data/data/blare-anonym/legacy * * Figure 5.2 – S1 : sous-graphe en commun des ´echantillons de DroidKungFu 1 Le profil S2, figure 5.3, caract´erise les ´echantillons de DroidKunFu2 ainsi que deux ´echantillons de DroidKungFu1 qui ne sont pas caract´eris´es par S1. S2 indique l’acc`es du contenu de deux fichiers au contenu teint´es par les processus secbino et cat. Si ces flux n’indiquent rien de malveillant en soi, elles correspondent cependant au d´ebut de l’attaque effectu´ee par le malware. Ces processus servent en effet `a la copie d’applications malveillantes dans le syst`eme. Comme5.2. EVALUATION DE LA M ´ ETHODE DE CLASSIFICATION ´ 117 mentionn´e pr´ec´edemment, deux ´echantillons de DroidKungFu1 sont ´egalement caract´eris´es par S2. La raison est que ces ´echantillons partagent uniquement des comportements en commun avec les ´echantillons de DroidKunFu2 en terme de flux. Ainsi aucune fichier gjsvro ou com.google.search.apk, ni les processus correspondants n’ont ´et´e cr´e´es durant leur analyse. 1111 - cat 57651 - /data/data/blare-anonym/mycfg.ini 1113 - cat * 1073 - secbino * 971 - secbino 57656 - /data/data/blare-anonym/WebView.db * * 57652 - /data/data/blare-anonym/secbino * Figure 5.3 – S2 : sous-graphe en commun des ´echantillons de DroidKungFu 2 Le profil S3, figure 5.4, caract´erise les ´echantillons de jSMSHider et d´ecrit l’installation ainsi que le d´ebut de l’ex´ecution d’une nouvelle application. L’acc`es au fichier testnew.apk par le processus id.defcontainer indique l’installation d’une nouvelle application. La lecture du fichier jSMSHider.apk par le processus dexopt puis la cr´eation d’un fichier .dex par ce dernier indique l’ex´ecution d’une nouvelle application. En effet, le processus dexopt est celui en charge d’extraire le code des applications `a partir de l’apk et de cr´eer sa version optimis´ee. A partir des SFG d’´echantillons de 4 familles de malware, nous avons extrait ` 4 profils comportementaux sous la forme de SFG. Chacun de ces profils correspond `a une famille de malware et d´ecrit une partie des comportements connus de ces malwares. Le calcul de ces profils est rendu possible grˆace aux SFG de 7 applications b´enignes qui nous servent `a filtrer les ´el´ements faisant partie de ces profils. La liste d’application est compos´ee de 5 jeux (Angry Birds, Crazy Jump, Fingerprint scanner et Dentist), d’un navigateur internet (Firefox) et de deux utilitaires (un terminal et la boˆıte `a outil busybox). 883 - dexopt 24640 - /data/dalvik-cache/data@app@j.SMSHider-1.apk@classes.dex * * 32788 - /data/app/j.SMSHider-1.apk * 748 - id.defcontainer 57659 - /data/data/blare-anonym/files/testnew.apk * Figure 5.4 – S3 : Sous-graphe en commun des ´echantillons de jSMSHider118 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ Filtrage Nombre de groupe cr´e´es Aucun filtrage 1 Sans la liste blanche 4 Filtre de base plus 7 SFG 4 20 applications de Google Play 4 Table 5.2 – Nombre de profils obtenus en variant le filtrage 5.3 De la n´ecessit´e du filtrage Nous appliquons un processus de filtrage dans l’´evaluation effectu´ee en section 5.2.2. Ce filtre est compos´e des arcs d´ecrivant des flux avec les processus system server et mediaserver ainsi que ceux des SFG de 7 applications. La raison de ce filtrage est d’´eviter de calculer des classes et profils trop g´en´eriques qui ne refl`etent aucun malware. Afin de montrer la n´ecessit´e de ce filtrage, nous r´ep´etons l’exp´erience mais en faisant varier le filtrage. Nous avons r´ealis´e l’exp´erience sans utiliser aucun filtre, c’est-`a-dire sans liste blanche ni les flux impliquant les conteneurs cit´es en section 5.1, sans la liste blanche puis en utilisant le filtrage de la section pr´ec´edente mais en ajoutant des SFG suppl´ementaires `a la liste blanche. Le tableau 5.2 pr´esente les r´esultats obtenus. Chaque ligne pr´esente le r´esultat obtenu selon le filtrage appliqu´e. La premi`ere colonne liste les diff´erents filtrages et la seconde le nombre de profils/groupes cr´e´e. Nous discutons dans ce qui suit de la pertinence des groupes cr´e´es. En utilisant aucun filtrage, l’algorithme extrait un seul sous-graphe qui est une partie commune aux SFG des 19 ´echantillons de malware utilis´es. La fi- gure 5.5 illustre ce sous-graphe. Les flux d´ecrits par le sous-graphe indique uniquement des ´echanges d’information entrele processus system server et diff´erents processus. Le profil calcul´e est trop g´en´erique et ne d´ecrit aucun comportement malveillant connu des malwares utilis´es. En filtrant sans la liste blanche, nous obtenons 4 profils associ´es `a 4 groupes diff´erents. Si le nombre de profils correspond au nombre de malwares utilis´es, ils ne d´ecrivent cependant aucune action malveillante et les ´echantillons dans chaque groupe sont des ´echantillons de malware diff´erent dont le comportement en terme de flux d’information ne devrait pas ˆetre le mˆeme. Les figures 5.6, 5.7, 5.8 et 5.9 illustrent les profils calcul´es et d´ecrivent des flux tout `a fait normaux dans le syst`eme. La premi`ere figure d´ecrit par exemple un simple ´echange d’information entre les applications syst`eme com.android.phone et com.android.systemui. En ´etendant la liste blanche utilis´ee en section 5.2.2 de 20 SFG suppl´ementaires, nous obtenons les mˆemes profils et les mˆemes groupes que ceux calcul´es dans la section 5.2.2. Augmenter le nombre d’´el´ements dans cette liste est inutile et les SFG des applications qui la composent repr´esentent de mani`ere satisfaisante les comportements g´en´eriques que nous souhaitions ignorer durant notre classification.5.3. DE LA NECESSIT ´ E DU FILTRAGE ´ 119 326 - ndroid.launcher 135 - system_server * 82 - mediaserver * 292 - m.android.phone * 903 - app_process * * * * 206 - ndroid.systemui * 673 - ufou.android.su * 310 - com.android.nfc * * 32783 - /data/app/blare-anonym-1.apk * Figure 5.5 – Profil calcul´e lorsqu’aucun filtrage n’est r´ealis´e120 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ 308 - m.android.phone 221 - ndroid.systemui Figure 5.6 – Premier profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche 202 - ndroid.systemui 32781 - /data/app/blare-anonym-1.apk Figure 5.7 – Second profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche 276 - d.process.media 57526 - /data/data/com.android.providers.media/databases/external.db 57524 - /data/data/com.android.providers.media/databases/external.db-wal Figure 5.8 – Troisi`eme profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche 1400 - m.android.email 1416 - ndroid.exchange 57472 - /data/data/com.android.email/databases/EmailProvider.db 57473 - /data/data/com.android.email/databases/EmailProvider.db-journal Figure 5.9 – Quatri`eme profil calcul´e en utilisant aucune liste blanche5.4. DETECTION D’EX ´ ECUTION DE MALWARE ANDROID ´ 121 L’algorithme 3 que nous avons propos´e dans cette section est algorithme de classification qui regroupe les SFG des applications ayant des parties communes non nulles et calcule `a la fois le profil correspondant `a chaque classe. Nous avons ´evalu´e cet algorithme avec un jeu de donn´ees de 19 ´echantillons provenant de 4 familles de malware diff´erentes. En appliquant l’algorithme sur les SFG des 19 ´echantillons, nous avons calcul´e 4 profils tels que chaque profil corresponde `a une famille de malware diff´erent et d´ecrit le comportement malveillant du malware auquel il correspond. Dans la section qui suit, nous proposons une m´ethode de d´etection d’´echantillon de malware en utilisant les profils calcul´es par notre algorithme. 5.4 D´etection d’ex´ecution de malware Android Les r´esultats pr´ec´edents, tableau 5.1, montrent que les ´echantillons de malware peuvent ˆetre caract´eris´es par un SFG qui d´ecrit une partie de comportement malveillant qu’ils ont. Dans cette section, nous proposons cette fois d’utiliser ces profils SFG pour d´etecter l’ex´ecution d’autres ´echantillons de malware. Plus pr´ecis´ement, nous proposons d’utiliser ces profils SFG en tant que profil de r´ef´erence afin de d´etecter si les donn´ees d’une application sous surveillance se propagent de la mˆeme mani`ere que celle d´ecrite par l’un des SFG. L’algorithme 5 d´ecrit le processus de d´etection pour une application/information donn´ee. Il prend en entr´ee les flux observ´es par AndroBlare ainsi qu’une liste de profil SFG avec lesquels il compare les flux observ´es pour d´etecter l’ex´ecution de malware. A l’initialisation du processus de d´etection, nous com- ` men¸cons par construire une liste d’association dans laquelle nous associons chaque arc des profils donn´es en entr´ee avec la liste des profils SFG(s) o`u il est pr´esent. Cette ´etape facilite la recherche d’une correspondance entre les flux observ´es et les arcs des profils SFG. Lors de la phase de d´etection, nous comparons ensuite chaque flux observ´e avec les arcs des diff´erents profils SFG afin de trouver une similarit´e entre eux. Si une similarit´e est trouv´ee, nous levons une alerte. Nous consid´erons qu’il y a une similarit´e entre un flux d’information et un arc si les conteneurs d’information de d´epart et d’arriv´ee du flux observ´e sont respectivement les mˆeme que ceux d´ecrits par les nœuds de d´epart et d’arriv´ee de l’arc et que les informations qui se propagent dans le flux observ´e et celui du flux d´ecrit par l’arc sont les mˆemes. Le conteneur d’information dans une entr´ee de Blare est le mˆeme que celui repr´esent´e par un nœud d’un SFG lorsqu’ils ont le mˆeme type et le mˆeme nom. Apr`es avoir lev´e l’alerte, nous enlevons l’arc de la liste d’association afin de ne pas lever la mˆeme alerte plusieurs fois.122 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ Algorithme 5 : D´etection de l’ex´ecution de malware Android bas´e sur les flux d’information caus´e dans le syst`eme Input : L journal de Blare, sig l liste de profils SFG begin notseen Ð empty association list; forall the g P sig l do forall the e P edgespgq do if e R keyspnotseenq then Add pe, tguq to notseen; else old Ð valuepe, notseenq; Remove pe, oldq from notseen; Add the association pe, old Y tguq to notseen; forall the entry e P L do if to edgepeq Plight keyspnotseenq then l Ð valuepto edgepeq, notseenq; forall the g P l do Alert that a similarity with namepgq has been found; Remove pto edgepeq, lq from notseen; 5.5 Evaluation de la capacit´e de d´etection ´ Afin d’´evaluer la capacit´e de d´etection de l’approche pr´esent´ee pr´ec´edemment, nous proposons deux types d’exp´erience. Le premier consiste `a ´evaluer le taux de faux positif, c’est-`a-dire calculer le taux de fausses alertes lev´ees lorsque des applications b´enignes sont analys´ees. Le deuxi`eme consiste `a ´evaluer le taux de vrai positif, c’est-`a-dire calculer le taux d’alertes lev´ees lorsque des applications malicieuses sont ex´ecut´ees. Pour mener ces exp´eriences, nous proposons d’analyser des applications, b´enignes et malicieuses, dans l’environnement d’analyse pr´esent´e en section 3.5 et `a partir des flux observ´es d´etecter les ex´ecutions de malware. Jeu de donn´ees Nous utilisons 70 des applications les plus populaires 2 dans Google Play pour la premi`ere exp´erience et 39 ´echantillons de malware provenant des 4 familles de malware utilis´ees dans la section 5.2.2. Nous supposons que les 70 applications sont b´enignes car elles n’ont lev´e aucune alerte lorsque nous les avons soumises `a la plateforme d’analyse de VirusTotal [14]. 2. au mois de Juin 20135.5. EVALUATION DE LA CAPACIT ´ E DE D ´ ETECTION ´ 123 Analyse des applications et d´etection de l’ex´ecution de malware Le processus d’analyse de chaque applications est le mˆeme qu’en section 5.2.2. Il se traduit par son installation dans un environnement AndroBlare, le marquage de son apk et son ex´ecution. Nous utilisons chaque application comme un utilisateur normal le ferait et en parall`ele, nous introduisons les ´ev`enements d´eclenchant le code malveillant dans les ´echantillons de malware. Introduire ces ´ev`enements nous assure que le code malveillant se d´eclenche durant l’analyse afin de d´eterminer si oui ou non notre approche permet de d´etecter l’ex´ecution du code malveillant. Une fois les applications analys´ees, nous analysons les flux observ´es par AndroBlare pour d´etecter l’ex´ecution de malware. La d´etection est r´ealis´ee ult´erieurement `a l’analyse car nous souhaitions collecter les flux et ˆetre capables de les r´eutiliser plus tard. L’outil utilis´e est cependant capable de faire la d´etection en temps r´eel. R´esultat de la d´etection Lors de l’analyse des flux engendr´es par les diff´erentes applications, notre outil a lev´e des alertes pour chacun des ´echantillons de malware et aucune pour les applications b´enignes. Les tableaux 5.3 et 5.4 r´esument le r´esultat des exp´eriences men´ees respectivement sur les applications b´enignes provenant de Google Play et les ´echantillons de malware. Le premier tableau pr´esente les r´esultats avec les applications b´enignes provenant de Google Play. La premi`ere colonne liste les diff´erentes cat´egories d’application utilis´ee durant l’exp´erience. La deuxi`eme indique le nombre d’´echantillons utilis´es pour chaque cat´egorie. La troisi`eme indique les correspondances entre les flux observ´es et l’une des profils utilis´es. La derni`ere indique le total des flux observ´es lors de l’analyse des applications de chaque cat´egorie. Le deuxi`eme tableau pr´esente les r´esultats obtenus avec les ´echantillons de malware. La premi`ere colonne liste les ´echantillons. La deuxi`eme indique comment l’´echantillon a ´et´e cat´egoris´e dans sa collection d’origine. La troisi`eme indique la collection d’origine de l’´echantillon. La quatri`eme indique le nombre de flux observ´es par AndroBlare durant l’analyse. Les colonnes restantes indiquent le nombre de correspondance entre le profil SFG et les flux observ´es. Plus pr´ecis´ement, les valeurs dans ces colonnes indiquent le nombre d’arc du profil SFG qui correspondent `a au moins un des flux observ´es durant l’analyse de l’´echantillon. L’analyse des flux caus´es par les applications b´enignes montre que notre outil n’a d´etect´e aucun flux qui correspond `a l’un des arcs des profils utilis´es. Sur les 70 applications b´enignes analys´ees, aucune n’a ´et´e d´etect´ee comme ex´ecutant du code malveillant, ce qui nous donne un taux de faux positif nul. Chaque ´echantillon de malware a caus´e la lev´ee d’alerte par notre outil de d´etection. Plus pr´ecis´ement, chaque ´echantillon a ´et´e d´etect´e avec le profil SFG correspondant `a la famille d’origine `a laquelle il est suppos´e appartenir. Ainsi,124 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ Cat´egorie Echantillons ´ Signature Journal match entries Jeux 48 0 7386736 Utilitaires 8 0 403427 R´eseaux sociaux 5 0 567605 Photo / Vid´eo 5 0 579883 Magazine 3 0 169622 Table 5.3 – R´esultat de d´etection sur les applications b´enignes provenant de Google Play. Taux de faux positif : 0% les ´echantillons de BadNews, DroidKungFu1, DroidKungFu2 et jSMSHider ont ´et´e d´etect´es respectivement grˆace au profil S0, S1, S2 et S3. La majorit´e des ´echantillons a caus´e autant d’alerte que de nombre d’arc que le profil pour lequel une correspondance a ´et´e trouv´e. L’´echantillon live.photo.drop.apk a par exemple caus´e 36 flux diff´erents qui correspondent aux 36 arcs du pro- fil SFG de BadNews. Cependant, quelques ´echantillons n’ont caus´e la lev´ee d’alerte que pour une partie des arcs du profil SFG de la famille de malware `a laquelle ils sont associ´es. Cela est dˆu au fait que durant leur analyse, une partie du comportement attendu ne s’est pas ex´ecut´e. L’´echantillon 41f7b03a94d38bc9b61f8397af95a204 n’a par exemple caus´e que 4 correspondances sur 11 entre les flux qu’il a engendr´es et les arcs de S1. Le profil S1 d´ecrit l’installation de deux applications, une native et une apk dans la partition system du t´el´ephone. L’´echantillon n’a cependant install´e que l’application native durant notre analyse car l’apk cens´e ˆetre install´e est un fichier vide et la proc´edure d’installation est ainsi avort´ee par le syst`eme.5.5. EVALUATION DE LA CAPACIT ´ E DE D ´ ETECTION ´ 125 Empreinte MD5 des ´echantillons Label: Origin§ Log size S0; S1; S2; S3; d25008db2e77aae53aa13d82b20d0b6a JSH A 79598 4{4 24663299e69db8bfce2094c15dfd2325 JSH A 179608 4{4 39d140511c18ebf7384a36113d48463d DKF1 A / G 3565 11{11 7f5fd7b139e23bed1de5e134dda3b1ca DKF1 A 5772 11{11 a81dc5210b3444b8e6f002605a97292d DKF1 A 3233 3{11 107af5cf71f1a0e817e36b8deb683ac2 DKF1 A 7257 11{11 ac2a5a483036eab1b363a7f3c2933b51 DKF1 A 3596 5{5 e741a9bc460793b9afdadc963d6e8c1d DKF1 A 3230 3{11 6b7c313e93e3d136611656b8a978f90d DKF1 A 7740 5{5 389b416fb0f505d661716b8da02f92a2 JSH G 179702 4{4 a3c0aacb35c86b4468e85bfb9e226955 JSH G 7527 4{4 0417b7a90bb5144ed0067e38f7a30ae0 JSH G 32145 4{4 d25008db2e77aae53aa13d82b20d0b6a JSH G 122951 4{4 f0fcef1c52631ae36f489351b1ba0238 JSH G 211823 4{4 06dea6a4b6f77167eaf7a42cb9861bbe DKF1 G 72706 6{11 994af7172471a2170867b9aa711efb0d DKF1 G 13959 11{11 107af5cf71f1a0e817e36b8deb683ac2 DKF1 G 187221 11{11 71fe80d5bf6d08890de3c76a3292fc09 DKF1 G 15709 11{11 ecc4aad77ab042a4fa1693fc77afb8ac DKF1 G 107910 11{11 b763bc07f641bb915a4e745f1deff315 DKF1 G 180984 8{11 6625f4a711e5afaee5f349c40ad1c4ab DKF1 G 4982 11{11 5c593a7ab5e61f76d2e0e61c870da986 DKF1 G 99363 11{11 41f7b03a94d38bc9b61f8397af95a204 DKF1 G 13474 4{11 f438ed38b59f772e03eb2cab97fc7685 DKF2 G 34906 5{5 4f6be2d099b215e318181e1d56675d2c DKF2 G 283990 5{5 805bbc6ff9ef376c4b5f2c1b1c1006d2 DKF2 G 49404 5{5 13a491126dd11f1ef51a4b067f10f368 DKF2 G 278425 5{5 72dc94b908b0c6b7e3cb293d9240393c DKF2 G 294163 5{5 e4d348e97db481507a0cea64232c8065 DKF2 G 64616 5{5 47ffc035dd1288bad27b3681535e68c8 BN I 298819 36{36 d8943ed5be382c22c9a206af0815ff0a BN I 363578 36{36 ccab22538dd030a52d43209e25c1f07b BN I 167837 36{36 3a648e6b7b3c5282da76590124a2add4 BN I 332519 36{36 4ecf985980bcc9b238af1fdadd31de48 BN I 125167 36{36 5b08c96794ad5f95f9b42989f5e767b5 BN C 132846 36{36 422d1290422ebfbf48ec34f0990fba21 BN I 634202 35{36 98cfa989d78eb85b86c497ae5ce8ca19 BN C 568920 36{36 e70964e51210f8201d0da3e55da78ca4 BN I 253320 36{36 8b9e8a2e93c3f3c18b8f5820f21e2458 BN I 149248 36{36 : BN : BadNews, DKF1 : DroidKungFu1, DKF2 : DroidKunFu2, JSH : jSMSHider § C : Contagio, G : Genome Project, A : Androguard, I : Internet Table 5.4 – R´esultats de la d´etection sur 39 ´echantillons de malware. Taux de Vrai Positif : 100%126 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´ Bilan et discussion Nous avons pr´esent´e et ´evalu´e dans ce chapitre une nouvelle m´ethode de classification et de d´etection des ´echantillons de malware bas´ee sur les flux d’information qu’ils causent dans le syst`eme d´ecrits par leur SFG. La m´ethode de classification propos´ee peut-ˆetre vue comme un apprentissage non supervis´e o`u nous cherchons `a construire des classes d’´echantillons de malware o`u les SFG des ´el´ements d’une mˆeme classe partagent tous une partie commune. Cette partie commune est cens´ee d´ecrire l’attaque men´ee par le(s) malware(s) et caract´eriser les ´echantillons de la classe qu’elle repr´esente en tant que profil comportemental. Nous avons ´evalu´e la m´ethode propos´ee en classifiant 19 ´echantillons de 4 malwares diff´erents. La classification de ces ´echantillons a donn´e en sortie 4 classes distinctes qui repr´esentent chacun un des 4 malwares et la partie commune des SFG des ´el´ements de chaque classe d´ecrit une partie de l’attaque men´ee par les mawares. A partir des profils caract´erisant chaque classe, nous avons propos´e de d´etecter ` des ´echantillons des 4 malawres utilis´es durant la classification. La m´ethode de d´etection consiste `a comparer les flux observ´es caus´es par les ´echantillons analys´es avec les arcs des profils comportementaux calcul´es. A chaque fois ` qu’une correspondance est trouv´ee, une alerte est lev´ee. Nous avons ´evalu´e cette m´ethode avec 36 ´echantillons de malware ainsi que 70 applications b´enignes provenant de Google Play et avons obtenu un taux de vrai positif de 100% ainsi qu’un taux de faux positif de 0%. Les ´echantillons de malware ont bien ´et´e d´etect´e et aucune alerte n’a ´et´e lev´ee dans le cas des applications b´enignes. De plus, chaque ´echantillon de malware a ´et´e d´etect´e grˆace au profil caract´erisant la classe associ´ee au malware obtenue durant la classification. La raison de la qualit´e des r´esultats obtenus aussi bien pour la classification que pour la d´etection est que le profil calcul´e ne se limite pas aux processus ex´ecutant les ´echantillons de malware. Il inclut ´egalement tout ´el´ement du syst`eme ayant acc`es aux informations provenant des ´echantillons de malware. Mˆeme si un malware change son aspect, le profil calcul´e ne sera que tr`es peu impact´e car le malware n’a pas de contrˆole ou alors tr`es peu sur tous les autres ´el´ements du syst`eme ayant acc`es `a ses informations au d´ebut de l’attaque. Si le cas contraire s’av´erait ˆetre vrai, c’est-`a-dire que le malware a un contrˆole total sur tous les autres ´el´ements du syst`eme, alors il pourrait propager ses informations de mani`ere diff´erente `a chaque ex´ecution et empˆecher notre algorithme de calculer un profil ou de d´etecter l’ex´ecution de l’un de ses ´echantillons. L’approche propos´ee se base sur une analyse dynamique des applications afin d’observer les flux d’information qu’elles causent dans le syst`eme. Comme toute approche dynamique, elle souffre ainsi de la mˆeme limitation qui est la couverture de code durant l’analyse et qui, pour le moment, limite la possibilit´e d’automatiser enti`erement tout le processus d’analyse et de classification des applications. En effet, durant l’analyse nous stimulons les applications en interagissant avec elles via leur interface graphique et introduisons des ´ev`enements dans le syst`eme afin de d´eclencher le code malveillant dans les ´echantillons de malware. Cette stimulation est r´ealis´ee manuellement. De plus, il nous a n´ecessit´e5.5. EVALUATION DE LA CAPACIT ´ E DE D ´ ETECTION ´ 127 d’analyser quelques ´echantillons de malware afin de d´eterminer les ´ev`enements d´eclenchant le code malicieux pr´esents dans leur code. Il serait ainsi int´eressant pour stimuler les applications et couvrir le maximum de code `a l’ex´ecution. La m´ethode de caract´erisation de malware Android propos´ee dans ce chapitre a fait l’objet d’une publication `a la conf´erence NSS 14 [17].128 CHAPITRE 5. CARACTERISATION ET D ´ ETECTION DE MALWARE ´Chapitre 6 Conclusion Dans cette th`ese nous avons propos´e et ´evalu´e une nouvelle m´ethode afin de caract´eriser / classifier et d´etecter les malwares Android. Afin d’y arriver, nous sommes pass´es par plusieurs ´etapes qui ont consist´e `a porter un moniteur de flux d’information sur Android, proposer une structure compacte et humainement compr´ehensible des flux d’information que le moniteur observe qui puisse aider un analyste `a comprendre le comportement d’une application et classifier ainsi que d´etecter les ´echantillons de malware `a partir de cette structure. La premi`ere ´etape de la th`ese a consist´e `a cr´eer AndroBlare, une version Android de Blare. Blare a ´et´e initialement d´evelopp´e pour les syst`emes Linux, et plus pr´ecis´ement pour les noyaux Linux. Si le syst`eme Android est proche des syst`emes Linux, le noyau Android ´etant bas´e sur le noyau Linux et suit la mˆeme num´erotation, il poss`ede cependant quelques fonctionnalit´es qui lui sont propres et qu’il a fallu prendre en compte lors du portage de Blare vers Android. Ces fonctionnalit´es sont l’ex´ecution des applications Android et le m´ecanisme de communication entre processus via le Binder. Nous avons ainsi introduit deux extensions dans AndroBlare pour prendre en compte ces deux fonctionnalit´es d’Android. Ces extensions ajoutent la prise en compte des flux d’information s’op´erant via le Binder et un m´ecanisme de coop´eration entre les instances de la machine virtuelle Dalvik et KBlare. Ces deux extensions sont importantes car elles permettent d’observer les flux d’information entre les applications Android ainsi que l’ex´ecution des applications. Diff´erents m´ecanismes sont utilis´es par les applications pour communiquer avec le reste des applications sur le syst`eme et tous ces m´ecanismes reposent sur le Binder. Ces communications n’´etaient cependant pas visibles avec la version Linux de Blare car Binder est sp´ecifique `a Android et n’est donc pas pris en compte. La premi`ere extension comble donc cette limitation de Blare en interceptant les ´emissions et r´eception de transaction et en effectuant les op´erations de propagation et de contrˆole des flux d’information correspondantes. Quant aux applications Android, leur ex´ecution est ´egalement invisible avec la version Linux de Blare. Le code de ces applications ´etant livr´e sous forme de dalvik bytecode, elles ne sont pas ex´ecut´ees directement mais interpr´et´ees par la machine virtuelle Dalvik. La deuxi`eme extension permet 129130 CHAPITRE 6. CONCLUSION donc, grˆace au m´ecanisme de coop´eration, de combler cette autre limitation de la version Linux de Blare. Grˆace `a ce m´ecanisme de coop´eration, les instances de la machine virtuelle Dalvik notifient KBlare dans le noyau `a chaque fois que le code d’une application est sur le point d’ˆetre interpr´et´e. A la r´eception d’une ` notification, KBlare met `a jour le label du processus ex´ecutant la machine virtuelle ayant ´emis la notification pour signifier le code qu’il ex´ecute et appliquer la politique de flux d’information de l’application au processus. La deuxi`eme ´etape a consist´e `a proposer une structure repr´esentant de mani`ere plus compacte et plus compr´ehensible les flux d’information observ´es par Blare que nous avons appell´e graphe de flux syst`eme ou SFG. Pour une information donn´ee, le SFG d´ecrit comment elle est propag´ee dans tout le syst`eme. Comme nous l’avons montr´e dans le chapitre 4, cette structure s’av`ere utile sur trois aspects. Premi`erement, sa repr´esentation est plus compacte et facilite l’analyse des flux d’information observ´es dans le syst`eme. A chaque fois qu’un ` flux d’information impliquant une donn´ee sensible, comprendre une donn´ee `a laquelle un identifiant a ´et´e associ´e, est observ´e, Blare ajoute une entr´ee d´ecrivant ce flux dans un journal. Or comme nous l’avons montr´e dans le chapitre 4, certains de ces flux sont r´ep´et´es plusieurs fois durant l’analyse de l’application ce qui au bout de quelques entraˆıne la cr´eation de milliers d’entr´ees dans le journal de Blare alors qu’en r´ealit´e seule une centaine de flux d’information uniques ont ´et´e observ´es. Ensuite, le SFG aide `a comprendre le comportement d’une application. Dans notre cas, nous nous sommes int´eress´es aux applications malveillantes. L’analyse d’un ´echantillon de DroidKungFu1 a montr´e qu’une partie de son SFG d´ecrivait l’attaque men´ee par le malware, `a savoir tentative d’´el´evation de privil`ege et installation de deux applications dans le syst`eme. La troisi`eme et derni`ere ´etape a consist´e consiste en la classfication et d´etection de malware. Dans cette ´etape, nous avons propos´e d’utiliser le profil sous forme de SFG des applications afin d’extraire le profil d’un malware. Dans l’´etape pr´ec´edente, nous avons montr´e que une partie du SFG de l’´echantillon de DroidKungFu1 correspondait au comportement malveillant du malware. D’apr`es les travaux de Zhou et al. dans [113], les d´eveloppeurs de malware ajoutent souvent leur code malveillant dans plusieurs applications existantes pour infecter les utilisateurs. Cela signifie donc que le mˆeme code malveillant peut ˆetre retrouv´e dans les ´echantillons d’un mˆeme malware ou qu’une similarit´e en mati`ere de comportement peut ˆetre retrouv´e dans le code malveillant de ces ´echantillons. Partant de ce constat, nous avons ´emis l’hypoth`ese que si une partie du SFG d’une application malveillante correspond au comportement malveillant et que si la m´ethode d’infection principale des d´eveloppeurs de malware ´etait d’injecter leur code malveillant dans des applications existantes alors une partie des SFG des ´echantillons d’un mˆeme malware devrait ˆetre le mˆeme. Direction pour des travaux futurs Le premier apport de la th`ese est AndroBlare, le r´esultat du portage de Blare sous Android. AndroBlare suit les flux d’information en consid´erant les131 objets du syst`eme comme des boˆıtes noires. Comme nous l’avons ´evoqu´e en section 2.6, une observation au niveau syst`eme offre une vue compl`ete des flux entre les diff´erents objets du syst`eme mais a une granularit´e moins fine qu’une observation au niveau applicatif. Par exemple, dans le cas d’AndroBlare, un flux d’un objet A vers un objet B signifie que toutes les informations dans A se propagent vers B (pire des cas). Cela n’est pas forc´ement le cas et il se peut qu’aucune information sensible ne se soit propag´ee. La granularit´e d’observation n’est donc pas assez fine. Un axe `a explorer serait ainsi de combiner les niveaux d’observation syst`eme et applicatif sous Android afin d’affiner la granularit´e des flux observ´es. L’apport d’une telle est non n´egligeable dans le cas de certains processus tels que system server car ce processus ex´ecute plusieurs services avec qui les applications interagissent tous, ce qui est une source de l’explosion des marques dans la version actuelle d’AndroBlare. Un autre apport de la th`ese, qui est le principal, est l’usage des SFG en tant que profil des malware. Pour calculer ce profil, nous calculons les intersections des SFG des ´echantillons de malware. Cette intersection n’autorise aucune d´eviation, mˆeme moindre, dans les flux observ´es. Par exemple, les flux d´ecrivant un processus P1 communiquant avec un processus P2 via un fichier et les flux d´ecrivant les mˆemes processus P1 et P2 communiquant cette fois de mani`ere directe sont consid´er´es comme des flux diff´erents. Cependant, dans la r´ealit´e, ils d´ecrivent la mˆeme action qui est la communication entre deux processus. Nous parlons dans ce cas de flux similaire. Il serait ainsi int´eressant d’explorer l’usage de la similarit´e `a la place d’une correspondance stricte entre les flux d’information observ´es. L’usage de la similarit´e pourrait par exemple r´ev´eler la ressemblance entre deux ou plusieurs malware. Il pourrait ´egalement am´eliorer la r´esistance de l’approche face `a des d´eviations de comportement dans les ´echantillons des malware. L’approche que nous proposons pour classifier et d´etecter les malware est une approche dynamique. Nous analysons dans un environnement AndroBlare les applications afin de capturer les flux d’information qu’ils causent dans le syst`eme. L’une des limites de cette approche est la couverture de code. Nous couvrons durant l’ex´ecution qu’une partie de tout le code de l’application que nous analysons. Dans le cas de l’analyse des ´echantillons de malware, nous avons par exemple du analys´e statiquement leur code afin de trouver les ´ev`enements d´eclenchant le code malveillant. Ces ´ev`enements ont ensuite ´et´e introduits durant l’analyse des ´echantillons avec AndroBlare afin de s’assurer que leur comportement malveillant soit captur´e. Quant aux applications b´enignes, nous les avons utilis´e comme un utilisateur normal pendant cinq minutes mais cela ne garantie pas une couverture optimale du code. Un axe `a explorer serait ainsi une m´ethode pour couvrir tout le code des applications durant leur analyse avec AndroBlare afin que tout leur comportement soit captur´e et d’automatiser tout le processus d’analyse des applications. Cela ouvrirait ´egalement la voie `a une exp´erimentation `a plus grande ´echelle des m´ethodes de classification et de d´etection que nous avons propos´e dans cette th`ese. Il est souvent plus difficile de finir que de commencer.132 CHAPITRE 6. CONCLUSIONAnnexe A Analyse d’´echantillons de malware : recherche des ´ev`enements d´eclenchant leur code malveillant Lors de la validation exp´erimentale des approches pour la caract´erisation et la d´etection de malware Android, nous avons utilis´e des ´echantillons de 4 malwares diff´erents : DroidKungFu1, DroidKungFu2, jSMSHider et BadNews. Le but des exp´eriences men´ees ´etait de montrer qu’il ´etait possible de caract´eriser sous forme de SFG le comportement malveillant des malware et d’utiliser ces SFG pour d´etecter l’ex´ecution d’autres instances des malware que nous supposions non-connues. Pour capturer et d´etecter ce comportement malveillant, ils nous a fallu introduire des ´ev`enements dans le syst`eme afin de d´eclencher le code malveillant. Nous pr´esentons dans ce qui suit l’analyse de quelques ´echantillons de malware afin de d´eterminer ces ´ev`enements. A.1 Outils Pour analyser les ´echantillons de malware, nous utilisons principalement les outils Androguard et apktool. Nous nous servons principalement d’Androguard afin de d´ecompiler `a la vol´ee le code des applications Android et d’apktool pour extraire le contenu des fichiers apk, d´ecoder en clair le contenu des fi- chiers AndroidManifest.xml ainsi que pour d´esassembler en smali le code des applications. 133134ANNEXE A. EV´ ENEMENTS D ` ECLENCHEURS DE CODE MALVEILLANT ´ A.2 BadNews BadNews est un malware Android d´ecouvert en 2013 qui se r´epandait sousforme d’applications existantes infect´ees par un code malveillant. Le rapport d’analyse effectu´e dans [91] indique que le comportement de BadNews est dict´e par un serveur C&C. Lorsqu’un client se connecte, le serveur lui envoie une commande `a ex´ecuter et attend sa prochaine connexion pour lui indiquer la prochaine action `a effectuer. Trouver l’´ev`enement d´eclencheur du comportement malveillant des ´echantillons de BadNews revient ainsi `a trouver l’´ev`enement qui d´eclenche le connexion vers le serveur puis le traitement de la commande `a ex´ecuter. Pour identifier les ´ev`enements d´eclencheurs du code malveillants de BadNews, nous avons analys´e l’un de ses ´echantillons 1 provenant de la collection Contagio. L’approche que nous avons adopt´e est de partir des diff´erents points d’entr´ee de l’application afin d’identifier le code impl´ementant le comportement de BadNews, puis d´eterminer l’´ev`enement attendu par l’application pour d´eclencher l’ex´ecution du code. Les composants sont les points d’entr´ee d’une application Android. A quelques exceptions pr`es, ils doivent tous ˆetre list´es dans ` le fichier AndroidManifest.xml. Le listing A.1 pr´esente le contenu de ce fichier pour l’´echantillon analys´e. Il indique que l’application poss`ede cinq composants : deux de type Activity, un Service et deux de type Receiver. L’analyse du code des deux composants Receiver indique qu’ils ex´ecutent tous deux la mˆeme action `a la r´eception d’un intent, listing A.2, `a savoir le lancement du composant AdvService. L’analyse du code de AdvService s’av`ere fructueuse car parmi les m´ethodes de ce composant se trouve une m´ethode sendRequest, listing A.3, qui impl´emente le comportement attendu de BadNews : envoi d’une requˆete vers un serveur distant et ex´ecution de diff´erentes actions selon la r´eponse re¸cue : installation d’application, ajout de raccourci sur le t´el´ephone, affichage de notification etc. Le code ayant ´et´e identifi´e, il reste `a d´eterminer comment il est appel´e et sous quelles conditions. L’une des fonctionnalit´es d’Androguard est de construire le graphe d’appel des fonctions d’une application et de l’exporter sous un format de graphe reconnu par des outils de visualisation et manipulation de graphe tels que Gephi. Grˆace `a la commande androgexf dans Androguard, nous cr´eons ainsi un graphe sous le format gexf d´ecrivant les appels de fonction dans l’´echantillon analys´e et que nous pouvons ouvrir avec Gephi. La figure A.1 est un extrait du graphe d’appel produit quand nous le visualisons sous Gephi. Chaque nœud repr´esente une m´ethode dont le label comporte le nom de la classe o`u la m´ethode est d´eclar´ee, son nom et sa signature. Quant aux arcs, ils repr´esentent les appels de fonction entre les m´ethodes. Un arc de A vers B signifie que la m´ethode A appelle la m´ethode B. Ainsi la m´ethode sendRequest est directement appel´ee par getUpdate. En analysant la premi`ere composante connexe du graphe `a partir du bas de la figure, nous remarquons que sendRequest est uniquement appel´e durant l’ex´ecution d’un Thread impl´ement´e par la classe AdvService$1 2 . La com- 1. SHA sum : f1b351d1280422c5d1e3d2b1b04cb96a5d195f62 2. m´ethode runA.2. BADNEWS 135 19 21 26 27 28 29 30 31 34 36 38 39 40 41 42 44 45 46 47 48 49 51 Listing A.1 – Fichier AndroidManifest.xml d’un ´echantillon de BadNews posante connexe en haut de la figure nous r´ev`ele ´egalement que le thread n’est instanci´e que lors de l’ex´ecution de la m´ethode onStartCommand de AdvService, c’est-`a-dire lorsqu’AdvService re¸coit un intent lui demandant de s’ex´ecuter. L’analyse du code de onStartCommand, listing A.4 nous le confirme et nous indique mˆeme la condition pour que le thread soit lanc´e. En effet pour qu’il soit ex´ecut´e, il faut que l’intent re¸cu par AdvService contienne un param`etre update dont la valeur doit ˆetre diff´erente de 0 3 . Ainsi pour lancer l’ex´ecution du code malveillant de BadNews, il faut envoyer un intent avec un param`etre update dont la valeur est `a true au composant AdvService. Dans le cas de certains ´echantillons, le composant AdvService est nomm´e diff´eremment. Il suffit dans ce cas d’envoyer l’intent `a ce composant. La commande am permet l’envoi de l’intent `a partir de la ligne de commande sous Android comme illustr´e ci-dessous. Il est n´ecessaire de pr´eciser `a la fois le 3. Les bool´eens sont consid´er´es comme des entiers sous Dalvik136ANNEXE A. EV´ ENEMENTS D ` ECLENCHEURS DE CODE MALVEILLANT ´ nom complet de l’application ainsi que celui du composant afin que le syst`eme puisse d´eterminer le destinataire exact du message. $ am startservice APP_NAME/PACKAGE_NAME.AdvService \ --ez update 1 1 public void onReceive(android.content.Context p4, android.content.Intent p5) { 2 v0 = new android.content.Intent(); 3 v0.setAction("com.mobidisplay.advertsv1.AdvService"); 4 v0.putExtra("update", 1); 5 p4.startService(v0); 6 return; 7 } Listing A.2 – Code appel´e `a la r´eception d’un Intent par les composants de type Receiver d’un ´echantillon de BadNewsA.2. BADNEWS 137 Figure A.1 – Extrait du graphe d’appel de fonction d’un ´echantillon de BadNews138ANNEXE A. EV´ ENEMENTS D ` ECLENCHEURS DE CODE MALVEILLANT ´ 1 private void sendRequest(String p24) { 2 v12 = android.net.Proxy.getDefaultHost(); 3 v13 = android.net.Proxy.getDefaultPort(); 4 v4 = new java.net.URL(p24); 5 if(v13 <= 0) { 6 v5 = v4.openConnection(); 7 } else { 8 v5 = v4.openConnection(new java.net.Proxy(java.net.Proxy$Type.HTTP, 9 new java.net.InetSocketAddress(v12, v13))); 10 } 11 v5.setDoInput(1); 12 v5.setDoOutput(1); 13 v5.setRequestMethod("POST"); 14 v5.setConnectTimeout(10000); 15 this.tmett = (System.currentTimeMillis() / 1000.0); 16 v18 = new java.io.DataOutputStream(v5.getOutputStream()); 17 v18.writeBytes(new StringBuilder("kurok=").append(this.ii) 18 .append("&taket=").append(this.pacNme).append("&phone=") 19 .append(this.phoNum).append("&vesn=").append(this.vesn) 20 .append("&sysname=").append(this.syNm).append("&operator=") 21 .append(this.opNm).append("&sdk=") 22 .append(android.os.Build$VERSION.SDK).append("&tmett=") 23 .append(this.tmett, 1000.0).append("&model=").append(this.phMl) 24 .append("&lg=").append(this.lg).append("&io=").append(this.io) 25 .append("&qyNm=").append(this.qyNm).append("&devicesid=") 26 .append(android.provider.Settings$Secure.getString(this 27 .getBaseContext().getContentResolver(), "android_id")) 28 .toString()); 29 v18.flush(); v18.close(); v5.connect(); 30 v6 = v5.getInputStream(); 31 if(v6 != 0) { 32 this.increaseQueryNum(); 33 v19 = new java.io.InputStreamReader; 34 v19(v6, "UTF-8"); 35 v14 = new java.io.BufferedReader(v19); 36 v3 = new StringBuilder(); 37 while(true) { 38 v8 = v14.readLine(); 39 if(v8 == 0) break; 40 v3.append(v8).append("\x0a"); 41 } 42 v16 = new org.json.JSONTokener; 43 v16(v3.toString()); 44 v7 = new org.json.JSONObject(v16); 45 v15 = v7.getString("status"); 46 if(v15.equalsIgnoreCase("news") != 0) { 47 this.parseNews(v7); 48 } 49 if(v15.equalsIgnoreCase("install") != 0) { 50 this.parseInstall(v7); 51 } 52 ... Listing A.3 – Extrait du code de la m´ethode sendRequest d’un ´echantillon de BadNewsA.2. BADNEWS 139 1 public int onStartCommand(android.content.Intent p3, int p4, int p5) { 2 this.log("AdvService Started"); 3 if(p3 == 0) { 4 this.startUpdater(); 5 } else { 6 if(p3.getExtras() == 0) { 7 this.startUpdater(); 8 } else { 9 if(p3.getExtras().getBoolean("update") != 0) { 10 this.startUpdateThread(); 11 } 12 } 13 } 14 return 1; 15 } 16 17 private void startUpdateThread() { 18 new Thread(new com.mobidisplay.advertsv1.AdvService$1(this)).start(); 19 return; 20 } Listing A.4 – Code appel´e `a l’ex´ecution du composant AdvService d’un ´echantillon de BadNews140ANNEXE A. EV´ ENEMENTS D ` ECLENCHEURS DE CODE MALVEILLANT ´ A.3 DroidKungFu1 DroidKungFu1 [61] est un malware d´ecouvert en 2011. Certains de ses ´echantillons n’ex´ecutent pas automatiquement le code malveillant d`es le lancement de l’application dans laquelle ils se trouvent. Nous avons ainsi analys´e l’un des ´echantillons de ce malware 4 afin de trouver l’´ev`enement d´eclenchant le code malveillant. Selon l’analyse qui en a ´et´e r´ealis´ee par X. Jiang dans [61], le code malveillant du malware est stock´e dans un service qui est ajout´e `a des applications existantes pour infecter les utilisateurs. Les captures effectu´ees dans le rapport montrent que le service en question s’appellerait com.google.searchservice et que l’envoi de donn´ees sensibles vers l’ext´erieur et l’installation de nouvelles applications se font respectivement grˆace aux fonctions doSearchReport et cpLegacyRes. L’analyse du fichier AndroidManifest.xml, listing A.5, confirme qu’un tel service existe dans l’application et une analyse rapide du code de ce composant indique la pr´esence de ces deux m´ethodes. Il reste ainsi `a d´eterminer comment ces m´ethodes sont appel´ees. Comme dans le cas de BadNews, nous construisons le graphe d’appel de fonction de l’application pour identifier comment ces m´ethodes sont appel´ees. La figure A.2 est un extrait du graphe d’appel et indique que les deux m´ethodes sont appel´ees durant la cr´eation du composant SearchService, plus pr´ecis´ement par la m´ethode onCreate de ce composant. L’analyse du code de cette m´ethode, listing A.6, indique que l’ex´ecution de l’attaque ne se fait qu’apr`es un laps de temps. A la cr´eation du composant, l’application r´ecup`ere la valeur du pa- ` ram`etre start dans ses pr´ef´erences et la compare avec le temps du syst`eme. Si la diff´erence est inf´erieure `a 14400000.0ms alors l’attaque n’est pas lanc´ee et la valeur de start est initialis´ee au temps du syst`eme. Dans le cas contraire, l’attaque est lanc´ee. La condition pour que l’attaque soit ex´ecut´ee est ainsi qu’au moins 14400000.0ms se soit ´ecoul´e depuis le changement de la valeur du param`etre start. Ce param`etre est stock´e dans le fichier sstimestamp.xml, voir listing A.7, situ´e dans un sous-r´epertoire du r´epertoire local de l’application. En modifiant sa valeur, nous pouvons ainsi faire croire `a l’application que plus de 14400000.0ms s’est ´ecoul´e et forcer l’ex´ecution du code malveillant. 4. MD5 : 7f5fd7b139e23bed1de5e134dda3b1caA.3. DROIDKUNGFU1 141 Figure A.2 – Extrait du graphe d’appel de fonction d’un ´echantillon de DroidKungFu142ANNEXE A. EV´ ENEMENTS D ` ECLENCHEURS DE CODE MALVEILLANT ´ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Listing A.5 – Extrait du contenu du fichier AndroidManifest.xml d’un ´echantillon de DroidKungFu1 1 public void onCreate() { 2 super.onCreate(); 3 v5 = this.getSharedPreferences("sstimestamp", 0); 4 v3 = v5.getLong("start", 0.0, v8); 5 v0 = System.currentTimeMillis(); 6 if(v3 != 0.0) { 7 if((v0 - v3) >= 14400000.0) { 8 this.mPreferences = this.getSharedPreferences("permission", 0); 9 if(com.google.ssearch.Utils.isConnected(this) != 0) { 10 this.doSearchReport(); 11 } 12 this.getPermission(); 13 this.provideService(); 14 } else { 15 this.stopSelf(); 16 } 17 } else { 18 v2 = v5.edit(); 19 v2.putLong("start", v0, v1); 20 v2.commit(); 21 this.stopSelf(); 22 } 23 return; 24 } Listing A.6 – M´ethode onCreate du composant SearchService d’un ´echantillon de DroidKungFu1A.3. DROIDKUNGFU1 143 1 2 Listing A.7 – Contenu du fichier sstimestamp.xml d’un ´echantillon de DroidKungFu1144ANNEXE A. EV´ ENEMENTS D ` ECLENCHEURS DE CODE MALVEILLANT ´ A.4 DroidKungFu2 DroidKungFu2 [60] est un malware d´ecouvert en 2011 et consid´er´e comme ayant ´et´e ´ecrit par le mˆeme groupe de d´eveloppeurs que DroidKungFu1. Le rapport sur son analyse indique qu’ils ont d’ailleurs un comportement similaire car ils exploitent tous deux des vuln´erabilit´es dans le syst`eme pour ´elever leur privil`eges et installer de nouvelles applciations sur le t´el´ephone. La diff´erence entre les attaques sont les applications qu’ils installent sur le t´el´ephone. En analysant un des ´echantillons de DroidKungFu2 5 , nous remarquons rapidement que leur mode d’ex´ecution est le mˆeme. Voir listing A.8. Dans DroidKungFu2, le code malveillant est ´ex´ecut´e lors de la cr´eation d’un service et sous la condition qu’un certain temps se soit ´ecoul´e. Nous pouvons aussi d’ailleurs remarquer que le nom de certaines m´ethodes appel´ees sont exactement les mˆemes (ex : getPermission). Il suffit de modifier la valeur du param`etre start dans sstimestamp.xml pour faire ainsi croire `a l’application que plus de 1800000.0ms se sont ´ecoul´ees et forcer l’ex´ecution du code malveillant. 1 public void onCreate() { 2 super.onCreate(); 3 v5 = this.getSharedPreferences("sstimestamp", 0); 4 v3 = v5.getLong("start", 0.0, v8); 5 v0 = System.currentTimeMillis(); 6 if(v3 != 0.0) { 7 if((v0 - v3) >= 1800000.0) { 8 this.mPreferences = this.getSharedPreferences("permission", 0); 9 this.updateInfo(); 10 this.getPermission(); 11 this.provideService(); 12 } else { 13 this.stopSelf(); 14 } 15 } else { 16 v2 = v5.edit(); 17 v2.putLong("start", v0, v1); 18 v2.commit(); 19 this.stopSelf(); 20 } 21 return; 22 } Listing A.8 – M´ethode onCreate d’un composant service d’un ´echantillon de DroidKungFu2 5. MD5 : f438ed38b59f772e03eb2cab97fc7685A.5. JSMSHIDER 145 A.5 jSMSHider Les ´echantillons de jSMSHider ex´ecutent tous leur code malveillant d`es le lancement de l’application. Il n’y a ainsi nul besoin d’introduire manuellement des ´ev`enements dans le syst`eme.146ANNEXE A. EV´ ENEMENTS D ` ECLENCHEURS DE CODE MALVEILLANT ´Publications V Viet Triem Tong, R Andriatsimandefitra, S Geller, S Boche, F Tronel, C Hauser. Mise en œuvre de politiques de protection des flux d’information dans l’environnement Android. Computer & Electronics Security Applications Rendezvous, 2011. Rennes, France. Radoniaina Andriatsimandefitra, St´ephane Geller, Val´erie Viet Triem Tong. Designing information flow policies for android’s operating system. IEEE International Conference on Communications, 2012 (ICC 2012). Ottawa, Canada R Andriatsimandefitra, V. Viet Triem Tong, L M´e. Diagnosing intrusions in Android operating system using system flow graph. Workshop Interdisciplinaire sur la S´ecurit´e Globale, 2013 (WISG 2013). Troyes, France. M Jaume, R Andriatsimandefitra, V. Viet Triem Tong, L M´e. 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Interaction entre alg`ebre lin´eaire et analyse en formalisation des math´ematiques Guillaume Cano To cite this version: Guillaume Cano. Interaction entre alg`ebre lin´eaire et analyse en formalisation des math´ematiques. Other. Universit´e Nice Sophia Antipolis, 2014. French. . HAL Id: tel-00986283 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00986283 Submitted on 2 May 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.UNIVERSITÉ DE NICE - SOPHIA ANTIPOLIS ÉCOLE DOCTORALE STIC SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE L’INFORMATION ET DE LA COMMUNICATION THÈSE pour l’obtention du grade de Docteur en Sciences de l’Université de Nice - Sophia Antipolis Mention : Informatique Présentée et soutenue par Guillaume CANO Interaction entre algèbre linéaire et analyse en formalisation des mathématiques Thèse dirigée par Yves BERTOT soutenue le 4 avril 2014 Jury : Micaela MAYERO - Maître de conférence, LIPN (Rapporteur) Julio RUBIO - Professeur, Université de la Rioja (Rapporteur) Yves BERTOT - Directeur de recherche, INRIA (Directeur) Stephen Watt - Professeur, Université Ontario Ouest (Examinateur) Christine PAULIN-MOHRING - Professeur, Université Paris Sud (Examinateur) Douglas HOWE - Professeur, Université Carlton (Examinateur)Abstract In this thesis we present the formalization of three principal results that are the Jordan normal form of a matrices, the Bolzano-Weierstraß theorem, and the Perron-Frobenius theorem. To formalize the Jordan normal form, we introduce many concepts of linear algebra like block diagonal matrices, companion matrices, invariant factors, ... The formalization of Bolzano-Weierstraß theorem needs to develop some theory about topological space and metric space. The Perron-Frobenius theorem is not completly formalized. The proof of this theorem uses both algebraic and topological results. We will show how we reuse the previous results. Résumé Dans cette thèse nous présentons la formalisation de trois résultats principaux que sont la forme normale de Jordan d’une matrice, le théorème de Bolzano-Weierstraß et le théorème de Perron-Frobenius. Pour la formalisation de la forme normale de Jordan nous introduisons différents concepts d’algèbre linéaire tel que les matrices diagonales par blocs, les matrices compagnes, les facteurs invariants, ... Ensuite nous définissons et développons une théorie sur les espaces topologiques et métriques pour la formalisation du théorème de BolzanoWeierstraß. La formalisation du théorème de Perron-Frobenius n’est pas terminé. La preuve de ce théorème utilise des résultat d’algèbre linéaire, mais aussi de topologie. Nous montrerons comment les précédents résultats seront réutilisés.Remerciements Je voudrais dans un premier temps remercier Micaela Mayero et Julio Rubio pour avoir acceptés d’endurer l’épreuve d’être les rapporteurs de cette thèse. Je remercie mon directeur de thèse Yves Bertot pour m’avoir permis de faire cette thèse, mais aussi pour les moments patisserie. Je tiens à remercier aussi toute l’équipe Marelle pour son soutient. Je remercie Nathalie Bellesso qui est une secrétaire merveilleuse, qui m’a aidée dans mes tâches administratives et qui en plus écrit de bons livres. Je remercie José Grimm pour ces conseils TEXniques, Laurent Théry pour son soutient, ses conseils et ses casse-têtes. Et surtout un grand merci à Laurence Rideau qui a passé beaucoup de temps à m’apprendre SSReflect, à relire mes écrits, à corriger mes fautes réccurentes, qui a aussi eu la patience de me supporter, et aussi qui m’a encouragé, grondé et motivé tout au long de ma thèse. Je remercie également ceux qui ont passés du temps à la relecture de ma thèse, et que j’ai déjà cités. Merci également à Ioana Paşca qi m’a beaucoup appris, en particulier une chose absolument fondamentale : le chocolat, au bureau, c’est important ! Merci à Tom Hutchinson dont j’ai apprécié la compagnie et les conversations. Merci aussi à Cyril Cohen, Maxime Dénès, Érik Martin-Dorel, Anders Mörtberg. Merci à ceux que j’ai oubliés. Je remercie aussi ma famille pour son soutient à toute épreuve. Et je voudrais rendre hommage à Pierre Damphousse, sans qui je n’aurais jamais fait cette thèse.Table des matières Introduction 1 1 Preuve formelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Assistants de preuve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 Brève présentation de Coq . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.1 Les Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4.1 Motivations générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4.2 Motivations de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 Contexte 9 1.1 Les types de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1.1 Le type produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.2 Les types propositionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.3 Le type booléen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.4 Les entiers naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1.5 Les séquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 La bibliothèque SSReflect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.1 La réflexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.2 Le système de vue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.3 Les types avec une égalité décidable . . . . . . . . . . . . . 15 1.2.4 Les types finis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.5 Les opérateurs de familles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.6 Les structures algébriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2.7 Les polynômes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2.8 Les matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.9 Matrices et polynômes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.10 Les structures ordonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.2.11 Les nombres complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2 Forme de Jordan d’une matrice 25 2.1 Matrices diagonales par blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.1 Définition idéale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26vi Table des matières 2.1.2 Problèmes en dimension nulle . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.1.3 Définition finale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2 Matrices semblables et équivalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2 Théorème fondamental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3 Forme normale de Smith . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.1 Spécification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.2 Unicité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.3 Facteurs invariants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.4 Forme normale de Frobenius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.1 Matrices compagnes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.2 De Smith à Frobenius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.5 Forme normale de Jordan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.5.2 De Frobenius à Jordan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.5.3 Diagonalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.7 Travaux reliés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3 Topologie 51 3.1 Théorie des ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.1.1 Réécriture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.1.2 Les familles d’ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2 Structures Topologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.2.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.2.2 Approche naïve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.3 Approche SSReflect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.3 Bolzano-Weierstraß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.3.1 Topologie générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.3.2 Les suites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.3.3 Le théorème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5 Travaux reliés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4 Perron-Frobenius 69 4.1 Rappels et définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1.1 Minimum et maximum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1.2 Éléments d’algèbre linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2 Matrices strictement positives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.1 Preuve du théorème principal . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.2 Instance des structures topologiques . . . . . . . . . . . . . 75 4.2.3 Preuve de l’axiome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.3 Matrices à coefficients positifs ou nuls . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.3.1 La preuve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Table des matières vii 4.3.2 Convergence des rayons spectraux . . . . . . . . . . . . . . 81 4.3.3 Compacité de la boule unité . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.5 Travaux reliés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Conclusion 85 Bibliographie 87Introduction 1 Preuve formelle Formaliser un théorème, c’est difficile à définir formellement. Dans le mot “formelle” on a le mot “forme”. Une preuve formelle, serait donc une preuve qui manipule seulement des formes, des symboles, en faisant abstraction du sens que peuvent avoir ces symboles. Le mieux serait d’essayer de comprendre sur un exemple. Essayons de formaliser le résultat suivant : “Si nous avons un ensemble, avec une loi associative sur cet ensemble qui possède un élément neutre, et si un élément de l’ensemble possède un inverse à droite et un inverse à gauche, alors l’inverse à droite et l’inverse à gauche sont égaux”. Nous commencons d’abord par mettre en forme l’énoncé, c’est-à-dire l’exprimer à l’aide de symboles. Nous pouvons utiliser la lettre “E” pour désigner l’ensemble, le symbole “∗” pour la loi, et “e” pour son élément neutre. Nous pouvons formaliser le fait que la loi est associative et que e et un élément neutre par les hypothèses suivantes : hA : ∀xyz ∈ E,(x ∗ y) ∗ z = x ∗ (y ∗ z). n1 : ∀x ∈ E, x ∗ e = x. n2 : ∀x ∈ E, e ∗ x = x. Ensuite nous pouvons utiliser par exemple la lettre “a” pour désigner un élé- ment de E qui a un inverse à gauche et à droite que nous appellerons a1 et a2. Formellement, nous avons les deux hypothèses suivantes : ha1 : a ∗ a1 = e ha2 : a2 ∗ a = e et donc nous voulons prouver que a1 = a2. Nous avons pour l’instant décrit formellement les hypothèses de l’énoncé, ainsi que le but que nous voulons prouver. Nous pouvons maintenant prouver formellement que a1 = a2 en utilisant uniquement les hypothèses que nous avons formalisées.2 Introduction Nous avons donc a1 = e ∗ a1 = (a2 ∗ a) ∗ a1 = a2 ∗ (a ∗ a1) = a2 ∗ e = a2, en utilisant respectivement les hypothèses n2, ha2, hA, ha1, n1. Pour vérifier cette preuve, nous n’avons pas besoin de connaitre le sens des symboles. La première hypothèse utilisée est l’hypothèse n2. Si on regarde cette hypothèse, on s’aperçoit qu’il y a un signe “=” qui indique que la forme qu’il y a d’un coté de ce signe est équivalente à la forme qu’il y a de l’autre coté du signe, ainsi dans une expression nous pouvons remplacer l’une par l’autre. Donc l’hypothèse n2 dit que le dessin “a1” a la même forme que le dessin “e ∗ a1”. On n’a pas besoin de savoir à quoi correspond ∗ ou e, on a seulement besoin de savoir que l’on peut remplacer une expression par une autre, et donc on peut vérifier la preuve juste en comparant des dessins1 . C’est ce qu’on appelle une preuve formelle. Cette abstraction du sens des symboles que l’on manipule fait qu’une preuve formelle est généralement plus longue et détaillée qu’une preuve normale. En effet, dans une preuve mathématique, certaines choses sont considérées comme évidentes. Mais si l’on exprime ces choses à l’aide de symboles, et que l’on oublie le sens de ces symboles, alors en gros la seule trivialité qui reste est x = x. D’un autre côté, le fait de pouvoir faire des preuves en manipulant des symboles sans se préoccuper du sens fait que certaines choses peuvent se faire de manière automatique, et donc être faites par une machine. 2 Assistants de preuve Un assistant de preuve est un logiciel permettant de faire des preuves formelles. Il en existe de deux sortes : • Les assistants de preuve automatiques : ce sont des logiciels qui prouvent automatiquement les théorèmes. L’exemple utilisé ci-dessus serait très rapidement prouvé par un prouveur automatique. Pour prouver les théorèmes, le logiciel regarde parmi la liste des théorèmes qu’il a à sa disposition, lesquels il peut appliquer. Il essaye ensuite les lemmes qu’il peut appliquer. Pour chaque théorème appliqué, les conditions du théorème deviennent de nouveaux buts à prouver, il génère ainsi une sorte d’arbre de preuve. Si une branche de cet arbre termine, alors il annonce que le théorème est valide, sinon nous n’avons aucune information sur la validité du résultat que nous voulions prouver. Si l’on donne un théorème à un prouveur automatique, il répondra soit “c’est vrai” soit “je ne sais pas”, mais il n’indiquera pas comment il a prouvé le théorème. On peut cependant demander une trace de ce qu’il a fait, mais c’est rarement exploitable, on se sert géneralement de la trace pour voir quels théorèmes intermédiaires manquent à l’assistant de preuve pour valider la preuve. 1Enfin pas tout à fait. Dans cet exemple, il faut au moins connaître les symboles ∀, ∈, et =. Pour avoir une preuve formelle complète, il aurait fallu donner aussi les règles d’utilisation de ces symboles.3 Brève présentation de Coq 3 Ceci est une présentation assez grossière des assistants de preuve automatiques, on pourra trouver dans [6] ou dans [24] plus de détails sur les mécanismes utilisés. Les principaux prouveurs automatiques1 sont ACL2 [28, 29], Alt-Ergo [5], E-prover [44], Gappa [31], Z3 [11], ... • Les assistants de preuve semi-automatiques : contrairement aux assistants de preuve automatiques, les preuves sont faites par un utilisateur humain. L’utilisateur dit quel théorème il veut utiliser, et la machine indique si oui ou non le théorème peut être appliqué ou pas. Donc ici l’humain fait la preuve, et la machine la vérifie. Parmi les principaux assistants de preuve semiautomatique, on trouve HOL [35], HOL-Light [25], Isabelle [50], Coq [13], Mizar [33], Matita [1], PVS [45], Nuprl [10] ... Dans cette thèse nous utiliserons l’assistant de preuve Coq. 3 Brève présentation de Coq Le logiciel Coq est un assistant de preuve semi-automatique qui permet de faire des preuves, mais aussi des programmes (et des preuves sur ces programmes !). La construction de preuves se fait à l’aide d’un langage de tactiques. Une tactique c’est ce qui permet de dire au système quel règle logique utiliser pour construire les preuves. La formalisation des théorèmes en Coq se fait de manière interactive avec la machine. En général nous avons un environnement de preuve qui se présente comme suit : H =================== B où H est la partie où sont nos hypothèses, et B est la partie où il y a le(s) but(s) que nous voulons prouver. Supposons par exemple que nous ayons l’environnement de preuve suivant : ... Hn0 : n = 0 H : m = n -> P =================== P Nous pouvons écrire dans le script de preuve que l’on veut appliquer l’hypothèse H en écrivant : apply: H. Nous pouvons ensuite exécuter la commande que l’on vient d’écrire pour voir comment notre environnement de preuve évolue. Ici il y a deux possibilités, soit 1On peut trouver une liste plus complète dans http://why3.lri.fr/.4 Introduction le système Coq ne peut pas appliquer l’hypothèse et dans ce cas il renvoie un message d’erreur, soit comme c’est le cas ici, le système Coq peut appliquer l’hypothèse et dans ce cas il va alors demander de prouver les conditions de l’hypothèse. Nous aurons donc le nouvel environnement de preuve suivant : ... Hn0 : n = 0 =================== m = n Là, nous savons que n = 0, nous pouvons donc remplacer n par 0 dans notre but. Pour cela, nous pouvons écrire dans le script de preuve la ligne suivante : rewrite Hn0. Après l’exécution de cette ligne, nous aurons l’environnement de preuve suivant : ... Hn0 : n = 0 =================== m = 0 Dans cet exemple, apply et rewrite sont ce qu’on appelle des tactiques. Au départ nous voulions prouver la proposition P, et en utilisant les deux tactiques cidessus, nous nous somme ramenés à prouver m = 0. C’est en utilisant les tactiques et nos hypothèses que nous allons construire progressivement la preuve formelle. Le langage que nous utiliserons pour la formalisation des théorèmes s’appelle SSReflect [20]. C’est une extension de Coq créée par Georges Gonthier pour prouver le théorème des quatre couleurs [18]. Le langage de tactique est défini différemment mais le noyau qui vérifie les preuves reste le même. Cette bibliothèque possède déjà les outils de base pour faire de l’algèbre linéaire. 3.1 Les Types Coq est un langage fortement typé. Un type définit un ensemble d’objets de même nature. Par exemple dans Coq tous les entiers naturels sont de type nat, on écrit : 3 : nat et ça se lit “trois est de type nat”. Le type Prop est le type des propositions, par exemple : (forall n : nat, n + 0 = n) : Prop Maintenant dire que le type de H est la proposition forall n : nat, n + 0 = n, c’est dire que H est une preuve de cette proposition. Si on reprend l’exemple ci-dessus, on a dans nos hypothèses la ligne suivante : Hn0 : n = 04 Motivations 5 Cela signifie que parmi nos hypothèses on a une preuve (ici appelé Hn0) que n = 0. Toutes les preuves d’une proposition ont le même type. Le type d’une fonction est indiqué par une flèche. Le type nat -> nat, par exemple, est le type d’une fonction qui prend en argument un entier et qui retourne comme résultat un entier. On utilise la même flèche pour l’implication. En effet, si P et Q sont des propositions, P -> Q est le type d’une fonction qui prend en argument une preuve de P et qui retourne comme résultat une preuve de Q, c’est bien une preuve de P implique Q. Cette correspondance entre les types et les preuves s’appelle la correspondance de Curry-Howard. Elle fait le lien entre une preuve d’une proposition P, et le type d’un terme de λ-calcul. Donc vérifier une preuve revient à vérifier le type d’un λ-terme. Et la vérification de type est quelque chose qui peut se faire de manière automatique par un ordinateur. Coq est un assistant de preuve qui utilise cette correspondance. Coq permet également de travailler avec des types dépendants. Un type dé- pendant est un type qui dépend de un ou plusieurs paramètres. Par exemple, le type d’une matrice est un type qui dépend du nombre de lignes et de colonnes de la matrice. 4 Motivations 4.1 Motivations générales Il y a deux principales raisons pour lesquelles on voudrait faire des preuves formelles. La première est pour vérifier des programmes. Par exemple, les programmes utilisés dans les métros automatiques qui n’ont pas de conducteur, ou les programmes utilisés dans des avions, etc. C’est le genre de programmes dont on voudrait être sûr qu’ils ne feront pas d’erreurs. La seconde, est que certaines preuves mathématiques nécessitent de longs calculs par ordinateur. C’est le cas par exemple du théorème des quatre couleurs ou dernièrement de la conjecture de Kepler qui est en train d’être formalisée avec l’assistant de preuve HOL Light [21, 22]. Donc prouver formellement que les calculs faits par l’ordinateur sont corrects permet d’avoir une meilleure certitude sur ces preuves. Il y a aussi le fait que les preuves mathématiques deviennent plus difficiles. Il existe des théorèmes dont la preuve n’est compréhensible que seulement par une poignée de mathématiciens. Ce sont des théorème difficiles à vérifier et prouver formellement ces théorèmes permettrait de pouvoir vérifier ces preuves de manières automatiques. C’est le cas par exemple du théorème de Feit-Thompson [19] dont la preuve fait plusieurs centaines de pages et qui a été formalisé avec l’assistant de preuve Coq.6 Introduction 4.2 Motivations de la thèse Les démonstrations de certains théorèmes mathématiques parfois font intervenir des résultats de différentes branches des mathématiques. C’est le cas par exemple du théorème de Perron-Frobenius qui parle des propriétés du rayon spectral des matrices à coefficients positifs. La preuve de ce théorème utilise des résultats d’algèbre linéaire, comme la réduction de Jordan d’une matrice, mais aussi des résultats d’analyse comme le théorème de Bolzano-Weierstraß en topologie générale, ou des résultats de convergence sur les matrices. Le but de cette thèse a été d’essayer de fournir des outils d’algèbre linéaire et d’analyse assez généraux pour qu’ils puissent être réutilisés. Nous présenterons dans cette thèse d’abord les travaux sur la forme normale de Jordan, ensuite ceux sur la topologie générale. Ces deux parties ont été formalisées indépendamment l’une de l’autre. Nous verrons une réutilisation de ces résultats dans le dernier chapitre avec le théorème de Perron-Frobenius. Ce qui a amené en premier lieu à s’intéresser au théorème de Perron-Frobenius est un problème de robotique qui a demandé à étudier des matrices dont les coefficients sont des intervalles [32]. Le fait que l’on ait besoin du théorème de Perron-Frobenius a été mis en évidence par Ioana Paşca en étudiant la régularité de ces matrices [42]. 5 Contributions La preuve du théorème de Perron-Frobenius qui a été formalisée en partie dans cette thèse utilise deux résultats fondamentaux en mathématiques qui sont le théorème de Bolzano-Weierstraß en topologie générale et la forme normale de Jordan d’une matrice en algèbre linéaire. Jusqu’à présent les notions de topologie telles que la continuité de fonction, ou la convergence de suite, par exemple, sont formalisées dans un cadre restreint, c’est-à-dire la plupart du temps celui des nombres réels. Pour la formalisation du théorème de Perron-Frobenius, nous avons besoin d’utiliser des propriétés de topologie sur des matrices. C’est pourquoi cette thèse propose une formalisation de résultats de topologie générale qui pourront être utilisés pour n’importe quel type, du moment que l’on aura instancié une topologie sur ce type. Un des résultats important de cette formalisation est le théorème de Bolzano-Weierstraß. La formalisation de la forme normale de Jordan a, entre autre, apporté une formalisation des matrices diagonales par blocs, d’une théorie sur les matrice semblables et équivalentes, de la théorie des facteurs invariants, des matrices compagnes, en formalisant au passage la forme normale de Frobenius. En collaboration avec Maxime Dénès, nous avons pu, en utilisant les outils fournis par les bibliothèques CoqEAL1 et SSReflect, faire une formalisation complète (sans 1http://www.maximedenes.fr/content/coqeal-coq-effective-algebra-library5 Contributions 7 axiomes) de ces résultats. Pour la preuve du théorème de Perron-Frobenius, nous avons formalisé des théorèmes généraux sur la convergence des suites sur des structures ordonnées et archimédiennes, mais aussi sur la convergence des suites de matrices. En particulier nous établissons formellement quelles sont les conditions nécessaires et suffisantes pour que la suite des puissances d’une matrice converge vers zéro. Nous donnons également une définition formelle du rayon spectral d’une matrice. Pour résumer, les contributions originales de cette thèse sont : • Une théorie générale sur la topologie. – dont le théorème de Bolzano-Weierstraß. • Les matrices diagonales par blocs. • Une théorie des facteurs invariants. • Les matrices compagnes. • Les formes normales de Frobenius et de Jordan d’une matrice. • Des théorèmes généraux sur la convergence des suites – sur les structures ordonnées. – sur les structures archimédiennes. – sur les matrices. • Une définition du rayon spectral d’une matrice. • Une preuve partielle du théorème de Perron-Frobenius.Chapitre 1 Contexte L’outil utilisé pour la formalisation de tous les résultats présentés dans cette thèse est l’assistant de preuve Coq avec la bibliothèque SSReflect. La bibliothèque SSReflect contient déjà des théories assez développées sur les principaux concepts que nous utiliserons tels que les polynômes ou les matrices par exemple. Nous présenterons donc ici comment les principaux outils que nous utiliserons par la suite sont formalisés dans la bibliothèque SSReflect, afin de familiariser le lecteur avec les notations et les énoncés formels qu’il rencontrera. 1.1 Les types de base Les notions abordées dans cette section sont expliquées plus en détail dans [3]. La plupart des types en Coq sont des types inductifs. Les types inductifs sont en général définis comme suit : Inductive TI := C1 : e1 | C2 : e2 | ... | Ck : ek. Ici les ei sont des expressions dans lesquelles le type TI peut apparaître. Les Ci sont les constructeurs du type TI. C’est ce qui permet de construire des éléments de type TI. Tous les éléments de type TI sont forcément construits à partir des constructeurs. Nous pouvons définir des fonctions du type inductif TI vers un type T en faisant un traitement par cas sur toutes les formes possibles de l’élément de type TI passé en argument de la fonction : Definition f (x : TI) : T := match x with |C1 ... => E1 |C2 ... => E2 ... |Ck ... => Ek end.10 Contexte où les points de suspensions horizontaux sont de possibles arguments des constructeurs du type TI. L’expression f (Ci ...) est convertible avec l’expression Ei, c’est-à-dire que l’expression f (Ci ...) se réduit en Ei par des règles de calculs. On peut considérer deux expressions convertibles comme étant identiques. Nous allons voir dans la suite les types inductifs de base dans Coq. 1.1.1 Le type produit Le type produit de deux types A et B est défini comme suit : Inductive prod (A B : Type) := pair : A -> B -> prod A B. Ce type correspond au produit cartésien de A et de B. La notation définie dans la bibliothèque standard de Coq pour prod A B est A * B, et celle pour pair x y est (x,y). Donc si nous avons x : A et y : B alors nous avons (x,y) : A * B. Si nous avons un élément p : A * B alors on peut définir les projections qui permettent de récupérer le premier et le second élément de la paire p : Definition fst (A B : Type) (p : A * B) := match p with (x,y) => x end. La fonction snd qui renvoie le second élément de p est définie de la même manière. Dans la bibliothèque SSReflect, la notation p.1 désigne fst p et p.2 désigne snd p. Donc (x,y).1 = x et (x,y).2 = y. 1.1.2 Les types propositionnels Soit A et B deux propositions, alors les propositions « A et B » et « A ou B » sont exprimées formellement à l’aide de types inductifs. Elles sont notées respectivement A /\ B et A \/ B. Pour la conjonction de plusieurs propositions par exemple, on peut rencontrer dans la bibliothèque SSReflect, la notation suivante : [/\ A , B & C] Pour la disjonction le /\ est remplacé par \/ et le & par |. On peut utiliser cette notation jusqu’à cinq propositions pour la conjonction, et quatre pour la disjonction. 1.1.3 Le type booléen Les booléens sont définis simplement dans Coq de la manière suivante : Inductive bool := true : bool | false : bool. Les opérateurs booléens « et » et « ou » sont notés respectivement a && b et a || b pour deux booléens a et b quelconques.1.1 Les types de base 11 1.1.4 Les entiers naturels Les entiers naturels sont définis selon la construction de Peano : Inductive nat := O : nat | S : nat -> nat. Le constructeur S correspond à la fonction successeur. Dans la bibliothèque SSReflect, S n est noté n.+1, n.+2 est une notation pour S n.+1, cela va jusqu’à n.+4. La fonction prédécesseur d’un entier est définie dans la bibliohèque standard de Coq : Definition pred n := match n with 0 => 0 | S n’ => n’ end. La bibliothèque SSReflect fourni pour pred n une notation similaire à la pré- cedente qui est n.-1, de même nous avons aussi la notation n.-2. 1.1.5 Les séquences Une séquence permet d’énumérer un nombre fini d’éléments de même type. On utilise plus couramment le mot « liste », d’ailleurs dans la bibliothèque standard de Coq ce type s’appelle list. Pour certaines raisons historiques dans la bibliothèque SSReflect on utilise la notation seq pour list, donc bien que la définition des séquences soit définie dans la bibliothèque standard de Coq, je vais la présenter ici avec la notation SSReflect car c’est celle que nous utiliserons par la suite : Inductive seq (T : Type) := nil : seq T | cons : T -> seq T -> seq T. Les notations et les quelques définitions que nous allons voir maintenant sont celles de la bibliothèque SSReflect. Le constructeur nil, noté [::], correspond à la séquence vide. Le constructeur cons permet d’ajouter un élément en tête d’une séquence. Par exemple si s est la séquence qui contient (dans cet ordre) les éléments 2 et 3 alors cons 1 s est la séquence qui contient (dans cet ordre) les éléments 1, 2 et 3. On note cons a s par a :: s, par exemple la séquence ci-dessus est notée 1 :: (2 :: (3 :: nil)). Une autre façon de noter cette séquence est la suivante [:: 1 ; 2 ; 3 ]. Voici plusieurs fonctions élémentaires sur les séquences : • La fonction size retourne le nombre d’éléments d’une séquence. • La fonction nth permet de retourner le n-ième élément d’une séquence. Cette fonction prend un élément par défaut comme argument. Par exemple nth x0 s i retourne x0 si la séquence s est vide ou si l’entier i est plus grand que size s et retourne le i-ème élément de la séquence sinon. Si le12 Contexte type des éléments d’une séquence s a une structure de groupe additif avec comme élément neutre 0, alors la notation s‘_i désigne nth 0 s i. • la fonction last retourne le dernier élément d’une séquence. Par exemple, last x0 s retourne le dernier élément de la séquence s et x0 si la séquence s est vide. • La fonction cat permet de concaténer deux séquences. cat s1 s2 se note s1 ++ s2. • La fonction map permet à partir d’une séquence s et d’une fonction f d’obtenir une nouvelle séquence en appliquant f à chaque élément de s. Par exemple map f [:: 1 ; 2 ; 3] est la séquence [:: f 1 ; f 2 ; f 3]. La notation [seq f x | x <- s] est une notation dite par compréhension pour map f s. On peut lire cette notation comme « La séquence des f x tels que x appartient à s »(le signe <- symbolise ∈). • La fonction filter permet à partir d’un prédicat booléen P et d’une sé- quence s d’obtenir une séquence qui ne contient que les éléments de la séquence s qui vérifient le prédicat P. La notation par compréhension de filter P s est [seq x <- s | P x]. 1.2 La bibliothèque SSReflect Dans cette section, nous allons expliquer dans un premier temps quelques mécanismes utilisés dans la bibliothèque SSReflect. Nous présenterons ensuite les principaux outils de SSReflect utilisés pour la formalisation. 1.2.1 La réflexion La réflexion est une manière d’utiliser le calcul pour prouver un résultat. Imaginez un miroir. D’un côté du miroir il y a le monde des propositions, et de l’autre côté il y a le monde des booléens. Si certaines propositions (pas toutes) se regardent dans le miroir, elle pourront voir une expression booléenne qui reflète leur comportement. C’est-à-dire que l’expression booléenne aura la valeur true si la proposition est vraie et la valeur false sinon. Prouver une proposition P par réflexion, c’est passer de l’autre côté du miroir, pour calculer la valeur de l’expression booléenne et ainsi en déduire la valeur de vérité de la proposition. Dans la bibliothèque SSReflect, les lemmes qui permettent de passer d’un côté ou de l’autre du miroir sont appelés des lemmes de réflexion. Ces lemmes s’expriment à l’aide du type inductif suivant : Inductive reflect (P : Prop) : bool -> Set := ReflectT (_ : P) : reflect P true | ReflectF (_ : ~P) : reflect P false.1.2 La bibliothèque SSReflect 13 Le type reflect a deux constructeurs de type légèrement différent. Le premier constructeur prend une preuve de la proposition P en argument (cette preuve n’étant pas utilisée dans le type du constructeur, il est inutile de lui donner un nom, d’où le _:), et son type est reflect P true. Alors que le deuxième constructeur prend en argument une preuve de ~P et a comme type reflect P false. Nous avons donc une correspondance entre une preuve de P avec la valeur true, et une preuve de ~P avec la valeur false. Si H est de type reflect P b alors nous avons deux cas. Soit H = ReflectT H’, et dans ce cas nous avons d’une part b = true (car le type de ReflectT H’ est reflect P true), et d’autre part la proposition P est vraie (car H’ est une preuve de P). Soit H = ReflectF H’ et alors dans ce cas b = false et H’ est une preuve de ~P. Ainsi H : reflect P b exprime bien le fait qu’il y a une réflexion entre la valeur de b et la proposition P. Un lemme de réflexion sur la proposition P permet de faire un raisonnement classique sur cette proposition. Si nous avons l’environnement de preuve suivant : ... H : reflect P b. ========================== G(b) alors nous pouvons faire un traitement par cas sur l’hypothèse H : case: H. Cette tactique va essayer de déstructurer l’hypothèse H. Comme le type de H est inductif et possède deux constructeurs, cela va générer deux sous-buts (un pour chaque constructeur). Chacun des constructeurs ayant besoin d’un argument, chaque sous-but va être quantifié sur ces arguments ; dans le premier cas l’argument est une preuve de P, et dans le deuxième cas c’est une preuve de ~P. Nous allons donc avoir les deux sous-buts suivants : subgoal 1 : ... ============================== P -> G(true) subgoal 2 is : ~P -> G(false) Mis à part le remplacement du booléen b par sa valeur dans chacun des cas, nous obtenons le même résultat que si l’on avait utilisé la tactique case: HP, où HP est une hypothèse de type P \/ ~P. Avec des lemmes de réflexion il est possible de passer facilement du monde des propositions au monde booléen (et vice versa) grâce au mécanisme de « vue » que nous allons présenter dans la section suivante.14 Contexte 1.2.2 Le système de vue Dans la bibliothèque SSReflect, il existe un mécanisme de « vue ». Il est nommé ainsi car il permet de faire, dans un certain sens, des changements de point de vue. Pour utiliser le système de vue on utilise la syntaxe suivante : tactic/H. où tactic peut être une tactique quelconque1 , et H une hypothèse ayant une des trois formes suivantes : 1. P -> Q 2. P <-> Q 3. reflect P b où P, Q sont des propositions et b un booléen. Dans chaque cas, il y a deux exemples d’utilisation des vues. Regardons d’abord les cas 1) et 2) : • Le premier exemple d’utilisation est quand le but que l’on veut prouver est Q. Alors dans ce cas là la tactique apply/H transforme le but en P. • Le deuxième exemple d’utilisation est quand le but que l’on veut prouver est de la forme P -> G alors la tactique move/H transforme le but en Q -> G. La différence entre le cas 1) et le cas 2) est que dans le cas 2) les rôles des propositions P et Q peuvent être inversés. Nous allons expliquer maintenant le cas 3). Dans la bibliothèque SSReflect, il y a une coercition du type des booléens vers le type des propositions : Coercion is_true (b : bool) := b = true. Cette coercition permet d’utiliser les booléens comme des propositions. Donc dans le cas où H est de la forme reflect P b, le système de vues se comporte comme si l’on avait H : P <-> b (i.e P <-> b = true). Expliquons le principe sur un exemple. Imaginons que l’on veuille prouver qu’un booléen b soit égal à true, et que l’on ait une hypothèse H : reflect P b. Nous avons donc l’environnement de preuve suivant : ... H : reflect P b ======================= b Si l’on exécute la tactique apply/H nous obtiendrons : 1Enfin presque, disons plutôt à quelque exceptions près. Par exemple on ne peut pas utiliser de vue avec la tactique rewrite.1.2 La bibliothèque SSReflect 15 ... H : reflect P b ======================= P Pour voir ce qui s’est passé, nous pouvons exécuter la commande Show Proof, le système affichera un terme de preuve dans lequel on verra apparaître : . . . [eta introTF H] . . . Donc lorsque nous avons voulu appliquer une vue avec l’hypothèse H, le système a fait appel à un lemme appelé introTF. Le lemme introTF est défini dans la bibliothèque SSReflect comme suit : Lemma introTF (P : Prop) (b c : bool) : reflect P b -> (if c then P else ~P) -> b = c. Le but que l’on veut démontrer est b = true, donc si nous appliquons le lemme introTF il va être instancié avec c = true, et le système va nous demander de prouver if true then P else ~P ( c’est-à-dire P) et reflect P b, mais cette dernière hypothèse est donnée par H. Donc finalement le nouveau but sera transformé en P. Le théorème introTF a été ajouté dans une base de données, que nous appelerons la base des lemmes de vues, à l’aide de la commande Hint View. Donc lorsque nous avons exécuté la tactique apply/H, le système a cherché s’il y a un lemme dans la base des lemmes de vues qui pourrait être utilisé avec l’hypothèse H. Dans notre cas il a trouvé le lemme introTF, s’il n’avait pas trouvé de lemme qu’il aurait pu utiliser, il aurait essayé d’appliquer directement l’hypothèse H (c’est ce qu’il fait dans le cas où H : P -> Q par exemple). 1.2.3 Les types avec une égalité décidable L’égalité utilisée dans le système Coq est l’égalité de Leibniz. Prouver l’égalité entre deux éléments n’est pas toujours décidable. La théorie développée dans la bibliothèque SSReflect distingue le cadre où l’on peut décider de l’égalité. La structure d’égalité décidable est l’une des premières structures de base définies dans la bibliothèque SSReflect. On peut décider de l’égalité de deux éléments de type T si on a un algorithme qui prend en argument ces deux éléments et qui retourne le booléen true si ces éléments sont égaux, et le booléen false sinon. La structure est donc définie ainsi1 : Structure eqType := EqMixin { sort : Type ; eq_op : sort -> sort -> bool ; _ : forall x y, reflect (x = y) (eq_op x y) } 1Enfin presque, pour des raisons de clarté j’ai donné une définition plus simple.16 Contexte La notation utilisée pour eq_op x y est (x == y). L’expression (x == y) repré- sente donc une égalité booléenne. Bien sûr, l’algorithme caché derrière la notation == dépend du type de x et de y, s’ils sont de type nat, alors le == représente l’algorithme qui teste l’égalité de deux éléments de type nat, mais s’ils sont de type bool, alors le == représente le test d’égalité de deux booléens. Le sytème Coq retrouve les bonnes instances de la notation grâce à un système de structures canoniques. Cependant dans certains cas on peut demander au système de choisir une interprétation particulière du signe == avec la notation (x == y :> T), ici on demande au système de voir les éléments x et y comme des éléments de type T 1 , et donc l’algorithme de comparaison utilisé sera celui instancié sur le type T. 1.2.4 Les types finis Les types finis sont définis dans la bibliothèque SSReflect comme les types dont tous les éléments peuvent être énumérés dans une séquence. Ils sont définis dans une structure appelée finType. Ici nous allons présenter dans un premier temps le type fini appelé ordinal, car nous l’utiliserons couramment dans la suite. Nous verrons ensuite quelques notations à propos des fonctions sur un type fini. Les ordinaux Si n est un entier, alors le type ordinal n contient tous les entiers strictement plus petit que n. Il est défini dans la bibliothèque SSReflect comme suit : Inductive ordinal (n : nat) := Ordinal m (_ : m < n). Le type ordinal n est noté ’I_n. Ainsi, un élément x de type ’I_n est un entier muni d’une preuve qu’il est plus petit que n. Il y a donc une coercition naturelle du type ’I_n dans le type nat, cette coercition s’appelle nat_of_ord. Les fonctions sur les types finis Si nous avons une fonction f de type aT -> rT avec aT : finType et rT un type quelconque, alors cette fonction a un nombre fini d’images, donc l’image de f peut être représentée par une séquence. La théorie de ces fonctions est développée dans le fichier finfun.v de la bibliothèque SSReflect. Le type de ces fonctions est noté {ffun aT -> rT}. Pour définir une fonction qui a ce type, on peut utiliser la notation [ffun x => expr] où expr est le corps de la fonction. 1.2.5 Les opérateurs de familles Les opérateurs de familles sont les opérateurs que l’on utilise dans des expressions comme : 1 Il faut donc soit que le type de x et de y soit convertible au type T, soit qu’il existe une coercition du type de x et de y vers le type T.1.2 La bibliothèque SSReflect 17 X p i=n xi Y i∈S ai [ i∈S Ai Le fichier bigop.v de la bibliothèque SSReflect contient des définitions et des lemmes qui permettent d’exprimer formellement, et de manipuler ce genre d’expression. C’est ce que nous allons présenter brièvement ici. Supposons que nous avons un opérateur op avec la notation suivante : Variables (T : Type) (op : T -> T -> T). Notation "x * y" := (op x y). Les opérateurs de familles sont un moyen d’exprimer de manière concise une expression comme : x1 * x2 * ... * xk Autrement dit, on s’en sert pour appliquer, dans un certain sens, un opérateur à une famille d’éléments en itérant plusieurs fois l’opération. Il existe une fonction foldr définie dans la bibliothèque SSReflect, qui permet de faire cela sur les éléments d’une séquence. La fonction foldr est définie comme suit : Fixpoint foldr f x0 s := if s is x :: s’ then f x (foldr s’ f) else x0. Donc dans notre exemple, nous aurons : • foldr op x0 [::] = x0 • foldr op x0 [:: x1] = x1 * x0 Et de manière plus générale : • foldr op x0 [:: x1, x2, ..., xk] = x1 * (x2 * . . . * xk * x0) L’argument x0 de la fonction foldr est l’élément par défaut retourné quand la fonction est appelé sur la séquence vide. C’est pour cela que ci-dessus l’argument x0 apparaît à la fin de chaque expression. Donc pour que la fonction foldr ait le comportement attendu, il suffit que x0 soit un élément neutre à droite pour l’opérateur op. Dans ce qui est fait dans le fichier bigop.v, la fonction foldr n’est pas utilisée directement sur la séquence [:: x1, ..., xk] mais sur la séquence des indices (i.e la séquence [:: 1, 2, ... k] ; et donc au lieu d’utiliser directement la fonction op comme premier argument, on applique d’abord la fonction fun (i : nat) => xi avant de faire appel à l’opérateur op. Tout ce mécanisme est caché principalement derrière la notation suivante : \big[op/id]_(i <- s) F i où op est l’opérateur qui est itéré, id est (en général) l’élément neutre pour l’opérateur op, s la séquence des indices, et F i l’expression des termes auquels on applique l’opérateur op. Par exemple, si addn est l’addition sur les entiers, et U_ est une fonction sur les entiers alors :18 Contexte \big[addn/0]_(i <- [:: 2 ; 5 ; 7]) U_ i = U_ 2 + U_ 5 + U_ 7. Il existe plusieurs variantes de cette notation qui sont présentées dans le tableau suivant : Contexte Notation générale Exemple avec l’opérateur somme i) \big[op/id]_(m <= i < n) F i nX−1 i=m Fi ii) \big[op/id]_(i < n) F i X i seq R; _ : last 1 polyseq != 0}. Le symbole :> permet de déclarer polyseq comme une coercition du type des polynômes vers le type des séquences. La séquence vide représentant le polynôme nul doit vérifier la définition ci-dessus. Or lorsque la fonction last est appliquée à la séquence vide, elle retourne un élément par défaut. Cet élément par défaut doit être différent de 0, et le seul autre élément de l’anneau R dont on connait l’existence est 1. Donc pour que cette définition de polynôme soit valide, il faut que 1 != 0. C’est principalement pour cette raison que l’axiome 1 != 0 a été rajouté comme axiome dans la structure ringType. Nous allons voir d’abord quelques généralités sur les polynômes, ensuite nous parlerons de la divisibilité sur les polynômes. Généralité Le type des polynômes est noté {poly R}, ainsi si p : {poly R} alors p est un polynôme à coefficients dans l’anneau R. Voici un tableau qui résume les principales notations sur les polynômes : Notation SSReflect Description c%:P Le polynôme constant c (avec c : R) ’X Le polynôme X (où X est l’indéterminée) lead_coef p Le coefficient dominant du polynôme p p \is monic Le polynôme p est unitaire p.[a] La valeur du polynôme p évalué en a (i.e p(a)) Il n’y a pas vraiment de définition pour le degré d’un polynôme. On parle plutôt de la taille de la séquence des coefficients. Comme il existe une coercition des polynômes vers les séquences, on peut directement écrire size p. Donc pour un polynôme p non nul, (size p).-1 est égal au degré de p.1.2 La bibliothèque SSReflect 21 Divisibilité et racines Les notations liés à la divisibilité et aux racines d’un polynôme sont présentées dans le tableau suivant : Notation SSReflect Description p %/ q p divisé par q p %% q p modulo q p %| q p divise q p %= q p %| q et q %| p gcdp p q pgcd(p, q) root p x x est une racine de p \mu_x p multiplicité de x dans p La relation %= est une relation d’équivalence. Si p %= q alors cela veut dire que l’on peut passer de l’un à l’autre en multipliant par un scalaire inversible. En mode mathématique, nous noterons cette relation p ∼ q. 1.2.8 Les matrices Dans la bibliothèque SSReflect, les matrices sont définies comme suit : Inductive matrix := Matrix (_ : {ffun ’I_m * ’I_n -> R}). Ce type inductif a un constructeur Matrix qui prend en argument une fonction dont toutes les valeurs correspondent aux coefficients de la matrice. Cette fonction peut être récupérée par la fonction mx_val définie comme suit : Definition mx_val m n (A : matrix m n) := match A with Matrix g => g end. On peut ainsi définir la coercition suivante : Definition fun_of_matrix m n A (i : ’I_m) (j : ’I_n) := mx_val A (i,j). Coercion fun_of_matrix : matrix -> Funclass. Cette coercition permet de voir les matrices comme des fonctions. Ainsi, si nous avons une matrice A, alors on peut écrire A i j le coefficient de la ligne i et de la colonne j de A. Le type des matrices est noté de manière générale ’M[R]_(m,n) où R est le type des coefficients de la matrice et m et n ses dimensions. Si il n’y a pas d’ambiguïté sur le type des coefficients, alors on peut écrire ’M_(m,n). Dans le cas des matrices carrées on notera ’M[R]_n ou ’M_n. Si l’on connait l’expression générale des coefficients d’une matrice, alors on peut la définir avec la notation suivante : \matrix_(i < m , j < n) E i j22 Contexte où E est l’expression générale des coefficients. Le type de la matrice ainsi définie est ’M_(m,n). Dans le cas des matrices carrées, pour la taille de la matrice, on peut juste préciser (i, j < n) ; et si il n’y a pas d’ambiguïté sur la taille de la matrice alors on précisera simplement (i,j). Par exemple la matrice définie comme suit : \matrix_(i, j < 3) 2 *+ (i == j) + (i.+1 == j) correspond à la matrice :   2 1 0 0 2 1 0 0 2   Comme il y a une coercition du type bool vers le type nat, l’expression (i == j) sera interprétée comme 0 ou 1, et elle ne vaudra 1 que dans le cas où i et j sont égaux ; c’est la raison pour laquelle les 2 apparaissent sur la diagonale. En fait (i == j) est une façon d’écrire δij , le symbole de Kronecker, et a *+ (i == j) est une façon d’écrire a.δij . Ici nous avons montré l’exemple d’une matrice carrée où i et j ont le même type. Mais dans le cas d’une matrice rectangulaire, i et j ont des types différents, et donc l’expression (i == j) est mal typée. Par exemple, si nous avions écrit : \matrix_(i < 2, j < 3) 2 *+ (i == j) + (i.+1 == j) Nous aurions i : ’I_2 et j : ’I_3. Pour que la définition soit correcte il faut préciser au système Coq que l’on veut que la comparaison entre i et j se fasse sur les entiers. La définition correcte est donc : \matrix_(i < 2, j < 3) 2 *+ (i == j :> nat) + (i.+1 == j) Pour finir voici les notations usuelles sur les matrices : Notation SSReflect Description A i j Le coefficient Aij de la matrice A a%:M La matrice qui ne contient que des a sur la diagonale (par exemple 1%:M est la matrice identité) A *m B A ∗ B \det A Le déterminant de A A \in unitmx A est inversible 1.2.9 Matrices et polynômes Dans cette thèse nous serons amenés à évoquer les notions de polynôme caractéristique d’une matrice et de polynôme minimal. Ces notions sont formalisées dans la bibliothèque SSReflect dans le fichier mxpoly.v. Soit A un anneau, p ∈ A[X] et A ∈ Mn(A). Alors p(A) est la matrice qui correspond à l’évaluation du polynôme p en la matrice A. Par exemple, si nous1.2 La bibliothèque SSReflect 23 avons p = 2X2 − 3X + 4 alors p(A) = 2A2 − 3A + 4I. Si p est tel que p(A) = 0 alors on dit que p est un polynôme annulateur de la matrice A. La matrice XI − A est la matrice caractéristique de A. Le déterminant de cette matrice est un polynôme appelé polynôme caractéristique de la matrice A. Ce polynôme est un polynôme annulateur de la matrice. Le polynôme unitaire et annulateur de la matrice A de plus petit degré est appelé polynôme minimal de la matrice A. Une propriété caractéristique du polynôme minimal est que c’est un polynôme annulateur qui divise tout les autres polynômes annulateurs de la matrice. Le tableau ci-dessous donne le nom des fonctions définies dans la bibliothèque SSReflect qui correspondent à ce que l’on a décrit ci-dessus : Notation SSReflect Description horner_mx A p p(A) char_poly_mx A XI − A char_poly A polynôme caractéristique de A mxminpoly A polynôme minimal de A 1.2.10 Les structures ordonnées Les structures telles que les corps réels clos, ou les corps archimédiens sont dé- finis dans le fichier ssrnum.v de la bibliothèque SSReflect. La structure ordonnée la plus générale est basée sur la structure d’anneau commutatif intègre (idomainType), et contient en plus une comparaison booléenne large notée <=, une comparaison booléenne stricte notée <, et une fonction valeur absolue ou module notée ‘|.|. Cette structure est appelée numDomainType. Sur cette structure, les fonctions maxr et minr désignent respectivement les fonctions maximum et minimum. Voici les structures qui sont implémentées dans le fichier ssrnum.v : Nom de la structure Description numDomainType c’est la structure décrite plus haut numFieldType numDomainType, mais basé sur un corps numClosedFieldType numDomainType basé sur un corps algébriquement clos realDomainType numDomainType avec un ordre total realFieldType Corps réel archiFieldType Corps archimédien rcfType Corps réel clos Ces structures (ainsi que la construction de nombres complexes ci-dessous) sont expliquées plus en détails dans la thèse de Cyril Cohen [8].24 Contexte 1.2.11 Les nombres complexes Les nombres complexes sont définis comme étant une paire de nombres : Inductive complex (R : Type) : Type := Complex {Re : R; Im : R}. On utilisera en général la notation suivante : Local Notation C := (complex R). La notation x%:C représente un réel plongé dans les complexes, c’est une notation pour Complex x 0. On peut munir le type complex R des structures ordonnées numDomainType et numFieldType si R est de type rcfType (i.e. c’est un corps réel clos). En effet, pour définir le module d’un nombre complexe, il faut définir la fonction « racine carrée ». Or la racine carrée d’un nombre a est définie comme une racine du polynôme X2 − a, donc pour que cette fonction soit bien définie, il faut1 que R soit un corps réel clos. L’ordre partiel défini sur les complexes est le suivant : Definition lec x y := (Im x == Im y) && (Re x <= Re y). Definition ltc x y := (Im x == Im y) && (Re x < Re y). La structure de numDomainType est instanciée sur le type complex avec les deux définitions ci-dessus pour l’ordre large et l’ordre strict, et avec la fonction “module” suivante : Definition normc x := (Num.sqrt ((Re x)^+2 + (Im x)^+2))%:C. Pour pouvoir déclarer les nombres complexes comme étant une instance de la structure numDomainType, on doit plonger le module d’un nombre complexe dans C. Car si T est le type principal sur lequel est défini la structure numDomainType, alors le type de la fonction ‘|.| est T -> T. Or, dans notre cas, T est instancié par C, donc la fonction module doit être de type C -> C. Ceci a pour inconvénient que le module d’un nombre complexe est un nombre complexe. 1.3 Conclusion Ce chapitre explique les principaux outils utilisés dans le travail de formalisation. Il présente aussi les notations usuelles qui seront utilisées dans la suite de cette thèse. 1Enfin pas tout à fait. Disons que la structure rcfType est la plus petite structure implé- mentée dans la bibliothèque SSReflect telle que la fonction « racine carrée »soit bien définie.Chapitre 2 Forme de Jordan d’une matrice Un résultat important en algèbre linéaire est le fait qu’une matrice soit semblable à sa forme normale de Jordan. La formalisation de ce résultat passe d’abord par la formalisation de nombreux concepts comme les matrices diagonales par blocs, les matrices compagnes, les facteurs invariants, et les matrices semblables ou équivalentes. Ce résultat utilise également d’autres formes normales de matrices comme la forme normale de Smith et la forme normale de Frobenius d’une matrice. Les travaux présentés dans ce chapitre ont été menés en commun avec Maxime Dénès (voir [7]), et ont été inspirés de la thèse de Patrick Ozello [37] et de celle de Isabelle Gil [16]. Nous verrons dans une première section comment les matrices diagonales par blocs ont été formalisées. Dans la section suivante, nous parlerons de la similitude et de l’équivalence entre deux matrices. Ensuite nous discuterons sur la forme normale de Smith, sur ses propriétés, et montrerons quelques lemmes importants qui seront utiles par la suite. Dans une quatrième section, nous donnerons les définitions formelles de matrices compagnes et des facteurs invariants ; nous pourrons ainsi définir la forme normale de Frobenius d’une matrice. Enfin nous montrerons comment nous obtenons la forme normale de Jordan d’une matrice. 2.1 Matrices diagonales par blocs Une matrice diagonale par blocs est une matrice de la forme :   A1 0 . . . 0 0 A2 . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 . . . 0 Ak   où les Ai sont des matrices carrées quelconques. Ces matrices seront utilisées pour exprimer les formes normales de Frobenius et de Jordan d’une matrice.26 Forme de Jordan d’une matrice Ce qui est intéressant dans les matrices diagonales par blocs est qu’en général si l’on veut faire des opérations (ou montrer des propriétés), on peut se ramener à les faire (ou les montrer) sur chaque bloc ; ce qui permet dans certains cas de se ramener à un problème plus simple. Certains choix de formalisation dans la bibliothèque SSReflect font que la définition formelle de matrice diagonale par blocs n’est pas aussi simple qu’on le voudrait. Nous expliquerons donc dans un premier temps quelle définition de matrice diagonale par blocs nous voudrions avoir, et ensuite nous verrons quels problèmes nous avons rencontrés avec cette définition, et comment ils ont été résolus. 2.1.1 Définition idéale Dans la bibliothèque SSReflect, il existe une fonction qui s’appelle block_mx. Cette fonction permet de construire une matrice à partir de blocs matriciels. Par exemple, si A, B, C et D sont des matrices (avec des dimensions adéquates) alors block_mx A B C D est la matrice A B C D! Si B et C sont des matrices nulles, et si A et D sont des matrices carrées, alors block_mx A 0 0 D est une matrice diagonale par blocs avec comme blocs diagonaux les matrices A et D. L’idée de base pour construire les matrices diagonales par blocs est d’appeler récursivement la fonction block_mx. À chaque appel de la fonction block_mx, il faudra lui donner en arguments successivement les blocs diagonaux de la matrice que l’on veut construire. Ces blocs peuvent être de tailles différentes, et donc de types différents. Une première difficulté va être d’exprimer l’ensemble de ces blocs diagonaux. Une solution pourrait être d’utiliser le type des paires dépendantes de Coq. Dans la bibiliothèque standard de Coq, il y a un type sigT défini comme suit : Inductive sigT (A : Type) (P : A -> Type) : Type := existT : forall x : A, P x -> sigT P. Notation "{ x : A & P }" := (sigT (fun x : A => P)) Dans notre cas, si A est le type nat et P est la fonction fun n => ’M_n, alors {n : nat & ’M_n} est le type des paires composées d’un entier et d’une matrice. Ces paires sont dépendantes dans le sens où le type de la matrice dépend de l’entier. De plus, pour tout k : nat et pour toute matrice M : ’M_k l’expression existT k M est de type {n : nat & ’M_n}. Ainsi une sequence s dont le type est seq {n : nat & ’M_n} peut contenir des matrices de types différents (comme deuxième élément d’une paire), nous pouvons donc nous en servir pour parler des blocs diagonaux. Ce qui nous donnerait comme première définition :2.1 Matrices diagonales par blocs 27 Fixpoint diag_block_mx (s : seq {n : nat & ’M[R]_n}) := match s return ’M[R]_(size_sum s) with | [::]=> 0 | (existT k A) :: s’=> block_mx A 0 0 (diag_block_mx s’) end. où size_sum s est la fonction qui donne la taille de la matrice diagonale par blocs, elle consiste simplement à faire la somme des tailles de chaque bloc. Cette définition est suffisante pour prouver qu’une matrice est semblable à sa forme de Jordan, car la seule chose que l’on fait avec les matrices diagonales par blocs est de prouver leur similitude ou leur équivalence avec d’autres matrices. Par contre, il est difficile de définir les opérateurs usuels sur ces matrices. Nous allons rencontrer un premier problème lorsque nous voudrons exprimer la somme de deux matrices diagonales par blocs. La matrice diag_block_mx s1 et la matrice diag_block_mx s2, pour des séquences s1 et s2 différentes, ont respectivement comme taille size_sum s1 et size_sum s2 ; autrement dit elles ont des types différents (même si l’on peut prouver que size_sum s1 = size_sum s2). En particulier on ne pourra même pas écrire l’expression suivante : diag_block_mx s1 + diag_block_mx s2. Il est possible de contourner ce problème en utilisant la fonction castmx de la bibliothèque SSReflect. Si nous avons deux matrices A et B, respectivement de type ’M_(m1,n1) et ’M_(m2,n2), et deux preuves d’égalités eqm : m1 = m2 et eqn : n1 = n2 alors la matrice cast_mx (eqm,eqn) B a le même type que la matrice A (i.e ’M_(m1,n1)). Donc si eq_size est une preuve d’égalité entre size_sum s1 et size_sum s2 alors nous pouvons écrire l’addition de deux matrices diagonales par bloc comme suit : diag_block_mx s1 + castmx (eq_size,eq_size) diag_block_mx s2 Malgré l’utilisation de la fonction castmx, nous nous heurterons à un deuxième problème pour exprimer qu’additionner deux matrices diagonales par blocs revient à les additionner bloc à bloc. Pour cela, il faudrait montrer que chacun des blocs des séquences s1 et s2 sont deux à deux de la même taille, et à partir de cette preuve obtenir les preuves d’égalité qui permetteront à l’aide de la fonction castmx d’écrire les sommes des blocs deux à deux. Cette définition de matrice diagonale par blocs n’est donc pas adaptée pour exprimer ce genre de propriété. Si nous voulons additionner deux matrices diagonales par blocs, c’est qu’elles ont, en général, le même découpage en blocs, car cela permet de faire l’addition bloc à bloc. Si elles n’ont pas le même découpage en blocs, alors l’information que les matrices sont diagonales par blocs n’apporte rien, et l’on doit faire l’addition comme sur deux matrices quelconques. Il est donc intéressant que deux matrices diagonales par blocs, ayant le même découpage en blocs, aient le même type. Dans la description précédente, nous avons vu que la dimension d’une matrice diagonale par blocs est donné par la fonction size_sum. Cette fonction prend en argument une liste de paires dépendantes tailles/matrices, en extrait les dimen-28 Forme de Jordan d’une matrice sions des matrices et en fait la somme. Dans la nouvelle définition de matrice diagonale par blocs, nous allons plutôt donner comme premier argument directement une séquence d’entiers qui correspondra à la séquence des tailles des blocs ; autrement dit cette séquence donnera le découpage en blocs de la matrice. Maintenant, pour exprimer les blocs de la matrice, nous ne pouvons plus utiliser une séquence de paires dépendantes. Car sinon il faudrait s’assurer que les tailles données comme premier élément de chaque paire soient les mêmes que ceux de la séquence de découpage des blocs, ce que l’on veut éviter. Pour exprimer les blocs, nous allons donc utiliser une fonction. Cette fonction doit retourner comme valeur des matrices de différentes tailles, et donc de types différents. C’est pourquoi le premier argument de la fonction sera la taille de la matrice qu’elle va retourner ; pour le deuxième argument nous prendrons simplement le numéro du bloc dans la matrice diagonale par blocs. Le type de cette fonction est donc forall n : nat, nat -> ’M_n. Notre nouvelle définition de matrices diagonales par blocs se présente donc ainsi : Fixpoint diag_block_mx s (F : forall n : nat, nat -> ’M_n) := match s return ’M_(sumn s) with | [::] => 0 | n :: s’ => block_mx (F n 0) 0 0 (diag_block_mx s’ (fun n i => F n i.+1)) end. où sumn prend en argument une séquence d’entiers et retourne la somme de ces entiers. Voyons comment cela fonctionne sur un exemple :   1 1 0 0 0 0 2 4 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 5 1 0 0 0 9 6 6 0 0 0 0 4 2   Le découpage en blocs de la matrice ci-dessus correspond à la séquence de découpage [:: 2 ; 1 ; 3]1 . Le bloc numéro 0 est de taille 2, il correspond donc au bloc F 2 0 où F est la fonction qui retourne les blocs diagonaux de la matrice ci-dessus, c’est-à-dire n’importe quelle fonction qui vérifie les trois conditions suivantes : F 2 0 = 1 1 2 4! ; F 1 1 =  4  ; F 3 2 =   4 5 1 9 6 6 0 4 2   1 Il y a quatre façon de découper cette matrice en blocs qui correspondent aux séquences suivantes : [:: 6], [:: 2 ; 4], [:: 3 ; 3], [:: 2 ; 1 ; 3].2.1 Matrices diagonales par blocs 29 Comme les autres valeurs de la fonction F ne sont pas appelées par la fonction diag_block_mx, elles n’ont pas d’importance. Avec cette définition nous pouvons exprimer facilement que la somme de deux matrices diagonales par blocs est la matrice diagonale par blocs où chaque bloc est la somme des blocs des deux premières matrices : Lemma add_diag_block s F1 F2 : diag_block_mx s F1 + diag_block_mx s F2 = diag_block_mx s (fun n i => F1 n i + F2 n i). Cette deuxième définition est assez proche de la définition idéale que l’on voudrait pour les matrices diagonales par blocs, car elle est proche de l’intuition que l’on s’en fait (appel récursif de la fonction block_mx), et permet de manipuler les matrices diagonales par blocs assez simplement. Cependant, à cause de certains choix de formalisation dans la bibliothèque SSReflect, nous allons rencontrer d’autres problèmes qui font que nous allons devoir modifier cette définition. C’est ce que nous allons voir dans la sous-section suivante. 2.1.2 Problèmes en dimension nulle La définition de structure d’anneaux dans la bibliothèque SSReflect demande une preuve que 1 (l’élément neutre de la loi multiplicative) soit différent de 0 (l’élément neutre de la loi additive). Ceci a pour conséquence que l’ensemble des matrices carrées d’une taille fixée forme un anneau (dans le sens de SSReflect) seulement si ces matrices sont non vides, c’est-à-dire de taille non nulle (car toutes les matrices vides sont égales). Autrement dit, l’instance canonique de la structure d’anneau sur les matrices est implémentée seulement sur celles ayant un type de la forme ’M_n.+1. Ainsi, sur les matrices n’ayant pas un type de cette forme, on ne peut pas utiliser les fonctions définies à partir des opérations génériques d’anneaux (par exempe les fonctions qui calculent la puissance, le polynôme minimal où la valeur d’un polynôme en une matrice). Or le type des matrices diagonales par blocs définies plus haut est de la forme ’M_(sumn s). Nous ne pourrons donc pas utiliser sur ces matrices certaines des fonctions citées ci-dessus. En effet, si l’on essayait d’appliquer une de ces fonctions, le système Coq attendrait comme argument une structure d’anneau sur les matrices, comme cette structure est déclarée pour les matrices dont le type est de la forme ’M_n.+1, le système va essayer de résoudre le problème d’unification ?n.+1 = sumn s et il va échouer. Nous allons donc voir ici comment la définition de matrice diagonale par blocs a été modifiée pour que le type de ces matrices soit de la bonne forme. 2.1.3 Définition finale Une propriété intéressante des matrices diagonales par blocs est que faire certaines opérations sur une matrice diagonale par blocs revient à faire ces opérations sur chaque bloc. Si ces opérations utilisent des opérations génériques d’anneaux,30 Forme de Jordan d’une matrice il faut alors que chacun des blocs ait un type de la forme ’M_n.+1. Le type de la fonction F de la définition de matrice diagonale par blocs devient donc forall n, nat -> ’M_n.+1. Maintenant nous voulons trouver une fonction, appelons-la size_sum, telle que le type d’une matrice diagonale par blocs soit ’M_(size_sum s).+1. Nous remarquons d’abord que si la séquence donnée en premier argument de la fonction diag_block_mx est vide, alors la matrice diagonale par blocs retournée est vide, et donc sa taille ne peut pas être de la forme n.+1. Il va donc falloir modifier la définition de diag_block_mx pour qu’elle ne renvoie jamais une matrice vide. Pour cela nous allons définir une première fonction pour laquelle nous allons séparer la séquence de découpage des blocs en deux ; c’est-à-dire qu’elle va prendre en argument un entier qui va représenter la taille du premier bloc, et une séquence qui contiendra la taille des autres blocs (à un près à cause du décalage dû au n.+1) : Fixpoint diag_block_mx_rec k s (F : forall n, nat -> ’M_n.+1) := match s return ’M_((size_sum_rec k s).+1) with | [::] => F k 0 | n :: s’ => block_mx (F k 0) 0 0 (diag_block_mx_rec n s’ (fun n i => F n i.+1)) end. où size_sum_rec est défini de telle façon que le type de diag_block_mx_rec ait la bonne forme : Fixpoint size_sum_rec k s := match s with | [::] => k | n :: s’ => k + (size_sum_rec n s’).+1 end. donc si s est vide alors (size_sum_rec k s).+1 = k.+1 ce qui est bien le type de F k 0, et si s = n :: s’ alors : (size_sum_rec k s).+1 = (k + (size_sum_rec n s’).+1).+1 et la dimension de la matrice dans la deuxième branche de la définition de diag_block_mx_rec est k.+1 + (size_sum_rec n s’).+1, et comme l’addition est définie récursivement par rapport à la première variable, les deux expressions sont convertibles. Mais pour utiliser cette définition, il faut donner en argument un entier et une séquence d’entiers, ce qui peut souvent amener à “couper” en deux une séquence pour donner les deux arguments. Pour éviter cela nous définissons la fonction diag_block_mx de façon à ce qu’elle prenne en argument seulement une séquence : Definition size_sum s := match s with | [::] => 0 | n :: s’ => size_sum_rec n s’ end.2.2 Matrices semblables et équivalentes 31 Definition diag_block_mx s (F : forall n, nat -> ’M_n.+1) := match s return ’M_((size_sum s).+1) with | [::] => 0 (* de type ’M_1 *) | n :: s’ => diag_block_mx_rec n s’ F end. Cette définition retourne une matrice de taille un si la séquence donnée en argument est vide. Dans la pratique cela ne devrait pas trop poser de problèmes car lorsque l’on parle d’une matrice diagonale par blocs, c’est rarement à propos d’une matrice vide. Ceci a pour conséquences que dans les énoncés des théorèmes, il faut dans certains cas rajouter l’hypothèse que la séquence des tailles des blocs soit non vide ; et dans les preuves, il faut en général faire un traitement par cas sur cette séquence pour éliminer le cas où elle est vide. Dans le cas où la séquence n’est pas vide, la fonction diag_block_mx a le comportement attendu. Pour conclure cette section, cette dernière définition de matrice diagonale par blocs a l’inconvénient mineur de ne pas avoir le bon comportement dans le cas où la séquence des tailles des blocs est vide. Mais maintenant le type d’une matrice retournée par la fonction diag_block_mx est de la bonne forme pour que l’on puisse utiliser les opérations génériques d’anneaux dessus, ainsi que sur chacun des blocs de la matrice. 2.2 Matrices semblables et équivalentes Rappelons que nous voulons montrer que la forme normale de Jordan d’une matrice est semblable à celle-ci. Pour cela nous utiliserons en plus de la notion de matrices semblables, celle de matrices équivalentes. Nous présenterons donc, dans cette section, la formalisation de ces deux notions, et nous verrons comment elles sont liées. 2.2.1 Définitions Deux matrices A et B sont équivalentes s’il existe deux matrices inversibles M et N telles que MAN = B, et elles sont semblables s’il existe une matrice inversible P telle que P AP −1 = B. Pour la définition de matrices semblables, nous préfèrerons la version avec P A = BP, car dans la bibiliothèque SSReflect, la notation x^-1 est définie sur la structure appelée unitRingType1 , or cette structure est audessus de la structure d’anneaux de SSReflect, et donc comme nous l’avons vu dans la section précédente, nous pourrons utiliser cette notation uniquement sur les matrices dont le type est de la forme ’M_n.+1. Une première définition formelle que l’on pourrait donner pour la similitude est la suivante2 : 1voir section 1.2.6 2voir 1.2.8 pour les notations.32 Forme de Jordan d’une matrice Definition similar n (A B : ’M[R]_n) := (exists P : ’M_m , P \in unitmx /\ P *m A = B *m P). Mais cette définition n’est pas assez souple pour être utilisée facilement. En effet, pour pouvoir écrire l’expression similar A B, il faut absolument que les matrices A et B aient le même type. Or nous avons signalé plus haut que la forme normale de Jordan sera exprimée comme une matrice diagonale par blocs. Donc si A : ’M_n alors sa forme normale de Jordan sera de type ’M_(size_sum s).+1 pour une certaine séquence s. En particulier, nous ne pouvons pas écrire l’énoncé qui nous intéresse, à savoir qu’une matrice est semblable à sa forme normale de Jordan ; sauf si nous décidons d’utiliser la fonction castmx, mais cela alourdirait les énoncés et compliquerait les preuves. Pour éviter ces problèmes, nous définissons le prédicat similar pour deux matrices quelconques (pas forcément de même type). Cela implique que le prédicat doit vérifier l’égalité des tailles des matrices : Definition similar m n (A : ’M[R]_m) (B : ’M[R]_n) := m = n /\ (exists P : ’M_m , P \in unitmx /\ P *m A = (conform_mx P B) *m P). Nous voyons aussi apparaître dans la définition la fonction conform_mx. Cette apparition est due au fait que, comme les matrices P et B n’ont pas le même type, l’expression B *m P est mal typée. La fonction conform_mx est définie dans la bibliothèque SSReflect. Si M et N sont deux matrices alors conform_mx M N a le même type que la matrice M. Si l’on peut prouver que les matrices M et N ont des tailles différentes, alors conform_mx M N = M. Si les matrices M et N ont le même type alors nous avons conform_mx M N = N. Nous avons donc utilisé cette fonction pour remplacer l’expression B *m P, qui est mal typée, par l’expression (conform_mx P B) *m P qui elle est bien typée. Ainsi si les matrices A et B ont la même dimension alors (conform_mx P B) représentera la matrice que l’on attend, sinon les matrices A et B n’ont aucune chance d’être semblables, et donc la matrice retournée par (conform_mx P B) importe peu, puisque l’égalité des tailles est vérifiée par ailleurs. Pour les mêmes raisons, nous définissons de manière analogue l’équivalence entre deux matrices : Variables m1 n1 m2 n2 : nat. Definition equivalent (A : ’M[R]_(m1,n1)) (B : ’M[R]_(m2,n2)) := [/\ m1 = m2, n1 = n2 & exists M, exists N, [/\ M \in unitmx , N \in unitmx & M *m A *m N = conform_mx A B]]. 2.2.2 Théorème fondamental Le lien entre ces deux notions d’équivalence et de similitude est donné par le théorème fondamental de similitude sur un corps :2.3 Forme normale de Smith 33 Théorème. Soit K un corps, soit A et B deux matrices de Mn(K) alors : A et B sont semblables ⇔ (XI − A) et (XI − B) sont équivalentes Les matrices (XI − A) et (XI − B) sont les matrices caractéristiques de A et de B. Ce sont des matrices à coefficients dans l’anneau principal K[X]. Or sur les anneaux principaux, chaque matrice a une forme normale équivalente appelée forme normale de Smith. Le théorème fondamental permet de donner une procédure simple pour tester si deux matrices sont semblables. Il suffit de prendre les matrices caractéristiques de ces matrices, de calculer leur forme normale de Smith, et de comparer les résultats. A =⇒ (XI − A) =⇒ B =⇒ (XI − B) =⇒ Mn(K) Mn(K[X]) Smith −→ SA = −→ SB = Forme normale de Smith de (XI − A) Forme normale de Smith de (XI − B) A semblable à B ⇔ SA = SB Ce théorème sera souvent utilisé dans la suite de cette formalisation, il permet de montrer que deux matrices sont semblables sans avoir à donner la matrice de passage entre ces deux matrices. L’algorithme qui donne la forme normale de Smith d’une matrice et le théorème fondamental ont été respectivement implémenté et prouvé formellement par Maxime Dénès [12, 9]. Ce travail sur la forme normale de Smith a permis d’avoir une formalisation complète (sans axiomes) des formes normales de Frobenius et de Jordan d’une matrice. Dans les sections suivantes nous allons d’abord présenter ce qu’est la forme normale de Smith d’une matrice et ensuite nous verrons le cheminement pour passer de la forme normale de Smith à celle de Jordan. 2.3 Forme normale de Smith Nous expliquons dans cette section ce qu’est la forme normale de Smith d’une matrice. Nous voyons ensuite comment l’algorithme qui donne cette forme normale est spécifié formellement, et montrons quelques propriétés importantes.34 Forme de Jordan d’une matrice 2.3.1 Spécification La forme normale de Smith d’une matrice A est une matrice équivalente à A qui se présente de la manière suivante :   d1 0 . . . . . . . . . 0 0 d2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . . 0 dk 0 . . . 0   avec la particularité que ∀i, 1 ≤ i < k, di | di+1. Avoir un pgcd est suffisant pour que la forme normale de Smith existe. Ce qui est le cas pour les polynômes à coefficients dans un corps, qui est le contexte dans lequel nous utiliserons la forme normale de Smith. Pour exprimer cette matrice, nous définissons la fonction diag_mx_seq qui prend en argument une séquence et qui retourne une matrice diagonale dont les éléments diagonaux sont les éléments de la séquence1 : Variable R : ringType. Definition diag_mx_seq m n (s : seq R) : ’M[R]_(m,n) := \matrix_(i < m, j < n) s’_i *+ (i == j :> nat). Les dimensions de la matrice retournée par la fonction diag_mx_seq sont ses deux premiers arguments. Ceci permet une utilisation très souple de cette fonction. En effet, si nous avons besoin dans une expression que la matrice retournée par diag_mx_seq soit d’un type particulier, il suffit de donner les premiers arguments adéquats. Mais cette souplesse implique qu’il faut ajouter certaines contraintes dans les énoncés des propriétés de la fonction diag_mx_seq, pour établir un lien entre les dimensions de la matrice retournée par la fonction et la séquence donnée en argument. Par exemple, pour la sequence s = [:: 1 ; 2 ; 3] nous avons : diag_mx_seq 4 2 s = diag_mx_seq 5 4 s = diag_mx_seq 3 3 s =   1 0 0 2 0 0 0 0   ;   1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0   ;   1 0 0 0 2 0 0 0 3   Nous voyons ici que selon les valeurs de m et de n la matrice diag_mx_seq m n s n’est pas toujours la matrice à laquelle on pense. En fait, pour que la matrice diag_mx_seq m n s soit une matrice telle que sur sa diagonale on puisse lire toute la séquence s, et seulement la séquence s, il faut que la taille de la séquence soit égale au minimum de m et de n. 1voir 1.2.8 pour les notations.2.3 Forme normale de Smith 35 Une fonction Smith nous est fournie par [9] pour calculer la forme normale de Smith d’une matrice A : ’M_(m,n). Cette fonction retourne un triplet (M,d,N), où M et N sont des matrices et d une séquence qui vérifient les trois spécifications suivantes : • M *m A *m N = diag_mx_seq m n d • sorted %| d (La séquence d est triée pour la relation de division sur l’anneau R) • M \in unitmx & N \in unitmx (Les matrices M et N sont inversible) Nous pouvons fusionner le premier et le dernier point pour avoir les deux spécifications suivantes : • equivalent A (diag_mx_seq m n d) • sorted %| d Nous allons montrer dans la section suivante qu’une séquence vérifiant les spécifications ci-dessus est unique modulo une relation que nous définirons. 2.3.2 Unicité Le calcul de la forme normale de Smith utilise des calculs de pgcd sur les coef- ficients de la matrice. Le pgcd de deux éléments est unique modulo la relation d’équivalence ∼ définie de la manière suivante : a ∼ b ⇔ a|b et b|a La forme normale de Smith est donc unique modulo cette relation d’équivalence sur les coefficients. Nous allons montrer ici un résultat important sur la forme normale de Smith d’une matrice qui permet d’en déduire l’unicité, mais qui sera aussi très utile dans la suite de la formalisation. Théorème 1. Soit A une matrice à coefficients dans un anneau principal. Soit d une séquence vérifiant les spécifications suivantes : – La séquence d est triée pour la relation de division. – La matrice diagonale dont les éléments diagonaux sont les éléments de d est équivalente à la matrice A. Si l’on note ∧ le pgcd, si di désigne le ième élément de la séquence d et si |A| k désigne l’ensemble des mineurs d’ordre k de la matrice A, alors nous avons l’identité suivante : Y k i=1 di ∼ ^ x∈|A|k x36 Forme de Jordan d’une matrice Un mineur d’une matrice A est le déterminant d’une sous-matrice de A. Avant de montrer ce résultat, nous allons voir sur un exemple comment on utilise ce théorème pour déterminer de façon “unique” la forme normale de Smith d’une matrice. Exemple 1. Prenons la matrice dans M3(Z[X]) suivante : M =   5 2X X + 3 −X + 6 X + 1 4 X + 9 4X 3X + 5   Le théorème pour k = 1 dit que d1 est égal au pgcd de tous les mineurs d’ordre 1 de la matrice M. Les mineurs d’ordre 1 de la matrice M sont les déterminants des sous-matrices de tailles 1 de M, i.e ce sont les coefficients de la matrice M. Ici on voit que les polynômes M11 et M23 sont premiers entre eux, donc le pgcd des coefficients de la matrice est est 1. Nous avons donc d1 = 1. Remarque 1. En fait nous avons plus exactement d1 ∼ 1, donc d1 peut être -1 ou 1. Si les coefficients de la matrice M avaient été dans Q[X] au lieu de Z[X] alors d1 aurait pu être n’importe quel rationnel non nul. Quelque soit le choix de d1, la matrice diagonale obtenue à la fin respecte les spécifications de l’algorithme de la forme normale de Smith. Cette remarque est valable pour tous les di. Pour k = 2, nous avons d1 ∗d2 qui est égal au pgcd de tous les mineurs d’ordre 2 de la matrice M. Dans la suite nous noterons |M|IJ le déterminant de la sous matrice de M définie par les lignes qui sont dans I et par les colonnes qui sont dans J. Par exemple nous avons : |M|{1,2}{1,2} =      5 2X −X + 6 X + 1      = 2X 2 − 7X + 5 = (X − 1)(2X − 5) De même on a : |M|{1,3}{1,3} =      5 3 + X X + 9 3X + 5      = −X 2 + 3X − 2 = (X − 1)(−X + 2) |M|{1,2}{2,3} =      2X 3 + X X + 1 4      = −X 2 + 4X − 3 = (X − 1)(−X + 3) . . . Si on continue, on s’aperçoit que (X − 1) est le seul facteur commun à tous les mineurs d’ordre 2 de M, donc d1 ∗ d2 = d2 = (X − 1). Enfin pour k = 3, nous avons d1 ∗ d2 ∗ d3 qui est égal au pgcd des mineurs d’ordre 3 de la matrice M. Or la seule sous-matrice de M d’ordre 3 est la matrice2.3 Forme normale de Smith 37 M elle même. Donc d1 ∗ d2 ∗ d3 = det M ce qui donne après calcul (X − 1) ∗ d3 = (X − 1)2 (X − 2) soit d3 = (X − 1)(X − 2). Ainsi la forme normale de Smith de M est la matrice :   1 0 0 0 (X − 1) 0 0 0 (X − 1)(X − 2)   Nous avons vu comment utiliser le théorème précédent pour déterminer de manière unique (modulo la relation ∼) la forme normale de Smtih d’une matrice. Maintenant nous allons voir comment il a été formalisé. Le théorème peut s’exprimer formellement ainsi1 : Lemma Smith_gcdr_spec m n (A : ’M_(m,n)) (d : seq R) k : \prod_(i < k) d‘_i %= \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g A . où le premier argument de la fonction minor est l’ordre du mineur. Les fonctions f et g jouent le rôle des ensembles d’indices I et J dans la notation |A|IJ , plus précisément I correspond à l’image de f et J à l’image de g. Soit donc R un anneau principal, une matrice A : ’M[R]_(m,n), et une sé- quence d telle que d soit triée par la relation de division et que la matrice diag_mxseq m n d soit équivalente à A. Le résultat se montre en deux étapes. Dans une première étape nous prouvons le théorème pour la matrice diag_mx_seq m n d (au lieu de A). Comme c’est une matrice diagonale, les seuls mineurs d’ordre k non nuls sont les mineurs principaux, c’est à dire les déterminants de sous-matrices dont la diagonale principale coïncide avec la diagonale de la matrice. Dans notre cas particulier, les mineurs principaux sont égaux au produit de k éléments de la séquence d. Comme chaque élément de la séquence divise le suivant, le pgcd des mineurs d’ordre k est donc le produit des k premiers éléments de la séquence. Nous pouvons ensuite remplacer dans l’énoncé du théorème le membre de gauche \prod_(i < k) d‘_i par l’expression suivante : \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g (diag_mx_seq m n d) Dans la seconde étape, il nous reste donc à prouver ceci : \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g (diag_mx_seq m n d) %= \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g A Cela se prouve par double divisibilité, comme les deux preuves se font de la même manière, nous montrons ici seulement le résultat suivant : \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g A %| \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g (diag_mx_seq m n d) D’après les propriétés du pgcd, il suffit de montrer que pour tout f’ et g’ nous avons : 1voir 1.2.5, et 1.2.7 pour les notations.38 Forme de Jordan d’une matrice \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g A %| minor k f’ g’ (diag_mx_seq m n d) Or nous savons que les matrices A et diag_mx_seq m n d sont équivalentes, il existe donc deux matrices M et N telles que M *m A *m N = diag_mx_seq m n d. En réécrivant cette égalité, il nous reste à prouver : \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g A %| minor k f’ g’ (M *m A *m N) Nous avons fait apparaître ici le mineur d’un produit de matrices, nous allons le transformer en une somme de produits de mineurs en utilisant la formule de Binet-Cauchy. Cette formule s’énonce comme suit : det(AB) = X I∈P({1,...,l}) #|I|=k det(AI ) det(BI ) où A est une matrice de taille k × l et B une matrice de taille l × k. Ici det AI = |A|{1,...,k}I et det BI = |B|I{1,...,k}. Ce résultat a été prouvé formellement par Vincent Siles [46]. On peut facilement ramener la formule de Binet-Cauchy à la formule suivante : |AB|IJ = X K |A|IK|B|KJ La formule ci-dessus s’écrirait formellement : minor k f g (A *m B) = \sum_h (minor k f h A) * (minor k h g B) Grâce à ce lemme nous pouvons remplacer minor k f’ g’ (M *m A *m N) par \sum_h \sum_j (minor k f’ h M) * (minor k h j A) * (minor k j g’ N) Or d’après les propriétés du pgcd, pour tout h et j nous avons : \big[gcdr/0]_f \big[gcdr/0]_g minor k f g A %| minor k h j A Donc le pgcd des mineurs d’ordre k de la matrice A divise tous les termes de la somme ci-dessus, ce que nous voulions démontrer. Nous avons vu que les coefficients de la forme normale de Smith peuvent être choisis modulo la relation d’équivalence ∼. Cela implique en particulier, que, pour les matrices carrées, nous pouvons choisir un représentant de la forme normale de Smith d’une matrice A qui a le même déterminant. En effet, soit D la forme normale de Smith d’une matrice A. Nous savons que D est équivalent à la matrice A, il existe donc des matrices L et R inversibles telles que D = LAR. Le fait que L et R soient inversibles signifie que leur déterminant est également inversible. Donc si nous appelons D′ la matrice D dans laquelle nous avons multiplié la première ligne par (detL ∗ det R) −1 alors : • Les éléments diagonaux de D′ sont triés pour la relation de division (car multiplier certains éléments par un inversible ne change pas les classes d’équivalences).2.3 Forme normale de Smith 39 • La matrice D′ est équivalente à la matrice A (car multiplier une ligne par un élément inversible est une opération réversible et donc conserve l’équivalence). Formellement nous avons : Definition Smith_seq m n (M : ’M[E]_(m,n)) := let: (L,d,R) := (Smith _ M) in if d is a :: d’ then (\det L)^-1 * (\det R)^-1 * a :: d’ else nil. Definition Smith_form m n (A : ’M[R]_(m,n)) := diag_mx_seq m n (Smith_seq A). Lemma det_Smith n (A : ’M[R]_n) : \det (Smith_form A) = \det A. Le théorème d’unicité de la forme normale de Smith d’une matrice s’énonce formellement comme suit : Lemma Smith_unicity m n (A : ’M[R]_(m,n)) (s : seq R) : sorted %| s -> equivalent A (diag_mx_seq m n s) -> forall i, i < minn m n -> s‘_i %= (Smith_seq A)‘_i. 2.3.3 Facteurs invariants Dans la section 2.2.2, nous avons vu que nous pouvons déterminer si deux matrices carrées A et B à coefficients dans un corps sont semblables en comparant les formes normales de Smith de leur matrice caractéristique. Ensuite nous avons montré dans la section précédente un théorème qui permet de montrer l’unicité de la forme normale de Smith, mais dont nous nous servirons plus tard pour déterminer les éléments diagonaux de la forme normale de Smith d’une matrice par des calculs de pgcd. Nous allons présenter maintenant les facteurs invariants. La forme normale de Smith de la matrice XI − A est une matrice diagonale à coefficients polynômiaux. Les polynômes non-constants qui apparaissent sur la diagonale sont les facteurs invariants de la matrice A. Le théorème fondamental et le résultat d’unicité nous disent que les facteurs invariants sont des invariants de similitude, c’est-à-dire que deux matrices sont semblables si et seulement si elles ont les mêmes facteurs invariants. Nous allons voir ici comment les facteurs invariants d’une matrice ont été définis formellement. Rappelons que la forme normale de Smith d’une matrice à coefficients dans un anneau principal est unique modulo la relation d’équivalence ∼. Or dans notre contexte, l’anneau principal sur lequel nous travaillons est l’anneau des polynômes à coefficients dans un corps. Dans ce cas-ci, si p est un polynôme non nul alors il existe un unique représentant unitaire de la classe d’équivalence de p qui est p divisé par son coefficient dominant.40 Forme de Jordan d’une matrice Nous pouvons donc définir une nouvelle séquence qui vérifie les mêmes spé- cifications que la séquence Smith_seq mais qui ne contient que des polynômes unitaires1 : Definition Frobenius_seq n (A : ’M_n) := [seq (lead_coef p)^-1 *: p | p <- (Smith_seq (char_poly_mx A))]. Les facteurs invariants sont les polynômes non constants de cette séquence : Definition invariant_factors n (A : ’M_n) := [seq p : {poly R} <- (Frobenius_seq A) | 1 < size p]. 2.4 Forme normale de Frobenius La forme normale de Frobenius d’une matrice M est la matrice diagonale par blocs dont les blocs diagonaux sont les matrices compagnes des facteurs invariants de M. Nous avons déjà vu comment sont définies formellement les matrices diagonales par blocs. Nous avons vu ensuite ce qu’était la forme normale de Smith, ce qui nous a permis de définir les facteurs invariants d’une matrice. Il nous reste donc à donner une définition formelle des matrices compagnes pour pouvoir dé- finir la forme normale de Frobenius. Nous prouverons ensuite que toute matrice carrée à coefficients dans un corps est semblable à sa forme normale de Frobenius. 2.4.1 Matrices compagnes La matrice compagne d’un polynôme unitaire p = Xn+an−1Xn−1+. . .+a1X +a0 est la matrice suivante : Cp =   0 . . . . . . 0 −a0 1 . . . . . . −a1 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . . 0 . . . 0 1 −an−1   Cette matrice est intéressante car p est à la fois son polynôme caractéristique et son polynôme minimal. Formellement, si p est un polynôme, la taille de la matrice compagne de p est (size p).-1. Mais ici encore, si nous voulons utiliser des opérations génériques d’anneaux sur des matrices compagnes, il faut que leur taille soit de la forme n.+1. Pour cela nous définissons les matrices compagnes de sorte que leur type soit (size p).-2.+1 : 1voir 1.1.5, 1.2.6 et 1.2.9 pour les notations.2.4 Forme normale de Frobenius 41 Definition companion_mx (p : {poly R}) := \matrix_(i,j < (size p).-2.+1) ((i == j.+1 :> nat)%:R + p‘_i *+ ((size p).-2 == j)). Nous avons (size p).-2.+1 = (size p).-1 si et seulement si 1 < (size p), c’est-à-dire si p est un polynôme non constant. La définition de matrice compagne n’est donc valide que pour les polynômes non constants. En pratique ceci ne devrait pas être trop contraignant car les matrices compagnes de polynômes constants sont des matrices vides et sont donc inintéressantes dans un certain sens. Malheureusement, avec cette définition de matrices compagnes, nous ne pouvons pas définir de matrice diagonale par blocs dont les blocs sont des matrices compagnes. En effet, le type de la fonction qui retourne les blocs diagonaux de la matrice est forall n, nat -> ’M_n.+1 ; c’est donc une fonction qui prend un entier n, un entier et qui retourne une matrice de type ’M_n.+1, mais si la matrice retournée est une matrice compagne d’un polynôme p, alors son type sera ’M_(size p).-2.+1 et non ’M_n.+1. Pour résoudre ce problème, nous définissons les matrices compagnes en deux étapes. Nous définissons d’abord une fonction companion_mxn qui prend en argument un entier n et un polynôme p, et qui retourne une matrice de type ’M_n telle que si n = (size p).-2.+1 alors la matrice retournée correspond à la matrice compagne du polynôme p. Nous pouvons donc ensuite définir la matrice compagne d’un polynôme p comme étant la matrice retournée par la fonction companion_mxn appliquée aux arguments (size p).-2.+1 et p : Definition companion_mxn n (p : {poly R}) := \matrix_(i,j < n) ((i == j.+1 :>nat)%:R + p‘_i *+ ((size p).-2 == j)). Definition companion_mx (p : {poly R}) := companion_mxn (size p).-2.+1 p. Ainsi pour faire une matrice diagonale par blocs, nous pouvons utiliser la fonction companion_mxn, car companion_mxn n.+1 a le type ’M_n.+1 qui est bien de la bonne forme. Les lemmes sur les matrices compagnes seront exprimés, eux, sur companion_mx. Nous pouvons maintenant donner une définition formelle de la forme normale de Frobenius d’une matrice. Elle se présente de la manière suivante :   Cp1 Cp2 0 0 . . . Cpk   où les polynômes pi sont les facteurs invariants de la matrice. Formellement, nous la définissons comme suit :42 Forme de Jordan d’une matrice Definition Frobenius_form n (A : ’M_n) := let sizes := [seq (size p).-2 | p <- (invariant_factors A)] in let blocks n i := companion_mxn n.+1 (invariant_factors A)‘_i in diag_block_mx sizes blocks. 2.4.2 De Smith à Frobenius Maintenant que nous avons défini la forme normale de Frobenius d’une matrice, nous allons montrer ici que toute matrice sur un corps F est semblable à sa forme normale de Frobenius : Lemma Frobenius n (A : ’M[F]_n.+1) : similar A (Frobenius_form A). Comme nous l’avons annoncé, pour prouver ce résultat nous utilisons le théorème fondamental. Il nous faut donc montrer que pour toute matrice A, les matrices caractéristiques de A et Frobenius_form A sont équivalentes. Soit une matrice A, nous allons partir de la matrice XI − A et arriver à la matrice caractéristique de Frobenius_form A par transitivité de l’équivalence. Nous avons vu que la séquence Frobenius_seq A respecte les spécifications de l’algorithme de Smith. Donc la matrice XI − A est équivalente à la matrice diag_mx_seq n.+1 n.+1 (Frobenius_seq A), qui se présente de la façon suivante :   1 . . . 0 1 p1 0 . . . pn   où les pi sont les facteurs invariants de la matrice A. Ici nous allons utiliser le résultat suivant pour justifier le fait que nous pouvons permuter les éléments diagonaux : Lemma similar_diag_mx_seq m n s1 s2 : m = n -> size s1 = m -> perm_eq s1 s2 -> similar (diag_mx_seq m m s1) (diag_mx_seq n n s2). où perm_eq s1 s2 exprime le fait que les séquence s1 et s2 ont les mêmes éléments mais permutés. En effet, si deux matrices diagonales ont leurs éléments diagonaux permutés, alors la matrice de passage de l’une à l’autre est une matrice de permutation qui est inversible ; donc les deux matrices sont semblables, et donc à fortiori équivalentes. Nous pouvons ainsi permuter les éléments diagonaux de la matrice2.4 Forme normale de Frobenius 43 précédente :   1 . . . 1 p1 0 . . . 0 1 . . . 1 pn   Si pi représente le polynôme pi , alors (size pi).-2 représente le nombre de 1 avant chaque pi . Cette matrice peut être vue comme la matrice diagonale par blocs suivante :   1 . . . 1 p1 0 0 . . . 1 . . . 1 pn   Nous voulons maintenant montrer que cette matrice est équivalente à la matrice caractéristique de la forme normale de Frobenius de A. Nous utilisons d’abord le fait que la matrice caractéristique d’une matrice diagonale par blocs est la matrice diagonale par blocs des blocs caractéristiques : Lemma char_diag_block_mx s (F : forall n, nat -> ’M[R]_n.+1) : s != [::] -> char_poly_mx (diag_block_mx s F) = diag_block_mx s (fun n i => char_poly_mx (F n i)). Il ne nous reste donc plus qu’à montrer que la matrice précédente est équivalente à :   XI − Cp1 . . . 0 0 . . . XI − Cpn   Nous voulons donc montrer que deux matrices diagonales par blocs sont équivalentes. Pour cela, il nous suffit de prouver que les matrices sont équivalentes bloc44 Forme de Jordan d’une matrice à bloc. C’est-à-dire que pour chaque indice i, la matrice XI − Cpi est équivalente à :   1 . . . 1 pi   Pour montrer ce dernier résultat, nous utilisons le lemme Smith_gcdr_spec vu plus haut. En effet, pour tout k tel que k < (size pi).-2, on peut trouver une sous-matrice de la matrice XI − Cpi ci-dessous n’ayant que des −1 sur la diagonale : XI − Cpi =   X . . . 0 0 a0 −1 . . . . . . . . . a1 0 . . . X . . . . . . . . . . . . −1 X . . . 0 . . . 0 −1 X + an−1   Donc si nous calculons la forme normale de Smith de la matrice ci-dessus comme nous l’avons fait dans l’exemple 1, nous remarquons que pour tout k strictement plus petit que (size pi).-2, il existe un mineur d’ordre k associé à 1 (car (−1)k ∼ 1), et donc le pgcd de ces mineurs est lui-même associé à 1. Ainsi tous les éléments diagonaux de la forme normale de Smith de la matrice XI − Cpi sont égaux à 1, sauf le dernier qui lui est égal au déterminant de la matrice XI − Cpi , c’est-à-dire à pi . Le fait qu’une matrice est équivalente à sa forme normale de Smith termine la démonstration. 2.5 Forme normale de Jordan La forme normale de Jordan d’une matrice A est une matrice triangulaire supé- rieure dont les éléments diagonaux sont les racines du polynôme caractéristique de la matrice A (c’est-à-dire les valeurs propres de A). Pour que cette forme existe, il suffit que le polynôme caractéristique soit scindé à racines simples. Afin d’assurer cette condition, nous choisissons de travailler sur un corps algébriquement clos F. Nous avons montré dans la section précédente qu’une matrice était semblable à sa forme normale de Frobenius. Nous allons ici dans un premier temps donner une définition formelle de la forme normale de Jordan. Nous montrerons ensuite que la forme normale de Frobenius d’une matrice est semblable à la forme normale de Jordan de celle-ci. Par transitivité de la similitude nous aurons donc qu’une matrice est semblable à sa forme normale de Jordan.2.5 Forme normale de Jordan 45 2.5.1 Définitions On appelle bloc de Jordan la matrice de dimension n suivante : J(λ, n) =   λ 1 0 . . . 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . . . . . . . . 1 0 . . . . . . 0 λ   Formellement, cela se définit simplement de la manière suivante : Definition Jordan_block lam n : ’M[F]_n := \matrix_(i,j) (lam *+ (i == j) + (i.+1 == j)%:R). La forme normale de Jordan est une matrice diagonale par blocs composée de blocs de Jordan1 : Definition Jordan_form n (A : ’M[R]_n.+1) := let sp := root_seq_poly (invariant_factors A) in let sizes := [seq x.1 | x <- sp] in let blocks n i := Jordan_block (nth (0,0) sp i).2 n.+1 in diag_block_mx sizes blocks. où la fonction root_seq_poly prend en argument une séquence de polynômes et retourne la concaténation des séquences des paires multiplicité/racine de chaque polynôme de la séquence. Par exemple si on a la séquence de polynômes suivante : [:: (’X - (sqrt 2))^+ 4, (’X - (sqrt 2))^+ 4, (’X - 1)^+3 *(’X - 2)] alors la séquence retournée par root_seq_poly sera : [:: (4,(sqrt 2))] ++ [:: (4,(sqrt 2))] ++ [:: (3,1), (1,2)] = [:: (4,sqrt2), (4,sqrt2), (3,1), (1,2)] Dans la suite nous expliquons le passage de la forme normale de Frobenius à celle de Jordan. Cela permettra de mieux comprendre la définition donnée cidessus. 2.5.2 De Frobenius à Jordan Soit A une matrice à coefficients dans un corps clos F. Nous avons déjà prouvé que la matrice A est semblable à sa forme normale de Frobenius. Nous allons maintenant montrer que la forme normale de Frobenius de A est semblable à sa forme normale de Jordan. Ce qui nous permettra de montrer le lemme suivant : Lemma Jordan n (A : ’M[F]_n.+1) : similar A (Jordan_form A). La preuve de ce lemme utilise deux résultats intermédiaires. Le premier résultat intermédiaire est le lemme suivant : 1voir 1.1.1 et 1.1.5 pour les notations.46 Forme de Jordan d’une matrice Lemme 2. Soit q un polynôme, soit (qi)1≤i≤m une famille de polynômes unitaires premiers entre eux deux à deux telle que q = q1 . . . qm, alors la matrice Cq est semblable à la matrice :   Cq1 . . . 0 0 . . . Cqm   Montrons d’abord ce lemme pour m = 2. Soit donc deux polynômes unitaires q1 et q2 premiers entre eux, et soit q = q1q2. Nous voulons montrer que la matrice Cq est semblable à la matrice : Cq1 0 0 Cq2 ! Là encore nous utilisons le théorème fondamental, pour se ramener à montrer l’équivalence entre XI − Cq et la matrice : XI − Cq1 0 0 XI − Cq2 ! D’après ce que nous avons déjà vu cela revient à montrer que la matrice   1 . . . 1 q   est équivalente à la matrice   1 . . . 1 q1 0 0 1 . . . 1 q2   Autrement dit, il faut montrer que le seul facteur invariant de la matrice cidessus est le polynôme q. Pour cela nous allons utiliser une fois de plus le lemme Smith_gcdr_spec. En effet, pour tous les ordres k strictement plus petit que la taille de la matrice ci-dessus, on peut trouver un mineur principal égal à q1, et un autre égal à q2, et comme q1 et q2 sont premiers entre eux, le pgcd des mineurs d’ordre k est égal à 1. Donc les éléments diagonaux de la forme normale de Smith2.5 Forme normale de Jordan 47 de la matrice ci-dessus sont donc tous égaux à 1, sauf le dernier qui correspond au déterminant de la matrice ci-dessus qui est q1q2 = q. Le lemme général en découle directement par récurrence. Le deuxième résultat intermédiaire est celui-ci : Lemme 3. Soit K un corps. Soit λ ∈ K et n ∈ N. alors la matrice C(X−λ)n est semblable à la matrice J(λ, n). Ici nous pouvons directement donner la matrice de passage P définie comme suit : Pij = j − 1 n − i ! λ (i+j)−(n+1) Mais la vérification formelle est assez longue. Sinon nous pouvons utiliser une nouvelle fois le théorème fondamental, et montrer que XI−C(X−λ)n est équivalente à la matrice XI − J(λ, n). D’après ce que nous savons déjà sur les matrices compagnes, nous voulons montrer que la matrice :   1 . . . 1 (X − λ) n   est équivalente à la matrice :   X − λ −1 0 . . . 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . . . . . . . . −1 0 . . . . . . 0 X − λ   Ici encore, nous allons utiliser le lemme Smith_gcdr_spec. En effet, pour tout k < n, nous pouvons trouver dans la matrice ci-dessus un mineur d’ordre k égal à (−1)k , et donc associé à 1. Donc par les mêmes raisonnement que précédemment, le seul facteur invariant de la matrice ci-dessus est (X − λ) n . Maintenant nous pouvons passer à la preuve de la similitude entre les formes normales de Frobenius et de Jordan d’une matrice. Comme nous sommes sur un corps clos, alors chaque facteur invariant pi de la matrice A peut se décomposer comme suit : pi = Ymi j=1 (X − λij ) µij où les λij sont les racines de pi et les µij leur multiplicité.48 Forme de Jordan d’une matrice Donc d’après le lemme 2 montré ci-dessus, chaque bloc Cpi de la forme normale de Frobenius est semblable à la matrice :   C(X−λi1) µi1 . . . 0 0 . . . C(X−λimi ) µimi   et d’après le lemme 3, chacun des blocs C(X−λij ) µij de la matrice ci-dessus est semblable au bloc de Jordan J(λij , µij ). Les paires (λij , µij ) sont les paires qui se trouvent dans la séquence retournée par la fonction root_seq_poly appliquée à la séquence des facteurs invariants. Cela explique la définition de la forme normale de Jordan donnée plus haut, et démontre aussi que la forme normale de Frobenius de A est semblable à la forme normale de Jordan de A. 2.5.3 Diagonalisation En plus de la forme normale de Jordan, la théorie des facteurs invariants permet de donner également un théorème de diagonalisation. Une matrice est diagonalisable, c’est-à-dire semblable à une matrice diagonale, si son polynôme minimal est scindé et à racines simples. Nous allons voir ici comment nous prouvons ce résultat. Commençons par montrer le théorème suivant : Théorème 4. Soit A une matrice à coefficients dans un corps. Si les polynômes p1 . . . pk sont les facteurs invariants de la matrice A tels que p1 | p2 | . . . | pk, alors le polynôme pk est le polynôme minimal de la matrice A. Soit donc A une matrice à coefficients dans un corps. Comme la matrice A et la forme normale de Frobenius de A sont semblables, ces deux matrices ont le même polynôme minimal. Donc montrer que pk est le polynôme minimal de A revient à montrer que pk est le polynôme minimal de la forme normale de Frobenius de A. Pour cela, nous allons montrer d’une part que pk est un polynôme annulateur de la forme normale de Frobenius de A, et d’autre part que pk divise n’importe quel polynôme annulateur de la forme normale de Frobenius de A. Un polynôme p est annulateur de la matrice A si p(A) = 0. Cela peut s’exprimer formellement grâce à la fonction horner_mx de la bibliothèque SSReflect comme suit : horner_mx A p = 0 Dans cette preuve, nous utiliserons le fait qu’appliquer un polynôme à une matrice diagonale par blocs revient à appliquer le polynôme à chacun des blocs. Ce qui s’exprime formellement de la façon suivante.2.6 Conclusion 49 Lemma horner_mx_diag_block (p : {poly R}) s F : s != [::] -> horner_mx (diag_block_mx s F) p = diag_block_mx s (fun n i => horner_mx (F n i) p). Donc pour montrer que le polynôme pk annule la forme normale de Frobenius de A, il faut et il suffit que pk annule chaque matrice compagne des facteurs invariants. Soit donc pi un facteur invarant de la matrice A. D’après les propriétés des matrices compagnes, nous savons que pi est le polynôme minimal de la matrice Cpi . De plus comme les facteurs invariants se divisent successivement, nous savons également que pi | pk. Donc pk est un polynôme annulateur de Cpi . Maintenant il reste à montrer que pk divise tous les polynômes annulateurs de la forme normale de Frobenius de A. Soit donc Q un polynôme annulateur de la forme normale de Frobenius de A. Alors nous savons que Q est un polynôme annulateur de chacun des blocs de la forme normale de Frobenius de A. En particulier Q annule Cpk , or nous savons également que pk est le polynôme minimal de la matrice Cpk . Donc pk | Q. Le polynôme pk étant un polynôme annulateur de la forme normale de Frobenius de A qui divise tous les autres polynômes annulateurs est donc le polynôme minimal de la forme de Frobenius de A et donc de A. Ainsi nous avons d’une part que le polynôme pk est le polynôme minimal de la matrice A, et d’autre part que tous les facteurs invariants divisent pk. Autrement dit tous les facteurs invariants de la matrice A divisent son polynôme minimal. Donc si le polynôme minimal de A est scindé à racines simples, alors c’est aussi le cas des facteurs invariants. Or la taille des blocs de la forme normale de Jordan de A sont les multiplicités des racines des facteurs invariants. Donc dans le cas où le polynôme minimal de A est scindé à racines simples, tous les blocs de la forme normale de Jordan de la matrice A sont de taille 1, c’est donc une matrice diagonale. Ce qui nous donne le théorème suivant : Lemma ex_diagonalization n (A : ’M[R]_n.+1) : uniq (root_seq (mxminpoly A)) -> {s | similar A (diag_mx_seq n.+1 n.+1 s)}. où root_seq est la fonction qui retourne la séquence des racines d’un polynôme et uniq est un prédicat booléen qui prend la valeur true si la séquence passée en argument n’a pas de doublons. 2.6 Conclusion Nous avons utilisé ici les matrices de la bibliothèque SSReflect. Le type de ces matrices dépend de leurs dimensions, et cela a posé quelques problèmes. Cependant nous avons vu qu’il y avait des outils (comme conform_mx) qui ont permis de résoudre certains de ces problèmes.50 Forme de Jordan d’une matrice Au départ, pour prouver certains lemmes de similitude, nous donnions directement les matrices de passages, et nous avions de longues preuves faites de traitements par cas exhaustifs. L’idée d’utiliser de manière assez systématique le théorème fondamental et le lemme Smith_gcdr_spec à grandement simplifié les preuves. Ce travail, en plus de la formalisation de la forme normale de Jordan d’une matrice, a apporté une bibliothèque sur les matrices diagonales par blocs, sur les matrices compagnes, et sur les propriétés de similitude et d’équivalence de matrices. Ce sont des concepts importants de l’algèbre linéaire utilisés dans d’autres contextes mathématiques que celui de ce chapitre. Nous avons aussi montré la formalisation de la forme normale de Frobenius d’une matrice. L’avantage de cette forme normale est que ses coefficients sont dans le même corps que les coefficients de la matrice de départ. Contrairement à la forme de Jordan, où l’on peut avoir des coefficients dans la clôture algébrique. 2.7 Travaux reliés Le développement de la forme normale de Smith que nous avons utilisé dans ce chapitre fait parti d’un projet qui s’appelle CoqEAL(Coq Efficient Algebra Library)1 . Le but de ce projet est de faire des algorithmes effectifs d’algèbre linéaire en utilisant l’extension SSReflect de Coq. Dans les autres assistants de preuve, il existe d’autres travaux qui ont été faits sur les matrices. En HOL, les matrices sont vues comme des vecteurs de vecteurs [23]. En ACL2 elles sont représentées soit par des listes de vecteurs de même dimensions [49] soit par des tableaux [17]. En Isabelle, ce sont des fonctions telles que l’ensemble des images non nulles de ces fonctions soit fini [36]. À ma connaissance, seul l’assistant de preuve Mizar possède des travaux sur les matrices diagonales par blocs et sur la forme de Jordan d’une matrice [41]. Mizar est un assistant de preuve basé sur la théorie des ensembles contrairement à Coq qui est basé sur la théorie des types. En Mizar, une séquence finie est une fonction dont le domaine de définition est l’ensemble des entiers de 1 à n pour un certain n ∈ N. Une matrice M à m lignes et n colonnes est une séquence finie de séquences finies de longueur m tel que toute séquence finie de l’image de M soit de longueur n [27]. Une matrice diagonale par blocs est construite à partir d’une séquence finie de matrices carrées. Elle est définie comme étant la matrice dont l’élément (i, j) est 02 si l’on se trouve en dehors des blocs et l’éléments f(i), g(j) d’une matrice de la séquence sinon (pour certaines fonctions f et g) [39]. 1http://www.maximedenes.fr/content/coqeal-coq-effective-algebra-library 2En fait, la définition de Mizar de matrice diagonale par block permet de remplir la matrice hors des blocs diagonaux par un élément d que l’on peut passer en paramètre.Chapitre 3 Topologie Dans ce chapitre, nous allons présenter un résultat important de topologie géné- rale qui est le théorème de Bolzano-Weierstraß. Ce théorème porte sur les valeurs d’adhérence des suites dont les valeurs sont dans un ensemble compact. Tous le travail sur la topologie et sur la théorie des ensembles est formalisé dans un cadre fortement classique, c’est-à-dire avec l’axiome du tiers exclu et l’axiome du choix. Nous avons besoin de ces axiomes pour prouver le théorème de Bolzano-Weierstraß. Il existe dans la bibliothèque standard de Coq un fichier Rtopology.v1 qui contient déjà certaines notions que nous allons présenter dans ce chapitre. Mais ces notions ne sont définies que pour les réels de Coq. Nous présentons ici un travail plus général. Nous commencerons par voir quelques points de la théorie des ensembles dont nous aurons besoin pour la formalisation de la topologie générale. Nous verrons ensuite comment sont définies les structures d’espaces métriques et topologiques, et nous terminerons par une présentation du théorème. 3.1 Théorie des ensembles Pour parler d’ensembles ouverts, fermés ou compacts, il faut d’abord définir ce qu’est un ensemble. La notion d’ensemble utilisée dans cette formalisation est celle que l’on peut trouver dans la bibliothèque Sets de la bibliothèque standard de Coq2 , à savoir qu’un ensemble d’éléments de type T est identifié à un prédicat de type T -> Prop. Cependant nous n’utiliserons pas la théorie des ensembles ainsi développée dans Coq, car par exemple les définitions d’union, d’intersection, ou de complémentaire sur les ensembles sont intoduites explicitement à l’aide de types inductifs, alors que ces notions peuvent être définies comme une réinterprétation des opérateurs ”et”, ”ou”, ”non” de la logique propositionnelle. L’égalité utilisée entre les ensembles est l’égalité par inclusion mutuelle, mais 1http://coq.inria.fr/distrib/current/stdlib/Coq.Reals.Rtopology.html 2http://coq.inria.fr/distrib/current/stdlib/52 Topologie nous avons tout de même besoin de la propriété d’extensionnalité. Plutôt que d’ajouter cette propriété comme axiome, nous allons voir comment faire en sorte d’utiliser l’égalité ensembliste comme l’égalité de Leibniz. Nous nous attarderons ensuite sur la définition de famille d’ensembles car nous en aurons besoin pour définir ce qu’est un ensemble compact. 3.1.1 Réécriture La tactique rewrite en Coq permet à partir d’une hypothèse de type x = y (où = représente l’égalité de Leibniz) de changer des occurences de x par des occurences de y et vice versa. Si on remplace l’égalité de Leibniz par une relation d’équivalence, on peut aussi utiliser la tactique rewrite si x et y apparaissent dans une fonction dont on a montré qu’elle était compatible avec la relation d’équivalence, c’est-à-dire que sa valeur ne dépend pas du représentant choisi dans la classe d’équivalence. C’est ce que nous allons voir ici avec comme relation d’équivalence l’égalité entre ensembles. L’égalité entre ensembles est définie comme suit : Variable T : Type. Definition eqset (A B : T -> Prop) := forall x, x ’in A <-> x ’in B. Notation "A =s B" := (eqset A B). où x ’in A est une notation pour A x. C’est une relation d’équivalence. Pour que le système Coq puisse la reconnaître comme telle, il faut la déclarer de la manière suivante : Add Relation _ eqset reflexivity proved by eqset_refl symmetry proved by eqset_sym transitivity proved by eqset_trans as eqset_rel. où eqset_refl,eqset_sym, et eqset_trans sont respectivement les lemmes de re- flexivité, symétrie et de transitivité de la relation eqset. Puis il faut indiquer à Coq quelles sont les fonctions sous lesquelles on peut réécrire avec la relation eqset, c’est-à-dire les fonctions qui sont compatibles avec la relation eqset. Pour cela on utilise les mots clefs Add Morphism. Prenons comme exemple l’inclusion. L’inclusion est définie comme suit : Definition include (A B : T -> Prop) := forall x, x ’in A -> x ’in B. Notation "A eqset ==> iff as include_mor. Proof. ... Qed. Une manière de lire la signature est que si deux ensembles vérifient la relation eqset, et que deux autres ensembles vérifient également la relation eqset, alors nous avons deux propositions d’inclusions qui vérifient la relation iff, autrement dit qui sont équivalentes. Le système nous demande donc de prouver l’énoncé suivant : forall x y : T -> Prop, x =s y -> forall x0 y0 : T -> Prop, x0 =s y0 -> (x y Prop; F :> Ti -> T -> Prop }. Dans cette définition, il n’y a pas de dépendance entre la fonction F et l’ensemble d’indices ind. Donc dans certaines définitions et certains lemmes, il faudra préciser que l’on ne s’intéresse qu’aux indices appartenant à l’ensemble d’indices54 Topologie de la famille. En effet, si nous avons un indice i : Ti qui n’appartient pas à l’ensemble ind, alors F i est un ensemble qui n’appartient pas à la famille, et donc on ne voudrait pas que cet ensemble soit pris en compte dans certaines preuves ou définitions. Les autres définitions dont nous aurons besoin pour la définition d’ensemble compact sont celles de sous-famille, de famille finie et de recouvrement d’un ensemble par une famille. Une sous-famille est définie comme un prédicat qui prend deux familles, et qui vérifie que l’ensemble d’indices de l’une est bien un sous-ensemble de l’ensemble d’indices de l’autre, et que sur ce sous-ensemble d’indices commun, les ensembles des deux familles sont les mêmes : Definition sub_family f g := ind g f i =s g i. Pour les familles finies, nous avons le choix entre définir un prédicat comme pour les sous-familles, ou définir un type “famille finie”. Dans le premier cas, à chaque usage d’une définition sur les familles finies, nous devrons fournir une preuve que la famille passée en argument est finie. Alors que dans le second cas, l’information qu’une famille est finie est donnée par le typage. Cette dernière option permet d’avoir des définitions qui ne dépendent pas d’un terme de preuve. Une famille est finie si son ensemble d’indices est un ensemble fini : Definition finite_set (T1 : eqType) (A : T1 -> Prop) := exists s : seq T1, A =s (fun x => x \in s). Structure finite_family := Ff { fam :> family; _ : finite_set (ind fam) }. Une fois que nous avons défini les familles, nous pouvons appliquer des opé- rations dessus, comme l’union ou l’intersection des éléments d’une famille. Nous donnons ici uniquement l’opération qui nous intéresse pour la définition de recouvrement : Definition union_fam (f : family) (x : T) := exists i, i ’in (ind f) /\ x ’in (f i). Definition cover (A : T -> Prop) (f : family) := A Prop) -> Prop. L’union de tous les ensembles d’un ensemble d’ensembles est définie comme suit : Definition union_s (E : (T -> Prop) -> Prop) (f : (T-> Prop) -> (T -> Prop)) (x : T) := exists A, A ’in E /\ x ’in (f A). Par exemple, si E est un ensemble d’ensembles et f une fonction sur les ensembles, alors union_s E f représente l’ensemble suivant : [ A∈E f(A) Donc pour faire l’union des ensembles de E nous utiliserons la fonction identité pour f. On peut maintenant définir la structure d’espace topologique simplement comme suit :56 Topologie Structure Topologicalspace : Type := mkTS { T_Space : Type; open : (T_Space -> Prop) -> Prop; _ : open {ø : T_Space}; _ : open {full : T_Space}; _ : forall (E : (T_Space -> Prop) -> Prop), E open (union_s E id); _ : forall A B, open A -> open B -> open (inter A B); _ : forall A B, A =s B -> (open A <-> open B) }. Le dernier champ de la structure est la propriété d’extensionnalité pour les ouverts. Les ouverts étant définis axiomatiquement, cette propriété utile ne peut être démontrée, et a donc dû être ajoutée à la définition d’espace topologique. Espace Métrique Un espace métrique est un ensemble de points muni d’une distance. Il existe déjà une définition de cette structure dans le fichier Rlimit.v de la bibliothèque standard de Coq1 . Dans cette définition le type de retour de la fonction distance est le type des réels de Coq. Ici on s’autorise à ce que ce soit une structure ordonnée plus générale : Structure Metricspace (Rn : numDomainType) := mkMS { T_metric : Type. dist : T_metric -> T_metric -> Rn; _ : forall x y, 0 <= dist x y ; _ : forall x y, dist x y = dist y x; _ : forall x y, reflect (x = y) (dist x y == 0); _ : forall x y z, dist x y <= dist x z + dist z y }. L’espace métrique prend en paramètre le type de retour de la distance dist. Ce type de retour doit être une structure ordonnée. Au début ce paramètre n’existait pas. Le type de retour de la fonction distance était directement le type des réels de Coq. Le problème était que l’on ne pouvait pas déclarer la structure numDomainType par exemple comme une instance de la structure d’espace mé- trique. Car la fontion de distance que l’on définit pour cela utilise la fonction ‘|.| dont le type de retour est une instance abstraite de la structure numDomainType et non le type concret des réels de Coq. Mettre le type de retour de la fonction distance en paramètre de la structure d’espace métrique permet d’implémenter la structure d’espace métrique sur des types plus abstraits comme le type des corps réels clos, des corps archimédiens, ou des complexes. Pour un ensemble E de type Metricspace, on utilisera la notation suivante : Notation d := (dist E). 1http://coq.inria.fr/distrib/current/stdlib/Coq.Reals.Rlimit.html3.2 Structures Topologiques 57 La principale notion utilisée pour étudier les propriétés métriques et topologiques d’un espace métrique est la notion de boule. Une boule est un ensemble défini à partir d’un élément de l’espace métrique qui sera appelé centre, et d’un rayon représenté par un nombre strictement positif. Pour éviter d’avoir dans la définition de boule une preuve que le rayon est strictement positif, on peut définir un type des nombres strictement positifs comme suit : Structure posDomain (T: numDomainType) := PosD { sort :> T ; _ : 0 < sort }. Notation "{ ’posD’ T }" := (posDomain T). Ceci permet de définir les boules comme suit : Variable Rn : numDomainType. Variable E : (MetricSpace Rn). Definition open_ball (x: E) (r : {posD Rn}) (y : E) := d x y < r. Notation "’’B’ ( x , r )" := (open_ball x r). Nous allons voir maintenant comment inférer les instances de structures canoniques avec les définitions ci-dessus. Les structures que nous définirons ensuite contiendrons les mêmes axiomes. Ce qui changera sera seulement la façon d’implémenter les structures. 3.2.2 Approche naïve Pour déclarer dans le système Coq qu’un espace métrique possède canoniquement une structure d’espace topologique il faut d’abord définir ce qu’est un ensemble ouvert dans un espace métrique : Variable Rn : numDomainType. Variable E : (Metricspace Rn). Definition open_met (A : E -> Prop) := forall x, x ’in A -> exists r, ’B(x,r) Prop) -> Prop; _ : open . . . _ : . . . ... }. Cette structure ne suffit pas, car comme le type de base n’est plus un champ de la structure, lors de la déclaration de structure canonique, la projection vers le type de base n’existera pas. Les projections enregistrées correspondent seulement aux champs de la structure qui sont nommés. Nous allons donc définir une deuxième structure qui va correspondre à notre type final d’espace topologique (ou métrique) : Notation class_of := mixin_of Structure type := Pack {sort : Type; _ : class_of sort}. Coercion sort : type >-> Sortclass. La structure class_of est habituellement utilisée pour assurer l’héridité dans les structures héréditaires. Comme ici nous n’avons pas d’hérédité, class_of est seulement une notation utilisée pour des raisons d’uniformité des définitions. Ces structures sont définies dans un module, par exemple ici dans le module Topology. Ce qui fait qu’en dehors du module les noms des structures seront de la forme Topology.type ce qui permet d’avoir des noms uniformes. Chacune de ces nouvelles définitions sera utilisée avec les notations suivantes : Notation topologyType := type. Notation TopologyMixin := Mixin. Notation TopologyType T m := (@Pack T m). Nous avons donc séparé le type de base et les axiomes de la structure que nous avons mis dans une boîte que nous avons appelée mixin_of. Cette boîte a été mise dans une deuxième structure appelée type qui contient comme premier champ le type sur lequel nous voulons déclarer l’instance, et comme deuxième champ la boîte qui contient toutes les propriétés que doit vérifier le type en question. Pour revenir au problème qui nous intéresse, avec ces nouvelles structures nous allons déclarer l’instance canonique d’espace topologique à partir d’un espace métrique :3.3 Bolzano-Weierstraß 61 Variable Rn : numDomainType. Variable E : (espMetType Rn). Definition EspMet_TopMixin := Eval hnf in TopologyMixin empty_in_open_met full_in_open_met . . . Definition EspMet_TopType := Eval hnf in TopologyType E EspMet_TopMixin. Canonical EspMet_TopMixin. Canonical EspMet_TopType. Nous déclarons ensuite de la même manière que l’ensemble des nombres réels de Coq (représenté par R) a une structure d’espace métrique : Definition EspMet_RMixin := EspMetMixin R_dist_pos . . . Definition EspMet_R := Eval hnf in EspMetType R R EspMet_RMixin. ... Et maintenant pour dire que le type R des réels de Coq a une structure d’espace topologique, nous allons utiliser la fonction TopologyType. Comme nous voulons que la projection se fasse directement sur R, nous allons donner comme premier argument R. Le deuxième argument doit être la structure mixin_of, la notation EspMet_TopMixin permet justement de construire cette structure. Nous pouvons donc déclarer la structure d’espace topologique sur R directement comme ceci : Definition EspTop_R := TopologyType R (EspMet_TopMixin EspMet_R). Canonical EspTop_R. Bien que dans cette sous-section nous mentionnons les espaces normés et euclidiens (avec un produit scalaire), seules les structures d’espaces métriques et topologiques sont implémentées. La formalisation des espaces normés et euclidiens pourra faire l’objet de travaux futurs. Nous allons maintenant nous intéresser à la formalisation de certains concepts de topologie générale qui ont permis d’énoncer et de prouver formellement le théorème de Bolzano-Weierstraß. 3.3 Bolzano-Weierstraß Le théorème de Bolzano-Weierstraß est un résultat de topologie générale dont la forme la plus utilisée est la suivante : Bolzano-Weierstraß (dans un espace métrique). Toute suite à valeurs dans un compact admet une sous-suite convergente. La version du théorème formalisée est sa forme plus générale qui est vraie pour un espace topologique quelconque : Bolzano-Weierstraß (dans un espace topologique). Toute suite à valeurs dans un compact admet une valeur d’adhérence.62 Topologie En effet, dans un espace métrique les valeurs d’adhérence sont les limites de sous-suites. Nous donnons dans un premier temps quelques définitions de topologie gé- nérale, principalement celles dont nous aurons besoin (comme la compacité par exemple). Nous verrons ensuite quelques notions sur les suites, et enfin nous parlerons de la formalisation du théorème. 3.3.1 Topologie générale Nous faisons ici quelques rappels des notions utilisées par la suite. Une première notion que nous utiliserons est celle de voisinage. Soit x un point d’un espace topologique T , alors un ensemble V est un voisinage du point x si V contient un ouvert qui contient x, autrement dit s’il existe un ensemble ouvert qui contient x et qui est inclus dans V : Definition neighbourhood (V : T -> Prop) (x : T) := exists A, [/\ x ’in A, open A & A y -> exists V1, exists V2, [/\ neighbourhood V1 x, neighbourhood V2 y & (inter V1 V2) Prop) := forall Ti (f : family T Ti), open_family f -> cover K f -> exists g : finite_family T Ti, sub_family f g /\ cover K g. Definition compact (K : T -> Prop) := separated /\ quasi_compact K. Nous allons maintenant définir les suites. 3.3.2 Les suites Nous parlerons ici de sous-suites et nous rappellerons en donnant les définitions formelles ce qu’est une valeur d’adhérence et la convergence d’une suite. Une suite d’éléments de type T est représentée par un élément dont le type est nat -> T. Soit u = (un)n∈N une suite, alors toutes les sous-suites de u peuvent3.3 Bolzano-Weierstraß 63 s’exprimer sous la forme (uϕ(n))n∈N où ϕ est une fonction strictement croissante de N → N. Donc une sous-suite est principalement la donnée d’une fonction ϕ qui vérifie les bonnes propriétés : Structure sub_seq : Type := mkss { phi :> nat -> nat; grow : forall m n, (m < n)%N -> (phi m < phi n)%N }. Formellement, étant donné g : sub_seq et une suite Un : nat -> T, alors Un \o g (où \o est la composition) désigne une sous-suite de Un. La formalisation des définitions de convergence et de valeur d’adhérence est une retranscription directe des définitions mathématiques. Une suite (un)n∈N converge vers une limite l si pour tout voisinage V de l on peut trouver un rang à partir duquel tous les éléments de la suite sont dans V . Et l est une valeur d’adhérence si pour tout voisinage V de l, pour chaque rang N on peut trouver un élément de la suite dans V au-delà du rang N : Definition Un_cvg (Un : nat -> T) (l : T) := forall V, neighbourhood V l -> exists N : nat, forall n, N <= n -> (Un n) ’in V. Notation "Un >->> l" := (Un_cvg Un l). Definition cluster_point (Un : nat -> T) (l : T) := forall V, neighbourhood V l -> forall N : nat, exists n, N <= n /\ (Un n) ’in V. À ce point, nous avons toutes les définitions utiles à l’énoncé et à la preuve du théorème de Bolzano-Weierstraß, dont nous décrivons la formalisation dans la section suivante. 3.3.3 Le théorème Le théorème de Bolzano-Weierstraß s’énonce formellement sur un espace topologique quelconque de la manière suivante : Lemma Bolzano_Weierstrass : forall (Un : nat -> T) K, compact K -> (forall n, (Un n) ’in K) -> exists l, l ’in (cluster_point Un). Nous allons dans un premier temps voir les grandes lignes de la preuve de ce théorème. Pour utiliser le théorème sous sa forme plus usuelle dans un espace métrique, nous montrerons ensuite que dans un espace métrique, les valeurs d’adhérence d’une suite sont des limites de ses sous-suites. Preuve dans un espace topologique La preuve formelle du théorème suit les mêmes étapes que la démonstration mathématique, et sa formalisation n’a pas posé de problème majeur. Les grands64 Topologie points de la démonstration du théorème sont les suivants : Soit K un ensemble compact et u = (un)n∈N une suite dont tous les termes sont dans l’ensemble K. Supposons par l’absurde que la suite u n’ait aucune valeur d’adhérence. Cela signifie que pour n’importe quel point x ∈ K on peut trouver un voisinage (ouvert) Vx de x qui à partir d’un certain rang nx ne contient aucun élément de la suite. La famille (Vx)x∈K recouvre l’ensemble K, comme K est compact, alors on peut extraire une sous-famille finie (Wi)i∈{0...k} avec Wi = Vxi qui recouvre K. Pour chaque Wi on a un rang nxi au-delà duquel la suite u n’a aucun terme qui appartient à l’ensemble Wi . Donc si l’on note N le maximum de tous les nxi , uN n’appartient à aucun ensemble de la famille W. Ce qui est absurde car uN est dans l’ensemble K et que la famille W forme un recouvrement de K. Preuve dans un espace métrique Pour montrer la version métrique du théorème de Bolzano-Weierstraß, nous montrons que dans les epaces métriques, les valeurs d’adhérence d’une suite sont les limites de ses sous-suites. Dans un espace métrique, nous avons une distance, et cela nous permet de définir pour un point x et un réel positif r donnés, la boule de centre x et de rayon r, notée généralement B(x, r), dont nous rappelons la définition formelle : Definition open_ball (x : E) (r : {posD Rn}) (y : E) := d x y < r. Notation "’’B’ ( x , r )" := (open_ball x r). où d est la distance de l’espace métrique. Ainsi, pour la plupart des définitions comme la convergence ou les valeurs d’adhérence d’une suite, on peut remplacer de manière équivalente les voisinages par des boules. Comme nous l’avons vu précédemment, les définitions formelles sont principalement de simples retranscriptions des définitions mathématiques. Donc dans la suite, nous utiliserons pour plus de lisibilité les notations mathématiques. Soit donc u = (un)n∈N une suite, et l une valeur d’adhérence de u. Le fait d’enlever le premier terme d’une suite ne change pas les valeurs d’adhérence, donc l est aussi une valeur d’adhérence de la suite (un+1)n∈N, autrement dit : ∀V ∈ Vois(l), ∀N, ∃n, N ≤ n et un+1 ∈ V où Vois(l) désigne l’ensemble des voisinages de l. Comme nous l’avons dit plus haut, ceci est équivalent à : ∀k ∈ N ∗ , ∀N, ∃n, N ≤ n et un+1 ∈ B(l, 1 k ) (1) Nous voulons maintenant montrer que la suite u a une sous-suite qui converge vers l, autrement dit nous voulons trouver une fonction ϕ : N → N strictement croissante telle que la suite (uϕ(n))n∈N converge vers l. Nous allons donc dans un premier temps “construire” la fonction ϕ.3.3 Bolzano-Weierstraß 65 Pour construire la fonction, nous allons utiliser le lemme functional_choice que l’on trouve dans la bibliothèque standard de Coq1 . Ce lemme s’énonce ainsi : (∀x ∈ A, ∃y ∈ B, P(x, y)) ⇔ (∃f : A → B, ∀x ∈ A, P(x, f(x))) Si nous appliquons ce lemme une première fois dans l’expression (1) nous obtenons : ∀k ∈ N ∗ , ∃f, ∀N, N ≤ f(N) et uf(N)+1 ∈ B(l, 1 k ) Nous pouvons utiliser le lemme functional_choice une seconde fois pour obtenir : ∃G, ∀k ∈ N ∗ , ∀N ∈ N, N ≤ Gk(N) et uGk(N)+1 ∈ B(l, 1 k ) où Gk(N) est une notation pour (G(k))(N). Nous avons donc une fonction G du type nat->nat->nat qui vérifie : ∀k ∈ N ∗ , ∀N ∈ N, N ≤ Gk(N) et uGk(N)+1 ∈ B(l, 1 k ) ou de manière équivalente : ∀k ∈ N ∗ , ∀N ∈ N, N < Gk(N) + 1 et uGk(N)+1 ∈ B(l, 1 k ) (2) Ici nous avons fait apparaître deux choses. La première est l’inégalité N < Gk(N) + 1 et la deuxième est uGk(N)+1 qui est un bon candidat pour définir une sous-suite. Le problème c’est que l’expression Gk(N) + 1 dépend de deux entiers k et N. Mais l’expression (2) est vraie quelque soit N, donc en particulier elle est vraie pour tous les N de la forme ϕ(k) pour une certaine fonction ϕ. Ainsi en remplaçant dans l’inégalité les occurences de N par ϕ(k), où ϕ est une fonction que l’on cherche à définir, nous obtenons d’une part : ∀k, ϕ(k) < Gk(ϕ(k)) + 1 Donc en définissant récursivement la fonction ϕ de manière à ce que ϕ(k + 1) = Gk(ϕ(k)) + 1, nous avons ∀k, ϕ(k) < ϕ(k + 1) et donc ϕ est une fonction strictement croissante. Et d’autre part, d’après (2) la fonction ϕ vérifie : ∀k ∈ N ∗ , uϕ(k+1) ∈ B(l, 1 k ) (3) On peut définir la fonction ϕ formellement comme suit : Fixpoint phi (m : nat) : nat := match m with | 0 => G 0 0 | m’.+1 => (G m’ (phi m’)).+1 end. 1http://coq.inria.fr/distrib/current/stdlib/Coq.Logic.IndefiniteDescription.html66 Topologie Nous avons donc construit une fonction ϕ strictement croissante. Maintenant, il ne nous reste plus qu’à prouver que la suite uϕ(n) converge vers l, ainsi nous aurons montré que l est une limite d’une sous-suite de u. Comme nous l’avons déjà dit précédemment, on peut remplacer les voisinages par des boules de manière équivalente dans la définition de convergence dans un espace métrique. Nous voulons donc montrer que : ∀t ∈ N ∗ , ∃N ∈ N, ∀n, N ≤ n ⇒ uϕ(n) ∈ B(l, 1 t ) Soit t ∈ N ∗ , alors montrons que N = t + 1 convient. Soit n ∈ N tel que t + 1 ≤ n, il nous reste à montrer que uϕ(n) ∈ B(l, 1 t ). Comme t+1 ≤ n et que t ∈ N ∗ alors n−1 ∈ N ∗ , donc d’après (3) nous avons : uϕ(n) ∈ B(l, 1 n−1 ) Comme t + 1 ≤ n alors t ≤ n − 1, ce qui implique que 1 n−1 ≤ 1 t , et donc B(l, 1 n−1 ) ⊂ B(l, 1 t ), autrement dit : uϕ(n) ∈ B(l, 1 t ) Nous avons donc montré que dans un espace métrique, les valeurs d’adhérences d’une suite sont les limites de ses sous-suites. La preuve du résultat précédent permet d’utiliser la version de Bolzano-Weierstraß dans un espace métrique. En fait, dans un cadre plus général, pour montrer ce résultat il suffit d’avoir pour chaque point l de l’espace topologique une base dénombrable de voisinages (dans les espaces métriques ce sont les boules de centre l et de rayon 1 k ). 3.4 Conclusion La topologie générale se formalise plutôt bien. Comme nous l’avons vu, la plupart des définitions sont naïves, et les preuves suivent le même schéma que les preuves mathématiques. La logique utilisée est la logique classique. D’une part cela permet d’avoir une théorie des ensembles avec les bonnes propriétés (comme le fait qu’un ensemble soit égal au complémentaire de son complémentaire par exemple), d’autre part le théorème de Bolzano-Weierstraß est un résultat de logique classique. La formalisation de la topologie a permis de prouver le théorème de BolzanoWeierstraß, mais aussi de munir les structures ordonnées de la bibliothèque SSReflect d’une topologie, et de montrer des résultats dessus dont nous aurons également besoin par la suite. Il existe déjà un théorème de Bolzano-Weierstraß dans la bibliothèque standard de Coq, mais prouvé uniquement sur les nombres réels. Puisque nous l’avons prouvé dans un cadre plus général, cela fait que l’on pourra l’utiliser sur n’importe quel type que l’on aura muni d’une topologie. En particulier, par la suite, nous aurons besoins de l’utiliser sur l’espace des matrices.3.5 Travaux reliés 67 Cependant, pour utiliser ce théorème il faut d’abord montrer qu’un certain ensemble est compact. L’argument souvent utilisé pour prouver la compacité d’un ensemble est de montrer qu’il est fermé et borné. Mais pour prouver ce résultat il faut être dans un espace vectoriel normé de dimension finie ou dans un espace euclidien. Comme nous l’avons vu, pour l’instant seules les structures d’espaces métriques et topologiques sont implémentées, il serait donc intéressant par la suite d’implémenter également les structures d’espaces normés et euclidiens. 3.5 Travaux reliés Les travaux de formalisation de topologie générale sont nombreux et ont été faits dans de nombreux assistants de preuve comme Mizar [38], Isabelle [26], PVS [30], etc. Plus particulièrmeent dans l’assistant de preuve HOL Light on trouve une preuve du théorème de Bolzano-Weierstraß dans le cas particulier des espaces métriques [23]. Il existe également un début de formalisation de topologie générale en Coq, dans un projet qui s’appelle Coqtail1 . Il existe aussi des travaux de formalisation qui ont une approche constructive de la topologie. Cela la s’appelle la topologie formelle, ou la topologie sans points. On pourra par exemple cité les travaux de Giovanni Sambin [43] dont une partie des travaux a été formalisée avec l’assistant de preuve Matita [2]. 1http://coqtail.sourceforge.netChapitre 4 Perron-Frobenius Le théorème de Perron-Frobenius est un théorème d’algèbre linéaire à propos du rayon spectral d’une matrice réelle dont les coefficients sont positifs. Les principales applications de ce théorème sont en théorie des graphes, ou en probabilité avec les chaînes de Markov. Le théorème est utilisé sur les matrices d’adjacence d’un graphe ou sur des matrices stochastiques, ce sont des matrices à coefficients positifs [48]. On utilise également le théorème de Perron-Frobenius dans l’étude des matrices dont les coefficients sont des intervalles [32, 42]. La partie du théorème de Perron-Frobenius à laquelle on s’intéresse est celle qui dit que le rayon spectral d’une matrice à coefficients positifs est une valeur propre de la matrice, et que cette valeur propre a un vecteur propre associé dont les coefficients sont positifs. Cette preuve se fait en deux étapes. Dans une première étape on démontre le théorème pour les matrices à coefficients strictement positifs. Dans une deuxième étape on utilise un argument de densité pour prouver le résultat sur les matrices à coefficients positifs ou nuls. Pour prouver ce théorème nous devrons utiliser les notions de topologie, et la forme normale de Jordan d’une matrice vues dans les deux chapitres précédents. Dans un premier temps, nous allons voir dans ce chapitre la formalisation de la première étape de la preuve. Nous verrons d’abord les définitions de base dont nous aurons besoin par la suite. Ensuite nous présenterons une preuve du théorème pour le cas des matrices strictements positives pour mettre en évidence les résultats intermédiaires dont nous aurons besoin et dont nous montrerons la formalisation ensuite. Dans un second temps, nous expliquerons le chemin qu’il reste à faire pour la formalisation de la deuxième partie de la preuve.70 Perron-Frobenius 4.1 Rappels et définitions 4.1.1 Minimum et maximum Nous aurons besoin de définir le maximum d’une famille d’éléments pour la définition du rayon spectral d’une matrice et du minimum pour la preuve du théorème. C’est pourquoi nous commençons par définir ces deux notions dans cette section. Minimum Pour exprimer le minimum d’une famille d’éléments, on pourrait essayer d’utiliser les opérateurs de familles de la façon suivante1 : \big[minr/id]_(i <- s) F i Le problème avec cette façon de faire c’est que id doit être un élément neutre pour le minimum. En effet, nous avons vu que, par exemple, pour une séquence [:: a, b, c] l’expression ci-dessus est équivalente à : minr a (minr b (minr c id)) et donc si a, b et c sont tous plus grand que l’élément id alors la valeur retournée sera id et non le plus petit des trois éléments a, b et c. C’est la raison pour laquelle id doit être un élément neutre, or dans notre cas la fonction minimum n’a pas d’élément neutre. Pour les besoins de la preuve, nous avons seulement besoin d’une fonction qui retourne un élément de la famille qui soit plus petit que tous les autres. Le minimum est donc simplement défini comme suit : Fixpoint min_seq s := match s with | [::] => 0 | [:: x] => x | x :: s’ => minr x (min_seq s’) end. On traite à part le cas où la séquence ne contient qu’un seul élément pour que l’appel récursif de la fonction ne se fasse jamais sur une séquence vide. À partir de cette définition, nous pouvons définir une fonction minimum plus proche de ce qui est fait dans la bibliothèque SSReflect sur les opérateurs de familles : Definition min_fT (I : finType) (F : I -> R) := min_seq [seq F i | i <- index_enum I]. Cette définition respecte les deux propriétés dont nous avons besoin, à savoir : Lemma min_fT_le (I : finType) F (i : I) : min_fT F <= F i. Lemma ex_min_fT (I : finType) F (_ : I) : {k | min_fT F = F k}. 1voir 1.2.5 et 1.2.10 pour les notations.4.1 Rappels et définitions 71 Maximum Pour définir le maximum d’une famille d’éléments, nous pouvons contourner le problème de l’élément neutre du fait que dans notre contexte, nous prenons toujours le maximum d’une famille d’éléments positifs. Nous pouvons donc choisir zéro comme élément neutre et utiliser les opérateurs de familles : \big[(@maxr R)/0%R]_i F i L’expression ci-dessus sera cachée derrière la notation : \maxr_i F i 4.1.2 Éléments d’algèbre linéaire Soit A une matrice carrée de dimension n à coefficients dans un corps. Le noyau de la matrice A, noté ker A, est l’ensemble des vecteurs tels que Ax = 0 c’est-à-dire : x ∈ ker A ⇔ Ax = 0 Le noyau d’une matrice est fourni par une fonction de la bibliothèque SSReflect, noté kermx A. Si x est un vecteur non nul qui appartient au noyau de la matrice A, alors A n’est pas inversible. En effet, si A était inversible nous aurions : x = I ∗ x = (A −1 ∗ A)x = A −1 (Ax) = A −1 ∗ 0 = 0 ce qui contredit le fait que x soit non nul. La matrice A n’étant pas inversible, comme nous sommes sur des matrices à coefficients dans un corps, nous avons det A = 0. Soit maintenant x et λ respectivement un vecteur colonne non nul et un scalaire tels que l’on ait la relation : Ax = λx Alors on dit que λ est une valeur propre de la matrice A et que x est un vecteur propre associé à la valeur propre λ. La relation ci-dessus peut être réécrite comme suit : (A − λI)x = 0 (1) Donc si λ est une valeur propre de la matrice A alors x est un vecteur non nul appartenant au noyau de la matrice (A−λI). C’est ainsi qu’est définie le prédicat booléen qui caractérise les valeurs propres dans la biblothèque SSReflect : Variables (T : fieldType) (n : nat) (A : ’M[T]_n). Definition eigenvalue lam := kermx (A - lam%:M) != 0.72 Perron-Frobenius Remarque 2. Le prédicat eigenvalue ne représente que l’ensemble des valeurs propres qui sont de type T. Donc par exemple si T est le corps des réels, alors les seules valeurs qui vérifieront le prédicat seront les valeurs propres réelles de la matrice A, et si lam est une valeur propre complexe de la matrice A alors eigenvalue A lam sera mal typé. L’égalité (1) indique également que si λ est une valeur propre de la matrice A alors det(A − λI) = 0 d’après ce que l’on a vu juste avant. C’est-à-dire que λ est une racine du polynôme caractéristique de la matrice A. Nous pouvons donc, dans un corps algébriquement clos, définir la séquence des valeurs propres d’une matrice : Variable F : closedFieldType. Definition eigen_seq n (A : ’M[F]_n) := root_seq (char_poly A). où la fonction root_seq retourne la séquence des racines d’un polynôme. Par exemple, si p est le polynôme (’X-1)^+2 * (’X-2) alors root_seq p sera la sé- quence [:: 1, 1, 2] (ou une de ses permutations). Le lemme suivant montre que, sur un corps algébriquement clos, les deux définitions ci-dessus expriment bien la même chose : Lemma eigenE n (A : ’M[F]_n) lam : (lam \in (eigenvalue A)) = (lam \in (eigen_seq A)). Le rayon spectral d’une matrice est le plus grand des modules des valeurs propres d’une matrice. Donc pour définir le rayon spectral, il faut une fonction module. Comme la séquence des valeurs propres est définie pour les matrices à coefficients dans un corps clos, alors le rayon spectral est défini pour les matrices à coefficients complexes1 : Variable R : rcfType. Notation C := (complex R). Definition spectral_radius n (A : ’M[C]_n) := \maxr_(lam <- eigen_seq A) Re ‘|lam|. Notation "\rho A" := (spectral_radius A). où Re désigne la fonction partie réelle, car bien que le module d’un nombre complexe ait une partie imaginaire nulle, son type est le type des nombres complexes, donc la fonction partie réelle est utilisée ici pour que le résultat obtenu soit réel. Donc pour parler du rayon spectral d’une matrice à coefficients réels, il faudra d’abord plonger la matrice dans l’espace des matrices à coefficients complexes. Dans la suite, nous parlerons également de comparaison entre matrices. Si A et B sont deux matrices de même dimensions, alors on dira que A ≤ B (resp. A < B) si tous les coefficients de B sont supérieurs ou égaux (resp. strictement supérieurs) aux coefficients de A. Dans le code formel, nous utiliserons les définitions et les notations suivantes : 1voir 1.2.10 et 1.2.11 pour les notations.4.2 Matrices strictement positives 73 Definition Mle A B := forall i j, A i j <= B i j. Definition Mlt A B := forall i j, A i j < B i j. Notation "A <=m: B" := (Mle A B). Notation "A exists x, 0 <=m: x /\ A *m x = (\rho A^%:C) *: x. La notation A^%:C signifie que chaque coefficient réel de la matrice A est plongé dans le corps des nombres complexes 4.2 Matrices strictement positives Nous allons voir maintenant dans une première partie la formalisation de la preuve du théorème de Perron-Frobenius pour les matrices strictement positives. Dans une seconde partie, nous verrons la formalisation d’un résultat important dont nous aurons besoin pour la première partie. 4.2.1 Preuve du théorème principal Le théorème que nous allons montrer ici est le suivant : Perron-Frobenius[cas strictement positif] Soit A ∈ Mn(R) telle que 0 < A, alors ρ(A) est une valeur propre de la matrice A et possède un vecteur propre associé dont tous les coefficients sont strictement positifs. La preuve du théorème repose sur l’axiome suivant : Axiome. Soit A ∈ Mn(R). La suite définit par (Ak )k∈N converge vers 0 si et seulement si ρ(A) < 1. Nous utiliserons également dans la preuve le résultat suivant : Resultat 1. Soit A ∈ Mn(R) telle que 0 < A, soit x un vecteur non nul tel que 0 ≤ x, alors 0 < Ax.74 Perron-Frobenius En effet, le i-ème coefficient du vecteur Ax est P k aikxi et comme x est nonnul alors il existe un terme de la somme qui est non-nul, donc tous les coefficients du vecteur Ax sont strictement positifs. Pour la preuve du théorème de Perron-Frobeniuspour les matrices strictement positives nous avons besoins du lemme suivant : Lemme 5. Soit A ∈ Mn(R) telle que 0 < A. Soit λ une valeur propre de A telle que |λ| = ρ(A), et soit x un vecteur non nul tel que Ax = λx. Alors nous avons A|x| = ρ(A)|x|, 0 < ρ(A) et 0 < |x|. Pour montrer ce lemme, on fait un traitement par cas sur l’égalité A|x| = ρ(A)|x| : Posons z = A|x|, alors d’après le résultat 1 nous avons 0 < z. • Supposons que A|x| = ρ(A)|x|, dans ce cas il ne reste plus qu’à montrer que 0 < ρ(A) et 0 < |x|. On sait que 0 ≤ ρ(A), si ρ(A) = 0 alors on aurait A|x| = 0 ∗ |x| = 0, autrement dit on aurait z = 0 ce qui contredit le fait que 0 < z, donc 0 < ρ(A). De plus, comme 0 < z et que z = ρ(A)|x|, on a 0 < ρ(A)|x| et donc 0 < |x|. • Maintenant supposons que A|x| 6= ρ(A)|x|. Nous allons montrer que cette hypothèse est absurde. Posons y = A|x| − ρ(A)|x|, alors d’après l’inégalité précédente nous avons y 6= 0, de plus 0 ≤ y en effet, nous avons : ρ(A)|x| = |λ||x| = |λx| = |Ax| ≤ |A||x| = A|x| et donc ρ(A)|x| ≤ A|x| ⇔ 0 ≤ A|x| − ρ(A)|x| = y Donc d’après le résultat 1 nous avons 0 < Ay = Az − ρ(A)z. Comme 0 < z et 0 < Az − ρ(A)z alors il existe un ε > 0 tel que l’on ait Az − ρ(A)z > εz. Autrement dit, nous avons : Az > (ρ(A) + ε)z ⇔ A ρ(A) + ε z > z Donc en posant B = A/(ρ(A) + ε) nous avons Bz > z, et par récurrence nous obtenons que ∀k, Bk z > z. De plus ρ(B) = ρ(A)/(ρ(A) + ε) < 1 donc d’après l’axiome, la suite des Bk converge vers 0 ce qui donne que 0 ≥ z > 0 ce qui est absurde. Le théorème découle directement du lemme 5 et des deux lemmes ci-dessous : Lemma ex_eigen_rho n (A : ’M[C]_n.+1) : {lam | eigenvalue A lam & ‘|lam| = \rho(A)%:C}. Lemma eigenvalueP a : reflect (exists2 v : ’rV_n, v *m g = a *: v & v != 0) (eigenvalue a).4.2 Matrices strictement positives 75 Le premier est une conséquence du fait que le maximum d’un nombre fini de valeurs est atteint et le deuxième est un résultat donné par la bibliothèque SSReflect. Dans la preuve du lemme 5, nous avons utilisé quatre résultats qui ne sont pas seulement des manipulations algébriques : • Le premier dit que si u et v sont des vecteurs strictement positifs, alors il existe ε > 0 tel que εv < u. Pour montrer ce résultat, on peut prendre ε = min i ui 2vi . L’énoncé prouvé formellement est celui-ci : Lemma Mle_eps m (u v : ’cV[R]_m.+1) : let F i := ((u i 0) / 2%:R)/ (v i 0) in let eps := min_fT F in 0 0 eps *: v B, et si la suite des Ak converge vers C alors on a C ≥ B. Son énoncé formel est le suivant : Lemma ltmx_cvg_lemx m n (A B :’M[R]_(m,n)) (U : nat -> ’M_(m,n)) : (forall k, A (U >->> B) -> A <=m: B. Nous remarquons que certaines propriétés utilisent la notion de convergence d’une suite de matrices. Donc pour pouvoir les exprimer, il faut d’abord munir le type des matrices d’une topologie. Nous allons donc voir maintenant comment est implémentée la structure d’espace topologique sur les matrices, mais aussi sur les structures ordonnées car nous en aurons besoin par la suite. 4.2.2 Instance des structures topologiques Nous avons déjà vu au chapitre 3 comment sont implémentées les structures d’espace métrique et topologique. Nous avons aussi vu sur l’exemple des réels de Coq comment instancier ces structures. Aussi nous indiquerons ici seulement la métrique qui sera utilisée pour ces instanciations.76 Perron-Frobenius Les structures ordonnées Toutes la hiérarchie des structures ordonnées est basée sur la structure appelée numDomainType. Nous avons vu que cette structure possède une fonction valeur absolue, ou module notée ‘|.|. La métrique utilisée sur les structures ordonnées est donc la suivante : Definition dist_real x y := ‘|x - y|. Les nombres complexes Nous avons vu aussi que dans la définition d’espace métrique le type de retour de la fonction distance était en paramètre. Ainsi si nous avons E : metricType R alors plus R sera “haut” dans la hiérarchie des structures ordonnées, plus nous pourrons démontrer de propriétés sur les espaces métriques. Les nombres complexes sont une instance de la structure numFieldType. Or nous aurons besoin dans le développement formel que le type de retour de la fonction distance sur les nombres complexes soit au moins de type realDomainType. C’est pourquoi nous utilisons la fontion partie réelle dans la définition de la distance sur les nombres complexes : Definition dist_C x y := Re ‘|x - y|. Les matrices Avant de définir une distance sur les matrices, nous définissons d’abord un type pour les normes de matrices : Section normDef. Variable R : numDomainType. Structure can_norm : Type := MNorm { anorm : forall p q, ’M[R]_(p,q) -> R; pos_norm : forall p q (A : ’M_(p, q)), 0 <= anorm A; hom_pos_norm : forall p q (A : ’M_(p, q)) (r : R), anorm (r *: A) = ‘|r| * anorm A; trin_ineq_norm : forall p q (A B : ’M_(p, q)), anorm (A + B) <= anorm A + anorm B; prod_ineq_norm : forall p q r (A : ’M_(p, q)) (B : matrix _ q r), anorm (A *m B) <= anorm A * anorm B; canonical_norm : forall p q (A : ’M_(p, q) ) i j, ‘|A i j| <= anorm A; canonical_norm2 : forall p q (A B: ’M_(p, q)), (forall i j, ‘|A i j| <= ‘|B i j|) -> anorm A <= anorm B }. End normDef.4.2 Matrices strictement positives 77 Notation "|| A : N |" := (anorm N A). Ici nous avons simplement repris la définition de norme formalisée par Ioana Paşca dans [42]. La définition a été actualisée avec les nouvelles définitions et notations de SSReflect. La norme que nous utiliserons par la suite est la norme infini définie commme suit1 : Definition norm8 (m n : nat) (A : ’M[R]_(m,n)) := \maxr_i \sum_j ‘|A i j|. Cette norme vérifie tous les axiomes de la structure can_norm définie ci-dessus. Donc après avoir démontré ces propriétés, nous pouvons déclarer la norme infini comme une instance de la structure : Canonical Structure can_norm8 := MNorm norm8_pos norm8_hom ... La distance sur les matrices est définie à partir de cette norme : Variable R : numDomainType. Let N8 := can_norm8 R. Definition dist_mat m n (A B : ’M[R]_(m,n)) := ||(A - B) : N8 |. 4.2.3 Preuve de l’axiome Nous allons montrer ici le théorème que nous avons posé en axiome dans la première partie de la preuve du théorème de Perron-Frobenius : Théorème 6. Soit A ∈ Mn(K) (K étant R ou C). La suite définit par (Ak )k∈N converge vers 0 si et seulement si ρ(A) < 1. Nous verrons également quelques points de la formalisation de cette preuve. La Preuve Commençons d’abord par montrer le sens facile : Si la suite (Ak )k∈N converge vers 0 alors ρ(A) < 1. Soit λ une valeur propre de la matrice A et x un vecteur propre associé à λ. Comme Ax = λx alors Akx = λ kx. Supposons que (Ak )k∈N converge vers 0, alors la suite (λ kx)k∈N = (Akx)k∈N converge vers 0 et comme x est non nul cela signifie que la suite (λ k )k∈N converge vers 0 et donc que |λ| < 1. Nous avons donc montré que pour toute valeur propre λ de la matrice A nous avons |λ| < 1 et donc en particulier nous avons ρ(A) < 1. Maintenant supposons que ρ(A) < 1 et montrons que la suite (Ak )k∈N converge vers 0. Notons J (A) la forme normale de Jordan de la matrice A. D’après ce que 1Le “8” représente un infini debout.78 Perron-Frobenius nous avons vu dans le chapitre 2, la matrice A est semblable à J (A). C’est-à-dire qu’il existe une matrice inversible P telle que A = P −1J (A)P, autrement dit telle que Ak = P −1J (A) kP. Donc prouver que la suite (Ak )k∈N converge vers 0 revient à prouver que la suite (J (A) k )k∈N converge vers 0. Nous savons que la forme normale de Jordan de A est une matrice diagonale par blocs dont chaque bloc est un bloc de Jordan J(λ, n) où λ est une valeur propre de A. Donc la matrice J (A) k est une matrice diagonale par blocs dont chaque bloc est de la forme J(λ, n) k . Ainsi pour montrer que la suite (J (A) k )k∈N converge vers 0, il suffit de montrer que pour chaque bloc la suite des (J(λ, n) k )k∈N converge vers 0. Voyons donc quelle est la forme générale de la matrice J(λ, n) k . Sur la figure ci-dessous on peut voir ce qui se passe sur un exemple pour les quatre premières puissances avec n = 4 : J(λ, 4) =   λ 1 0 0 0 λ 1 0 0 0 λ 1 0 0 0 λ   J(λ, 4)2 =   λ 2 2λ 1 0 0 λ 2 2λ 1 0 0 λ 2 2λ 0 0 0 λ 2   J(λ, 4)3 =   λ 3 3λ 2 3λ 1 0 λ 3 3λ 2 3λ 0 0 λ 3 3λ 2 0 0 0 λ 3   J(λ, 4)4 =   λ 4 4λ 3 6λ 2 4λ 0 λ 4 4λ 3 6λ 2 0 0 λ 4 4λ 3 0 0 0 λ 4   On remarque que sur chaque ligne les puissances de λ décroissent et que des coefficients binomiaux apparaissent. De manière générale nous avons : (J(λ, n) k )ij = k j − i ! λ k−(j−i) avec la convention que  k j−i  = 0 si j − i > k ou si i > j. Rappelons que nous avons ρ(A) < 1 et donc pour toute valeur propre λ de A nous avons |λ| < 1. Nous allons montrer que si |λ| < 1 alors la suite (J(λ, n) k )k∈N converge vers 0, pour cela nous allons montrer que les coefficients de la matrice J(λ, n) k convergent vers 0 quand k tend vers l’infini. Nous avons pour tout l : k l ! = k! (k − l)! l! = (k − (l − 1)) ∗ · · · ∗ k l! ≤ k ∗ · · · ∗ k l! = k l l! avec comme convention que a − b = 0 si a < b. Cela signifie que pour un l fixé,  k l  est borné par le polynôme k l/l! et donc dans l’expression suivante : k j − i ! λ k−(j−i)4.2 Matrices strictement positives 79 comme |λ| < 1 nous avons le terme λ k−(j−i) qui converge vers 0 de façon exponentielle alors que le terme  k j−i  croit vers l’infini de façon polynômiale. Donc finalement chaque coefficient du bloc J(λ, n) k converge vers 0. Ceci fini de montrer le théorème. Quelques points de formalisation Matrice et convergence Nous allons d’abord parler de lemmes généraux sur la convergence des suites de matrices. Un premier lemme important que nous avons utilisé est celui qui fait le lien entre la convergence des matrices et la convergence coefficient par coefficient. Ce lemme s’énonce formellement ainsi : Variable R : numFieldType. Lemma mx_cvgP m n (U : nat -> ’M_(m,n)) (A :’M[R]_(m,n)) : U >->> A <-> (forall i j, (fun n => (U n) i j) >->> (A i j)). Nous nous en sommes servi pour montrer que la suite des puissances des blocs de Jordan convergeait vers 0. Le second résultat sur la convergence des matrices que nous allons voir est celui qui fait le lien entre la convergence des matrices diagonales par blocs et la convergence bloc à bloc. Rappelons qu’une matrice diagonale par blocs est définie formellement à l’aide d’une fonction F : forall n, nat -> ’M_n.+1 qui donne les blocs diagonaux (voir 2.1), et d’une séquence qui correspond à peu de choses près à la taille des blocs. Une suite U1, U2, . . . de matrices diagonales par blocs correspondra formellement à une suite : diag_block_mx s (UF 1), diag_block_mx s (UF 2), ... où UF est la suite des fonctions qui donnent les blocs diagonaux. Nous avons donc UF qui est de type nat -> forall n, nat -> ’M_n.+1. Le lemme s’énonce ainsi : Lemma diag_block_mx_cvg s (UF : nat -> forall n, nat -> ’M[R]_n.+1) (F : forall n, nat -> ’M[R]_n.+1) : (forall i, (i < size s)%N -> (fun k => UF k (nth 0%N s i) i) >->> (F (nth 0%N s i) i)) -> (fun k => diag_block_mx s (UF k)) >->> (diag_block_mx s F). Nous l’utilisons pour montrer que la forme normale de Jordan de la matrice A converge vers 0. Convergence sur les nombres réels ou complexes Nous avons également utilisé le fait qu’il y a équivalence entre |λ| < 1 et la convergence de la suite (λ k )k∈N vers zéro. La preuve de ce résultat utilise la propriété archimédienne des nombres réels. Or dans notre cas nous utilisons ces lemmes sur les nombres complexes qui n’est pas archimédien. La structure archifieldType de la bibliothèque SSReflect est une structure realFieldType qui vérifie l’axiome suivant :80 Perron-Frobenius Definition archimedean_axiom (R : numDomainType) := forall (x : R), exists ub : nat, ‘|x| < ub%:R. La preuve de ce résultat n’utilise pas le fait que la structure de base est de type realFieldType, mais seulement le fait que l’axiome ci-dessus est vérifié. Or il se trouve que l’ensemble des nombres complexes vérifie cet axiome (car le module d’un nombre complexe est réel). Pour éviter d’avoir à dupliquer les lemmes sur les nombres réels et sur les nombres complexes, nous allons définir une nouvelle structure plus faible que la structure archiFieldType dont le type de base sera la structure numFieldType : Structure class_of (R : Type) := Class { base : NumField.class_of R; _ : archimedean_axiom (@NumDomain.Pack R base) }. Coercion base : class_of >-> NumField.class_of. Structure type := Pack {sort; _ : class_of sort}. Coercion sort : type >-> Sortclass. Notation archiDomainType := type. Nous avons déjà rencontré ce genre de définition dans le chapitre 3 sur la présentation des structures topologiques. La structure class_of est la structure d’hérédité. Elle contient un champ base qui correspond à la structure d’hérédité du type de base, et un preuve que ce type de base vérifie les propriétés supplé- mentaires qui se trouve dans la structure mixin_of qui ici est seulement réduite à l’axiome archimedean_axiom. Ce genre de structure est expliquée plus en détail dans [15, 14]. Cette structure étant basée sur la structure numFieldType hérite des propriétés de cette dernière, et aussi de la topologie (et de la métrique) que nous avons instanciée pour la structure numDomainType. L’ensemble des nombres réels et l’ensemble des nombres complexes étant tous les deux des instances de la structure ci-dessus, nous pouvons utiliser dans les deux cas les deux lemmes suivants qui nous intéressent : Variable R : archiDomainType. Lemma cvg_lt1 (x : R) : reflect ((fun k => x ^+ k) >->> 0) (‘|x| < 1). Lemma polyM_exp_cvg0 i (a : R) : ‘|a| < 1 -> (fun k => k%:R ^+ i * a ^+ k) >->> 0. 4.3 Matrices à coefficients positifs ou nuls Nous avons montré que pour toute matrice A ∈ Mn(R) telle que 0 < A, il existe un vecteur propre x de A tel que 0 < x et que Ax = ρ(A)x. Nous allons voir4.3 Matrices à coefficients positifs ou nuls 81 maintenant comment l’on généralise ce résultat pour le cas où 0 ≤ A. Ce que nous allons voir dans cette section n’est pas formalisé. Nous discuterons ici du travail qu’il reste à faire. 4.3.1 La preuve Le théorème que nous allons étudier maintenant est donc le suivant : Perron-Frobenius Soit A ∈ Mn(R) telle que 0 ≤ A, alors ρ(A) est une valeur propre de la matrice A et possède un vecteur propre associé dont tous les coefficients sont positifs. Prenons donc une matrice A telle que 0 ≤ A. Posons Ak = (aij + 1 k )1≤i,j≤n. Les matrices Ak sont des matrices strictement positives. Donc d’après le théorème que nous venons de montrer dans la section 4.2.1, nous avons ρ(Ak) qui est une valeur propre de Ak et qui possède un vecteur propre associé xk strictement positif. Quitte à normaliser, nous pouvons choisir le vecteur xk de norme 1. Comme la suite des matrices Ak converge vers A, alors la suite des ρ(Ak) converge vers ρ(A). De plus, comme les vecteurs de la suite xk sont dans un ensemble compact, alors d’après le théorème de Bolzano-Weierstraß (chapitre 3) il existe une sous-suite xϕ(k) qui converge vers un vecteur x positif. Pour tout entier k nous avons donc Aϕ(k)xϕ(k) = ρ(Aϕ(k))xϕ(k) , donc d’après ce qui précède, en passant à la limite nous obtenons Ax = ρ(A)x. Ainsi ρ(A) est une valeur propre de A et possède un vecteur propre associé à coefficients positifs ou nuls. Les deux principaux résultats de cette preuve qui demanderont le plus de travail de formalisation sont : • Si (An)n∈N est une suite de matrice qui converge vers A alors la suite des ρ(An) converge vers ρ(A). • L’ensemble des vecteurs de norme 1 est un ensemble compact. 4.3.2 Convergence des rayons spectraux Nous avons deux façons de montrer que la suite (ρ(Ak))k∈N∗ décrite plus haut converge vers ρ(A). La première utilise un argument de convergence des suites réelles décroissantes et minorées, et la deuxième utilise un argument de continuité. Argument de convergence Pour montrer que la suite des rayons spectraux est décroissante, nous utilisons le lemme suivant : Lemme 7. Si A, B ∈ Mn(K) (avec K = R ou C) sont des matrices telles que |A| ≤ B alors ρ(A) ≤ ρ(B).82 Perron-Frobenius Démonstration. Soit ε > 0. Définissons les matrices suivantes : Aε = A ρ(B) + ε et Bε = B ρ(B) + ε Comme |A| ≤ B, nous avons |Aε| ≤ Bε et donc |Aε| k ≤ Bk ε . D’une part ρ(Bε) = ρ(B)/(ρ(B) + ε) < 1. D’après ce que nous avons vu dans la section 4.2.3, cela signifie que la suite (Bk ε )k∈N converge vers 0. D’autre part pour tout entier k nous avons |Ak ε | ≤ |Aε| k ≤ Bk ε . D’après ce qui précède, cela signifie que la suite (Ak ε )k∈N converge aussi vers 0, et donc cela implique que ρ(Aε) < 1. Donc finalement : ρ(Aε) = ρ(A) ρ(B) + ε < 1 ⇔ ρ(A) < ρ(B) + ε et ce pour tout ε > 0 donc ρ(A) ≤ ρ(B). Grâce à ce lemme nous pouvons montrer que la suite (ρ(Ak))k∈N∗ est une suite décroissante et minorée par ρ(A) donc cette suite converge vers un réel ρ tel que ρ ≥ ρ(A). De plus nous avons vu que en passant à la limite, nous avons l’égalité Ax = ρx. Cela nous donne que ρ ≤ ρ(A) et donc par double inégalité ρ = ρ(A). Le développement sur la topologie est assez développé pour faire ce genre de preuve. Argument de continuité Une autre façon de faire est de montrer que la fonction A → ρ(A) est continue. Ainsi comme la suite (Ak)k∈N converge vers A alors la suite (ρ(Ak))k∈N∗ converge vers ρ(A). L’argument le plus souvent utilisé pour montrer la continuité du rayon spectral est le suivant : • Les coefficients du polynôme caractéristique d’une matrice varient continuement en fonction des coefficients de la matrice. • Les racines d’un polynôme varient continuement en fonction des coefficients du polynôme. • Le rayon spectral est continu en tant que composée d’applications continues. Le polynôme caractéristique d’une matrice est le déterminant de sa matrice caractéristique. Donc une manière de prouver le premier point est d’instancier une métrique sur l’ensemble des polynômes et de prouver que l’application déterminant est continue.4.4 Conclusion 83 On peut trouver une preuve du second point dans [34]. C’est une preuve qui demanderait encore du travail de formalisation, mais qui je pense reste abordable avec les outils que nous avons déjà formalisés. Le troisème point est un résultat général sur la continuité qui est déjà formalisé dans le développement sur la topologie. 4.3.3 Compacité de la boule unité Pour pouvoir utiliser le théorème de Bolzano-Weierstraß que nous avons vu au chapitre 3, il nous faut montrer que l’ensemble des vecteurs de norme 1 est un ensemble compact. Pour montrer ce résultat, on montre d’abord que les intervalles fermés sur R sont compacts. Ensuite on montre que la boule unité est incluse dans un pavé qui est le produit cartésien d’intervalles de R. Comme le produit cartésien fini d’ensembles compacts est compact, nous avons la boule unité qui est un ensemble fermé inclus dans un compact et est donc compact. Une première étape serait de définir le produit cartésien de deux ensembles. Nous avons vu qu’il existe déjà dans Coq un type produit pour le produit carté- sien de deux types (voir 1.1.1). Nous pourrions réutiliser ce produit cartésien sur les types pour avoir une définition du produit cartésien sur les ensembles : Variables (T1 T2 : Type). Definition cartesian_product (A : T1 -> Prop) (B : T2 -> Prop) := fun x : (T1 * T2) => (x.1 ’in A) /\ (x.2 ’in B). Mais je n’ai aucune idée si cette définition est praticable. Un second problème va apparaître lorsque nous voudrons utiliser ce résultat sur l’ensemble des nombres complexes. Ici l’argument est que l’on peut voir l’ensemble C comme le produit cartésien R × R. Il faudrait alors expliquer que la topologie obtenue à partir de la topologie produit sur R × R est équivalente à la topologie que nous avons instanciée sur l’ensemble des nombres complexes. Pour l’instant, telle qu’est définie la structure d’espace topologique, c’est quelque chose de difficile à exprimer. Le fait qu’un ensemble fermé inclus dans un compact est compact est déjà formalisé dans le développement sur la topologie générale. 4.4 Conclusion Le théorème de Perron-Frobenius est un exemple de théorème d’algèbre linéaire qui fait intervenir des arguments d’analyse et de topologie. Bien que la formalisation de ce théorème ait motivé la formalisation de la forme normale de Jordan et des espaces topologiques et métriques, ces développements ont été fait de manière indépendantes. La premère partie du théorème a permis de montrer que ces développements étaient réutilisables. Nous avons pu ainsi avoir une formalisation complète du84 Perron-Frobenius théorème de Perron-Frobeniuspour les matrices strictements positives. Toutefois pour montrer le théorème dans le cas générale, il reste encore à prouver des résultats comme la continuité du rayon spectrale ou la compacité de l’ensemble des vecteurs de norme 1. 4.5 Travaux reliés A ma connaissance, il n’existe pas de travaux de formalisation à propos du théorème du théorème de Perron-Frobenius. Un des rares papiers que j’ai trouvé sur la formalisation de sujet semblable est celui de Karol Pąk où le concept de valeur propre est formalisé en Mizar [40].Conclusion La formalisation du théorème de Perron-Frobenius a permis de formaliser des résultats plus généraux d’algèbre linéaire, mais aussi de topologie générale. C’est ce théorème qui a principalement motivé cette thèse. La bibliothèque SSReflect contient déjà une formalisation assez avancée sur les matrices, les polynômes et les propriétés algébriques. Ceci nous a fourni une bonne base pour développer les travaux de cette thèse. La formalisation des formes normales de Frobenius et de Jordan vue au chapitre 2, outre le fait d’avoir une preuve formelle de ces résultats, a occasionné le développement de théories sur les matrices diagonales par blocs, et sur les matrices semblales ou équivalentes. Ce sont des théories qui sont utilisées dans d’autres contextes mathématiques et donc nous espérons que ces outils pourront être réutilisés pour la formalisation d’autres résultats mathématiques. Dans le chapitre 3 nous avons formalisé les structures d’espace métrique et topologique. Il existe déjà une topologie dans la bibliothèque standard de Coq sur les nombre réels. Ici nous avons défini une structure générale de topologie pour avoir des résultats qui puissent être utilisés aussi bien sur des réels que sur des matrices ou sur des nombres complexes. Le résultat important de ce développement sur la topologie est le théorème de Bolzano-Weierstraß. Pour l’utilisation de ce théorème, il serait intéressant par la suite d’implémenter les structures d’espace normé et euclidien, ainsi que les propriétés de compacité des produits cartésiens d’ensembles. Cela permettrait d’avoir des théorèmes généraux supplémentaires pour montrer la compacité d’un ensemble. Les développements sur les formes normales de matrices et sur la topologie ont été formalisés de manière indépendante et dans le but de pouvoir être réutilisés. Le théorème de Perron-Frobenius est une première application de l’utilisation de ces développements formels. En effet, nous avons réussi à instancier une métrique et une topologie sur les matrices et les nombres réels ou complexes. Ensuite nous avons pu prouver des résultats sur la convergence de certaines suites. Et la forme normale de Jordan a permis de montrer un résultat important sur la convergence des suites des puissances de matrices. Cependant la partie du théorème de Perron-Frobenius utilisant le théorème de Bolzano-Weierstraß n’a pu être encore formalisée. Pour finir cette partie de la preuve, il reste à montrer quelques résultats comme la continuité du rayon spectral, et d’autres résultats de topologie pour pouvoir montrer la compacité d’un ensemble, et utiliser Bolzano-Weierstraß.Bibliographie [1] Andrea Asperti, Claudio Sacerdoti Coen, Ferruccio Guidi, Enrico Tassi et Stefano Zacchiroli : Matita v0.99.1 : User manual, 2006. http://matita.cs.unibo.it/. 3 [2] Andrea Asperti, Maria Emilia Maietti, Claudio Sacerdoti Coen, Giovanni Sambin et Silvio Valentini : Formalization of formal topology by means of the interactive theorem prover matita. In Proceedings of the 18th Calculemus and 10th International Conference on Intelligent Computer Mathematics, MKM’11, pages 278–280, Berlin, Heidelberg, 2011. 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L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.Thèse pour l’obtention du titre de Docteur de l’École Polytechnique Spécialité : Mathématiques appliquées par Matthieu Aussal Méthodes numériques pour la spatialisation sonore, de la simulation à la synthèse binaurale. Soutenue le 02 octobre 2014 Rapporteurs et membres du jury Directeur de thèse : François Alouges (École Polytechnique) Rapporteurs : Leslie Greengard (New York University) Jean-Marc Jot (DTS inc.) Séraphin Mefire (Université de Lorraine) Examinateurs : Toufic Abboud (École Polytechnique) Joël Bensoam (IRCAM) Marc Bonnet (ENSTA) Directeurs Industriels : Vincent Mouret (Digital Media Solutions) Hervé Roux (Digital Media Solutions)Remerciements Mes premiers remerciements vont tout naturellement à Hervé Roux, initiateur de ces recherches à travers la société Digital Media Solutions et Vincent Mouret, qui a repris le flambeau avec la même ferveur. Merci de m’avoir fait confiance, et ce dès le début, en me laissant toute la liberté d’agir sans autre contrainte que celle d’imaginer l’avenir. En m’impliquant doucement mais sûrement dans les rouages de la société, vous m’avez transmis le goût de l’entrepreneuriat. Je remercie mes rapporteurs, MM. Leslie Greengard, Jean-Marc Jot et Séraphin Mefire d’avoir accepté de consacrer une partie de leurs vacances à relire mon manuscrit. J’ai été très honoré qu’ils acceptent cette charge et particulièrement touché par les compliments de leurs rapports respectifs. Je tiens aussi à remercier MM. Toufic Abboud, Joël Bensoam et Marc Bonnet d’avoir accepté de faire partie de mon jury. Merci à Toufic de nous avoir proposé son aide lorsque nous en avions besoin. Merci à Joël de m’avoir donné le goût des équations intégrales pour l’acoustique. Merci à Marc pour les nombreux échanges passés et à venir. Par ailleurs, je remercie les doctorants et personnels du Centre de Mathématiques Appliquées de l’École Polytechnique qui se sont prêtés de nombreuses fois à des expériences sonores diverses et variées, et toujours avec le sourire. Un grand merci aussi à l’École Polytechnique, et plus spécifiquement au CMAP et Antonin Chambolle, pour m’avoir accueilli pendant ce doctorat, et pour m’accueillir encore pendant quelques temps. Une pensée toute particulière accompagne l’équipe Audio 3D de DMS, qui a réussie à supporter mon encadrement sans (trop) broncher ! ;-) Encore Bravo à Mathieu Coïc pour la quantité/qualité colossale de travail abattu et merci pour cette ambiance si chaleureuse. Merci à Alexandre Dazzoni pour ses conseils et sa grande disponibilité. Je souhaiterais aussi féliciter et remercier les nombreux stagiaires que j’ai eu le plaisir d’encadrer : Ivan Alouges, Louis Anglionin, Martin Averseng, Pierre Bézard, Timothée Chevalier, Marie-Julie Dhaou, Louis Faucon (et merci à l’ADO !), Valentin Labourette, Hanna Ma-tahri, Lasse Munk, François Salmon, Adel Chelghoum et Augustin Deprez. J’en profite pour remercier tout le personel de DMS et tout particulièrement Nathalie, Alix, Mika, Walid, Ludo, Pascal C., Eric, Matthieu D., PatrickGilles, Guillaume E., Lucas et Alberto. En vrac, encore merci à Sylvie Tonda-Goldstein pour son aide précieuse en démêlage de sac de nœuds, à Hervé Le Meur pour ses nombreux coups de pouce, à Timothée Chevalier pour ses maillages de tête à trous, à Sylvain Faure et Pascal Frey pour leurs maillages de tête sans trou, à Jean-Christophe Messonnier pour les nombreuses conversations, à Hervé Déjardin pour ses riches conseils, aux membres du consortium BiLi, à Sophie-Anaïs pour son expertise, à Isabelle et Jean pour la transmission de savoirs, à Manou et So pour leurs coups de main, à Grany, à The Mathworks d’avoir inventé Matlab, au bâtiment 334, aux d’Yvette d’en face pour leurs superbes voix et à Vincent, l’ami éternel. Enfin, il faudrait bien plus qu’un merci à ma famille, ma belle-famille et mes amis pour leur soutien sans faille. Et puisqu’il est coutume de garder le meilleur pour la fin, je tiens à adresser mes plus sincères et chaleureux remerciements à François Alouges. Au-delà d’un encadrement scientifique d’une rare qualité, tu as été d’une extrême bienveillance pendant ces trois années qui, grâce à toi, furent d’une richesse inouïe. Je te dois cette thèse, alors vraiment, merci.à Caroline et à nos enfants Crédits : Bob de Groot et Turk, Léonard est un génie, ed. Le Lombard, 1977.Résumé Les recherches effectuées lors de ce doctorat ont été initiées par un besoin industriel identifié par la société Digital Media Solutions, à savoir la réalisation d’un outil de spatialisation sonore au casque destiné aux nonvoyants. Malgré les nombreux dispositifs déjà existants, les techniques de synthèse binaurale butent, depuis leur apparition, sur un obstacle majeur, qui empêche la réalisation de produits de haute qualité. En effet, pour rendre l’illusion d’un espace sonore perceptible, les déformations temporelles et spectrales issues de la propagation d’une onde sonore jusqu’aux tympans doivent être restituées le plus fidèlement possible. En plus des difficultés classiques rencontrées en traitement du signal audio, ceci entraîne, de facto, la nécessité d’individualiser les fonctions de transfert HRTF, traduisant pour chacun l’empreinte spatiale d’une source sonore. Pour réaliser cette personnalisation, une première approche consiste à mesurer en laboratoire les HRTF de chaque individu. Bien qu’offrant des résultats convaincants, cette technique n’est pas encore applicable au grand public, car le processus est long, pé- nible et relativement coûteux. C’est pourquoi la modélisation mathématique a été envisagée. Sous réserve d’un maillage représentatif de la morphologie de l’auditeur, la résolution numérique des équations de propagation des ondes pourrait avantageusement remplacer la mesure. Aujourd’hui, des outils grand public (e.g. Kinect de Microsoft) permettent la réalisation de maillages satisfaisants, qui peuvent être perfectionnés, voire couplés, à des formes élé- mentaires analytiques (Sphères, Ellipses, Cônes, etc.). La thèse se concentre alors sur deux axes principaux et complémentaires. D’une part, nous avons développé (conjointement avec F. Alouges) un nouveau moteur de calcul intégral par éléments finis de frontières (MyBEM), réalisé sous Matlab. Ce dernier est appliqué à la résolution des équations de l’acoustique. Pour pouvoir calculer les fonctions de transfert HRTF sur l’ensemble des fréquences audibles, une nouvelle méthode rapide de convolution a été conçue, implémentée, puis validée analytiquement. À partir d’une quadrature monodimensionnelle performante d’un noyau de Green quelconque (Laplace, Helmholtz, Stokes, Maxwell, etc), une séparation des variables permet 1le calcul rapide d’un produit de convolution dans l’espace. Dénommée "Dé- composition Creuse en Sinus Cardinal" (SCSD), cette méthode est confrontée à la "Méthode Multipolaire Rapide" (FMM), référence reconnue en la matière. D’autre part, une fois les HRTF mesurées ou calculées sur une grille sphé- rique discrète, une résolution de quelques degrés angulaires est indispensable pour pouvoir effectuer un rendu spatial de grande qualité. Il faut donc procéder à des interpolations de filtres, qui nuisent à la qualité du rendu audio et à l’impression d’externalisation. Cependant, une nouvelle compréhension des HRTF initiée avant la thèse a permis un sous-échantillonnage spatial des bases de données, sans produire d’artefacts audibles, mais aussi une personnalisation par filtrage inverse. Mise en œuvre au sein d’un moteur de rendu audio spatialisé sous Matlab (PifPaf3D), cette technique appelée "Décomposition par Modèle Morphologique" a montré des qualités reconnues par validations subjectives. Par ailleurs, de nombreux outils connexes ont été intégrés à ce moteur, pour améliorer encore le rendu spatial, comme des acoustiques de salles ou la compensation du casque audio. Ces deux étapes, abouties et maîtrisées, doivent désormais être couplées en vue de réaliser une chaîne complète de synthèse binaurale numérique. 2Abstract Research conducted during this PhD were initiated by an industrial need identified by Digital Media Solutions, namely the creation of a tool for spatial sound rendering through headphones for blind people. Despite the many existing devices, techniques for binaural synthesis face, since their appearance, a major obstacle that prevents to realize high quality products. Indeed, to make the illusion of a perceptible sound space, temporal and spectral distortions resulting from the propagation of a sound wave to the ears must be reproduced as accurately as possible. In addition to traditional difficulties in audio signal processing, this enlightens the need to individualize the Head Related Transfer Functions (HRTF), that encode the spatial impression of a sound source. To achieve this individualization, a first approach consists in measuring in the laboratory the HRTF of each individual. Although offering convincing results, this technique is not yet applicable to the general public, because the process is long, painful, and relatively expensive. This is why mathematical modeling has been considered. Subject to a mesh representing the morphology of the listener, the numerical solution of the wave propagation equations could advantageously replace the measure. Today, large public tools (e.g. Microsoft Kinect) allow the construction of satisfactory meshes, which can be refined, when coupled with analytical basic shapes (spheres, Ellipse, cones, etc..). The thesis then focuses on two main and complementary axes. On the one hand, we have developed (jointly with F. Alouges) a new boundary element method software (MyBEM). Realized in Matlab, we apply it to solve the equations of acoustics. For the calculation of the HRTF across all audible frequencies, a new fast convolution method has been designed, implemented and validated analytically. From the efficient one dimensional quadrature of any Green kernel (Laplace, Helmholtz, Stokes, Maxwell, etc.), a separation of variables allows a fast convolution in space calculation. Called "Sparse Cardinal Sine Decomposition" (SCSD), this method is confronted with the Fast Multipole Method (FMM) renowned as the state-of-the-art in the domain. 3Moreover, once the HRTF are measured or calculated on a discrete spherical grid, a resolution of a few angular degrees is essential to perform a high quality spatial rendering. It is therefore necessary to interpolate the filters, and that affects the quality of the audio rendering. However, a new understanding initiated before the PhD allows an undersampling of the databases, without producing audible artifacts, and providing with a possibility of individualization by inverse filtering. Implemented in a spatial audio rendering engine (PifPaf3D), this technique called "Morphological Model Decomposition" has been validated by subjective tests. Moreover, many related tools have been integrated into the engine, to further improve the spatial rendering, such as acoustic rooms or headphones compensation. These two stages, accomplished and mastered must now be coupled in order to achieve a complete chain of digital binaural synthesis. 4Table des matières Résumé/Abstract 1 1 Synthèse binaurale et HRTF 7 1.1 Introduction à l’écoute spatialisée . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.1 Espace sonore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.2 Théorie du Duplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1.3 Head-Related Transfer Function . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 Exemples de systèmes de spatialisation sonore . . . . . . . . . 14 1.2.1 Panning d’Amplitude, de la stéréo au VBAP . . . . . . 14 1.2.2 High Order Ambisonics, captation et restitution . . . . 17 1.2.3 Technologies binaurales, enregistrement et synthèse . . 21 1.3 Head-Related Transfer Function, what else ? . . . . . . . . . . 24 1.3.1 Modèle de HRTF, la sphère rigide . . . . . . . . . . . . 25 1.3.2 Mesures de HRTF, Acoustics Research Institute . . . . 31 1.3.3 Interpolation linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.3.4 Interpolation par harmoniques sphériques . . . . . . . . 43 1.4 Décomposition par Modèle Morphologique . . . . . . . . . . . 48 1.4.1 Principe et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 1.4.2 Interpolation optimisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 1.4.3 Variations de position . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 1.4.4 Déraffinement spatial d’une base de données . . . . . . 59 1.4.5 Vers une méthode d’individualisation . . . . . . . . . . 62 2 Moteur binaural PifPaf3D 67 2.1 Introduction et configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.2 Transport et contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.3 Traitement Binaural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.4 Acoustique de salle et Ambisonics . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.5 Compensation du casque et égalisation . . . . . . . . . . . . . 81 2.6 SpherAudio Headphones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 53 Formulations intégrales rapides pour l’acoustique 89 3.1 Représentation et équations intégrales . . . . . . . . . . . . . . 91 3.1.1 Diffraction dans l’espace libre . . . . . . . . . . . . . . 91 3.1.2 Diffraction en présence d’un obstacle . . . . . . . . . . 93 3.1.3 Équations intégrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.1.4 Formulations discrètes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.2 Introduction aux méthodes multipolaires rapides . . . . . . . . 101 3.3 Nouvelle méthode rapide - SCSD . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.3.1 Vers un problème mono-dimensionnel . . . . . . . . . . 105 3.3.2 Résolution du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.3.3 Formalisme final pour l’équation de Helmholtz . . . . . 116 3.3.4 Extension vers Laplace (et plus si affinités...) . . . . . . 120 3.4 Comparaisons et performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.4.1 Méthodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.4.2 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4 Moteur intégral MyBEM 131 4.1 Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.2 Validations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.3 Applications au calcul de HRTF . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Conclusion 153 Bibliographie 155 Articles 163 6Chapitre 1 Synthèse binaurale et HRTF Ce premier chapitre a pour but de poser le cadre théorique des recherches en spatialisation sonore effectuées avant, puis pendant la thèse, notamment en synthèse binaurale. En effet, il est important de préciser que les travaux de recherche exposés ici s’inscrivent dans la continuité de travaux effectués au préalable et par le même auteur au sein de la société Digital Media Solutions. Ces travaux ont donné naissance à un spatialisateur innovant, appelé PifPaf3D, écrit exclusivement en langage Matlab, dont le développement s’est poursuivi au cours de ces trois années de thèse. Aussi, certains aspects pré- sentés dans ce chapitre sortent du sujet de thèse initial, mais ont néanmoins motivé des axes de développement non négligeables. 1.1 Introduction à l’écoute spatialisée De par sa grande complexité et ses multiples domaines d’étude (physiologie, neurologie, psycho-acoustique, physique ondulatoire, etc.), seuls les principes généraux de la perception spatiale liée au système auditif humain sont présentés ici, en guise d’introduction ou de rappel. Le lecteur curieux est invité à se documenter sur les ouvrages de références [10], [15] et [68], ou encore les manuscrits de thèse [20] et [70]. Pour une courte introduction, [14] et [17] présentent un excellent résumé, avec une bibliographie détaillée. 1.1.1 Espace sonore La perception sonore de l’espace, bien que souvent négligée au profit de la perception visuelle, n’en est pas moins fondamentale puisqu’elle est l’unique indicateur environnemental qui ne souffre d’aucune restriction spatiale. À titre comparatif, le système visuel (vision fovéale + périphérique) 7Figure 1.1 – Vue subjective du célèbre jeu de tir à la première personne Counter Strike. ne délivre d’informations que sur une faible portion de l’espace, alors que le système auditif est effectif pour toutes les directions, avec une précision angulaire (Just Noticeable Difference) de l’ordre de quelques degrés. De plus, le système auditif effectue une analyse permanente et souvent inconsciente de l’environnement, tandis que le système visuel est de plus en plus requis pour effectuer des tâches quotidiennes, nécessitant une attention particulière. La capture d’écran présentée en figure 1.1 est un exemple issu du monde des jeux vidéos. Cette vision subjective du célèbre jeu de tir à la première personne (FPS) Counter Strike présente un certain nombre d’objets, comme les mains du joueur, des caisses, une terrasse, des murs, etc. Bref, aucun danger n’est visuellement apparent. Si le joueur ne dispose pas d’un système de rendu sonore, il n’aura aucune information relative à son environnement autre que celles fournies par la vision, ce qui est restrictif. Si, au contraire, le joueur dispose d’un rendu stéréo classique, il aura accès à d’autres données non visibles. Cependant, privé d’une perception sonore en rendu spatialisé, le joueur devra balayer visuellement l’ensemble de la scène à la moindre alerte auditive, pour identifier la position de la source sonore (tirs, bruits de pas, explosion, etc.). Ce temps perdu peut lui être dommageable. Aussi, pour que le joueur puisse pleinement et rapidement appréhender tout danger non visible à l’écran, un rendu spatial de la scène sonore serait souhaitable. Les mêmes principes s’appliquent au quotidien, à savoir que le système auditif fournit l’ensemble des informations nécessaires à une perception spatiale de l’environnent, dynamique et analytique. La spatialisation sonore est une branche de l’Acoustique dont on peut défi- 8Figure 1.2 – Système auditif humain. (source www.alynsimardaudio.com) nir l’objectif général comme étant "la (re)création d’un espace sonore subjectif au niveau de l’auditeur" [20]. D’un point de vue physiologique, l’étude de la spatialisation sonore part d’une hypothèse fondatrice, à savoir que l’oreille interne et l’oreille moyenne n’interviennent pas dans la création des indices de localisation tridimensionnels. La figure 1.2 fournit un embryon d’explication par une représentation en coupe du système auditif humain. Lorsqu’une onde sonore (une variation de pression dans l’air) atteint le tympan, celle-ci est ensuite transmise mécaniquement par les osselets vers la cochlée. Cette dernière encode alors le signal sonore en impulsions électriques, acheminées au cerveau par le nerf auditif. Dans ce schéma simpliste, une fois que l’onde sonore a fait vibrer le tympan, ce dernier transmet un signal qui se propage de l’oreille moyenne jusqu’au cerveau, sans aucun ajout possible d’informations spatiales. Aussi, la compression des informations de localisation encodées dans ce signal ne peut être faite qu’avant. 1.1.2 Théorie du Duplex Des indices dits de localisation sont inhérents à l’analyse discriminatoire de l’espace sonore, effectuée par notre système cognitif. Dans ce sens, deux contributions principales ont été mises en évidence par Lord Rayleigh en 1907, formant ainsi la théorie du Duplex [74]. Cette dernière fut ainsi nommée car elle met en lumière l’analyse des indices acoustiques interauraux, c’est-à-dire issus des signaux perçus conjointement par les deux oreilles. Sur le schéma 9Figure 1.3 – Représentation graphique de l’ITD et de l’ILD. (source www.kfs.oeaw.ac.at) de la figure 1.3, l’onde sonore incidente est supposée provenir de l’infini. De ce fait, les isovaleurs de pression acoustique sont orthogonales au sens de propagation. Ainsi, de par l’orientation de l’onde dans le plan horizontal, l’oreille gauche percevra l’information plus tôt et plus fort que l’oreille droite. Ces écarts de temps et d’intensité sont caractérisés respectivement par l’ITD et l’ILD : – Interaural Time Difference, ITD : La différence interaurale de temps est la différence de temps d’arrivée d’une onde sonore entre les deux oreilles. Cet indice de localisation joue un rôle fondamental pour la localisation dans le plan horizontal, notamment en basse fréquence ; – Interaural Level/Intensity Difference, ILD ou IID : La différence interaurale de niveau est la différence d’intensité de l’onde sonore entre les deux oreilles. Cet indice de localisation joue de même un rôle fondamental pour la localisation azimutale, notamment en moyenne et haute fréquence. En revanche, cette théorie est incomplète pour les sources sonores qui seraient, par exemple, dans le plan médian. En effet, l’ITD et l’ILD sont grossièrement identiques pour une source sonore devant, dessus ou encore derrière un auditeur. Pourtant, l’être humain est capable de discriminer ces directions, avec une précision exemplaire. Le fait est que la théorie du Duplex ne tient pas compte des dissymétries de la tête et du pavillon. 10Figure 1.4 – Cônes de confusion, représentant les isovaleurs de l’ITD et de l’ILD pour une approximation de tête sphérique sans pavillon. (source www.humansystems.arc.nasa.gov) 1.1.3 Head-Related Transfer Function Avec l’approximation de tête sphérique [85], l’ILD et l’ITD de la théorie du Duplex n’apportent pas d’informations discriminatoires dans le plan median, ni dans des cônes communément appelés "cônes de confusion" (fig. 1.4). Il manque donc un indice de localisation pour compléter cette théorie. Ce dernier indice est principalement lié à la morphologie de l’auditeur, notamment la géométrie du pavillon et du conduit auditif de l’oreille externe (fig. 1.2) qui modifient singulièrement l’onde sonore incidente. En effet, des ondes ré- fléchies peuvent être engendrées selon l’incidence, ainsi que des déformations spectrales liées à des modes de résonance (fig. 1.5). Le timbre du signal émis par la source sonore est alors modifié et ce, en fonction de sa position dans l’espace. Il en résulte des filtres spatio-fréquentiels relativement complexes, encore appelés Direction-Dependent Filters (fig. 1.6). Ces trois indices (ITD, ILD et DDF) sont inclus dans un modèle plus général de filtres fréquentiels communément appelés Head-Related Transfert Functions (HRTF). Par Transformée de Fourier, ces filtres s’expriment aussi bien en domaine fréquentiel qu’en domaine temporel, sous forme de HeadRelated Impulse Responses (HRIR), et peuvent être définis comme suit : HRTF : R 3 × R + → C (r, θ, φ) × f → HRT F HRIR : R 3 × R + → R (r, θ, φ) × t → HRIR 11Figure 1.5 – Modes de résonance de l’oreille externe. (source www.dtmblabber.blogspot.fr, d’après [78]) Figure 1.6 – Représentation directionelle des Directions Depending Filters de l’oreille gauche du sujet 003 de la base CIPIC. Visualisation de l’amplitude spectrale (dB) pour des sources sonores situées sur la sphère unité (croix noire), à fréquence fixe, dans le repère de la figure 1.4. De gauche à droite, la fréquence vaut respectivement 2 kHz, 8 kHz et 15 kHz. 12Figure 1.7 – Amplitude spectrale (dB) des HRTF de l’oreille gauche du sujet 003 de la base CIPIC, dans le plan médian. L’amplitude spectrale (dB) pour quelques positions de ces filtres est représentée sur la figure 1.7. L’azimut est fixé à 0˚, pour une élévation croissante de 0˚ à 80˚ (plan median). Comme le montre cette figure, il existe une forte variabilité entre chacun de ces filtres, induisant une grande complexité dans leur étude. Ces fonctions de transfert HRTF établissent donc une cartographie spatiale minutieuse du système auditif humain et sont, de par leur nature même, propres à chaque individu. Enfin, il est intéressant de souligner que ces filtres peuvent être : – Mesurés par réponse impulsionnelle sous forme de HRIR (e.g. [3], [62], [6]) ; – Modélisés de manière analytique (e.g. [85], [57], [25]) ou par simulation numérique (e.g. [50], [51], [39]) ; – Échangés sous forme de bases de données (e.g. [65], [9]) ; – Individualisés, par divers et nommbreux procédés. La compréhension et l’exploitation de ces HRTF représente un enjeu majeur pour la recherche en spatialisation sonore, mais aussi pour les industriels soucieux d’innovations technologiques. En effet, la perception d’un espace sonore réaliste devient possible dès lors que les trois indices formant les HRTF sont correctement restitués, ou dans une moindre mesure au moins l’un des trois. Aussi, tout système de restitution sonore en exploite certaines proprié- tés, directement sur casque audio ou indirectement sur enceintes. 13Figure 1.8 – Principe de la stéréophonie et notion de "Sweet Spot". 1.2 Exemples de systèmes de spatialisation sonore Il existe de nombreux systèmes de spatialisation sonore, chacun exploitant de savants mélanges au sein des dimensions perceptives et physiques. Dans cette section, trois de ces techniques sont détaillées, à savoir le panning d’amplitude et sa généralisation au Vector Base Amplitude Panning (VBAP), l’approche Ambisonics et son extension en High Order Ambisonics et pour terminer la synthèse binaurale. Ce choix est principalement motivé par le fait qu’elles ont toutes trois été intégrées dans le spatialisateur PifPaf3D, moteur de rendu audio 3D Matlab détaillé dans le chapitre suivant. 1.2.1 Panning d’Amplitude, de la stéréo au VBAP Le panning d’amplitude est apparu avec les premiers supports utilisant plus d’un canal de diffusion et fait partie des plus anciennes techniques de spatialisation sonore [83]. Le principe théorique est relativement simple, à savoir la création d’une image sonore virtuelle dite "Fantôme", en jouant sur la différence d’intensité de sources sonores réelles ( haut-parleurs). Tout l’art de l’ingénieur du son consiste en l’obtention d’une image sonore robuste et réaliste, répartissant judicieusement l’ensemble des objets virtuels sur des segments reliant les sources réelles. La restitution stéréophonique, encore très largement dominante aujourd’hui, est fondée sur ce principe. En disposant l’auditeur et deux haut-parleurs (gauche et droit) sur les sommets d’un triangle équilatéral, ce système permet une restitution spatialisée sur une dimension d’espace. Il est important de noter qu’une contrainte forte af- 14Figure 1.9 – Disposition fixée de haut-parleurs en 5.1 (en traits pleins), 9.1 (en tirets) et 22.2 (en pointillés). (source Wikipedia) fecte l’ensemble des systèmes de spatialisation sonore sur enceintes, à savoir le positionnement des sources sonores par rapport à l’auditeur (notion de Sweet Spot). Celle-ci est déjà présente sur un système à deux canaux, tel que le montre la figure 1.8. Dans la lignée de la stéréophonie, plusieurs systèmes de restitution en audio spatialisé sont progressivement apparus, comme la quadriphonie, le 5.1, le 7.1, le 9.1, ou plus récemment le 22.2 de la NHK (fig. 1.9, [42]). Tous utilisent des maillages de haut-parleurs répartis sur des positions préalablement fixées dans l’espace autour de l’auditeur. Ces systèmes permettent d’étendre les principes fondateurs de la stéréophonie sur des maillages plus denses de haut-parleurs, sur un cercle entourant l’auditeur (1D), voire sur une sphère (2D). En appliquant des lois de panning prédéfinies, des sources sonores fantômes peuvent ainsi être créées. Il est intéressant de remarquer qu’aucun de ces systèmes n’est réellement 3D en terme de répartition de haut-parleurs. Ceci est notamment lié à la faible précision de la localisation en distance, qui est préférentiellement rendue dans sa dimension perceptive plutôt que physique [48]. Enfin, de récents travaux ont donné naissance aux techniques de Vector 15Figure 1.10 – Principe du Vector Base Amplitude Panning : la source virtuelle, symbolisée par sa pression acoustique p, est générée par panning d’intensité de coefficients Ij appliqués aux trois sources sonores adjacentes j. (source www.ausim3d.com/products/Vectsonic) Base Amplitude Panning (VBAP), autorisant une répartition quelconque des haut-parleurs sur une sphère entourant l’auditeur [73]. Cette approche est une extension de la stéréo vers un système à multiples sources sonores réelles, ce qui permet de définir un support quelconque pour les sources fantômes (triangle, quadrangle, etc.). Une loi d’interpolation est alors appliquée aux canaux pour déterminer leurs gains, en utilisant notamment les cordonnées barycentriques de la source virtuelle dans la base formée par les sources réelles (fig. 1.10). Un maillage quelconque de haut-parleurs peut être envisagé, ce qui permet de s’affranchir des contraintes liées aux systèmes fixes précédents. Cette méthode a été implémentée dans le spatialisateur PifPaf3D, en marge des travaux de thèse, et testée sur un maillage de 16 haut-parleurs répartis dans une pièce de type bureau. Le script réalisé permet notamment de générer le maillage triangulaire selon la position absolue des haut-parleurs, et de naviguer en temps réel dans ses éléments pour créer les sources fantômes. Les résultats de cette étude feront éventuellement l’objet d’une publication ultérieure. Face au développement de ces nouveaux systèmes de restitution, toujours plus complexes et précis, la notion d’objet sonore ponctuel devient dès lors incontournable pour que les techniques de spatialisation soient humaine- 16Figure 1.11 – (Gauche) Schéma du microphone Soundfield tel que breveté [19]. Quatre capsules cardioïdes sont placées sur les faces d’un tétraèdre régulier, dont les signaux (RF,LF,RB,LB) constituent le A-Format, ou format ambisonique brut. (Droite) Les composantes directionnelles du B-Format (W,X,Y,Z) ou format encodé. (source [20]). ment réalisables. En effet, le mixage stéréo ne nécessite qu’un potentiomètre pour répartir l’intensité sonore de la source virtuelle entre les deux canaux de diffusion. Dans le cas d’un maillage triangulaire dense, il est nécessaire de manipuler des objets sur des surfaces, ce qui complique singulièrement l’interface homme-machine. C’est pourquoi l’ensemble de la chaîne de traitement audio, de la captation à la restitution en passant par le mixage, subit aujourd’hui de grands bouleversements. 1.2.2 High Order Ambisonics, captation et restitution Parmi les nombreuses techniques émergentes de spatialisation sonore, l’approche Ambisonics et son extension High Order Ambisonics (HOA) fournissent une gamme d’outils complète sur l’ensemble de la chaîne de production (e.g. [19], [20], [21], [33]). Originellement, elles sont issues des techniques de prise de son par couple MS. Le principe général est de capter simultanément et ponctuellement un champ sonore à l’aide d’un micro bidirectif et d’un micro omnidirectionnel. Des informations directionnelles de la scène sonore sont alors nativement incluses dans les signaux de sortie des microphones, qui peuvent-être stockés ou échangés comme tels. Pour que l’image sonore soit directement rendue, dans une dimension d’espace, il suffit ensuite de restituer ce champ sur un système stéréophonique, par une sommation 17des signaux sur un haut-parleur et une opposition de phase sur l’autre. Cette technique de prise de son fut généralisée aux trois dimensions d’espace par Gerzon et donna naissance au fameux encodage B-Format du microphone Soundfield (fig. 1.11). À la restitution, le B- Format est décodé pour s’adapter au système de haut-parleurs, par exemple disposés sur les sommets d’un cube. Ce processus d’encodage-décodage d’une scène sonore spatialisée est une caractéristique propre des méthodes Ambisonics. Cependant, cette approche souffre d’une faible précision spatiale de par la nature même de la captation, à savoir cardioïde. Aussi, de nombreux travaux, notamment ceux de J. Daniel [20], ont permis de créer un cadre robuste pour étendre Ambisonics vers une précision supérieure, appelée High order Ambisonics (HOA). Cette extension peut s’introduire de façon théorique en considérant le problème de propagation des ondes dans un espace Ω homogène et isotrope, dénué de sources, en régime harmonique. Sous ces hypothèses, l’équation de Helmholtz formalise mathématiquement ce type de problème et s’écrit comme suit : −(∆ + k 2 )u = 0 avec u ∈ Ω. (1.1) Cette équation peut être résolue en introduisant les harmoniques sphériques (Y m l ), qui sont des fonctions propres de l’opérateur Laplace Beltrami sur la sphère S 2 , associées aux valeurs propres l(l + 1) (e.g. [69], [82] et fig. 1.12). Elles forment une base orthonormée pour le produit scalaire L 2 (S 2 ) et sont définies comme la trace sur la sphère unité S 2 des polynômes homogènes harmoniques de degré l (i.e. à Laplacien nul sur R 3 ). Cette base orthonormée (Y m l ) peut être considérée comme un équivalent pour la sphère dans R 3 de la base (e inθ) pour le cercle dans le plan R 2 . D’un point de vue plus formel, les fonctions de Legendre : P m l (x) = (−1)m(1 − x 2 ) m/2 d m dxm Pl(x) avec m ≥ 0, définies pour tout l dans N, −l ≤ m ≤ l et −1 < x < 1, construisent la famille (Y m l ), définie par : Y m l (θ, φ) = vuut 2l + 1 4π (l − m)! (l + m)!P m l (cos(φ))e imθ . (1.2) En fixant Ω comme l’intérieur ou l’extérieur de la sphère unité S 2 , toute fonction u solution de l’équation de Helmholtz (1.1) peut se décomposer en harmoniques sphériques comme suit : u(k, r, θ, φ) = X l,m α m l (k)Ul(kr)Y m l (θ, φ). (1.3) 18Figure 1.12 – Représentation spatiale des cinq premières harmoniques sphé- rique Y m l , telles que r = |Y m l (θ, φ)|. En pratique, selon les conditions aux limites du problème considéré (Dirichlet, Neumann, Fourier, etc.), la fonction radiale Ul(kr) est construite par des combinaisons linéaires dans C de fonctions de Bessel sphériques, Hankel sphériques et de leurs dérivées. D’un point de vue strictement mathématique, le formalisme HOA est pleinement contenu dans l’équation (1.3) et la propriété d’orthonormalité des harmoniques sphériques pour le produit L 2 (S 2 ) [20]. En effet, la captation puis l’encodage HOA consiste en la création des signaux de projection α m l sur les harmoniques sphériques. Ces signaux peuvent être stockés, échangés et utilisés en l’état pour effectuer des opérations simples, comme des zooms ou des rotations spatiales. Par exemple, le B-Format est l’équivalent du signal α m l pour l ≤ 1. Enfin, s’ensuit l’étape de décodage pour la restitution sur un système de haut-parleurs en calculant cette fois les canaux u correspondants aux signaux α m l . Le protocole suivant, non exhaustif, résume les grandes étapes d’un encodage-décodage HOA dans le cas d’une captation-restitution d’une scène sonore spatialisée. Encodage : 1. Suite à la captation d’une scène sonore par une sphère de microphones, le problème aux limites correspondant est formalisé en domaine de Fou- 19rier pour expliciter les fonctions Ul(kr) sous forme de filtres fréquentiels ; 2. En considérant les valeurs du champ u aux positions des microphones par rapport au centre de la sphère, la série en (1.3) peut alors être tronquée ; 3. En projetant la série (1.3) tronquée sur la base orthonormée des harmoniques sphériques par intégration sur S 2 , un système linéaire est formé ; 4. Puis, ce système est résolu, fréquence par fréquence, pour déterminer les coefficients α m l (k) de la décomposition. Cette étape d’encodage HOA permet de créer les signaux fréquentiels α m l (k), ou encore temporels α m l (t) par transformée de Fourier inverse. Ces derniers définissent un format d’échange évolutif et modulable (rotation, zoom, etc.), indépendant de la sphère de microphones utilisée pour la captation. Le BFormat Ambisonics est la version à l’ordre l = 1 du format HOA et le couple MS en est la version d’ordre l = 1 avec m = 0 uniquement. Décodage : 1. Un nouveau problème aux limites est formalisé pour la diffusion en champ libre par une sphère de haut-parleurs, explicitant notamment un nouveau filtre fréquentiel et une nouvelle matrice de décodage liés aux positions des haut-parleurs dans l’espace centré sur l’auditeur ; 2. Par intégration sur S 2 , un nouveau système linéaire est formé ayant pour inconnues les signaux ui discrets ; 3. Ce système est cette fois inversé, délivrant ainsi le signal à diffuser par les haut-parleurs pour recréer un champ sonore identique à la captation. Une version améliorée de ce protocole a été implémentée durant la thèse dans le moteur PifPaf3D, notamment pour effectuer un rendu binaural d’une captation par microphone Soundfield en A-Format (fig. 1.11). De nombreux dé- tails soulèvent de grandes difficultés, non présentées dans ce manuscrit, mais bien connues de l’homme de l’art. Peuvent être citées en exemple la troncature de la série harmonique dans l’équation (1.3), les phénomènes d’aliasing fréquentiel liés aux diverses discrétisations, la pseudo inversion de la matrice rectangulaire des harmoniques sphériques, ou encore la régularisation des filtres fréquentiels faisant appels aux fonctions de Bessel et Hankel sphé- riques. Néanmoins, le module Matlab d’encodage-décodage HOA a donné des résultats encourageants pour des captations par microphone Soundfield. Il fera sans doute l’objet de recherches ultérieures, par exemple sur le rendu 20de microphones d’ordres plus élevés, ou non sphériques, ou encore pour de la localisation spatiale de sources sonores. Pour conclure, comme toute technique audio, HOA présente des avantages et des inconvénients, à la fois sur les plans perceptif, physique et technique. Ce manuscrit n’ayant pas pour vocation d’en faire une étude détaillée, mais plutôt d’en expliciter les grandes lignes pour comprendre et exploiter l’outil, le lecteur curieux pourra se documenter sur une littérature abondante (e.g. [11], [20], [21], [59], [71]). 1.2.3 Technologies binaurales, enregistrement et synthèse Binaural, binaurale, binauraux (adj. du latin bini/paire et auris/oreille) se dit des perceptions auditives engendrées par une stimulation simultanée des deux oreilles. (Larousse 2013 ) Cette définition introductive a pour but de fixer le vocabulaire employé dans ce manuscrit. En effet, le terme binaural tend à se démocratiser ces dernières années, en devenant un nom commun synonyme d’une écoute spatialisée sur casque audio. En accord avec la définition précédente, il doit en réalité être employé comme adjectif caractérisant une stimulation simultanée des deux oreilles, ce qui induit une certaine prudence d’utilisation 1 ... Ceci étant, les technologies binaurales peuvent être introduites en distinguant deux grandes techniques, ayant comme point commun leur mode de restitution essentiellement sur casque audio, voire sur haut-parleur par Cross-Talk Cancellation. Tout d’abord, l’enregistrement binaural (fig. 1.13) consiste à effectuer une prise de son par l’intermédiaire de deux microphones placés au niveau des tympans d’un être humain, ou d’un objet reprenant tout ou partie des caractéristiques de l’oreille externe (mannequin Gras Kemar, tête artificielle Neumann KU100, oreilles Otokinoko, sphère The Audio BS3D, etc.). Cette technique contient nativement des informations perceptives relatives à la scène sonore originale, ce qui lui confère (en général) un rendu plutôt réaliste, à la fois en direction et en distance. Cependant, elle souffre des contraintes suivantes, liées à la "compression" des informations spatiales dans un signal stéréo : 1. En effet, la quasi-totalité du monde de l’audio est basé sur une stimulation simultanée des deux oreilles... Au même titre, les HRTF sont bien souvent associées au "binaural", alors que tout système de restitution audio exploite de manière directe ou indirecte tout ou partie des informations de localisation contenues dans ces filtres. 21Figure 1.13 – (Gauche) Enregistrement binaural par microphones DPA, situés à l’embouchure du conduit auditif d’un joueur de violoncelle. (Droite) Tête artificielle Neumann KU100, avec microphones intégrés au creux de chaque "oreille". (source www.neumann.com) 1. Les divers objets de la scène sonore forment un tout difficilement dissociable ; 2. Il est difficile de construire manuellement une scène sonore ; 3. Les retouches par égaliseurs, compresseurs, limiteurs, réverbérateurs et autres effets risquent d’altérer fortement la spatialisation, native à la captation ; 4. A posteriori, les filtres HRTF liés à la prise de son ne peuvent pas être individualisés à la morphologie de l’auditeur. Aussi, même si cette approche est connue depuis la fin des années 60, ces difficultés ont sans doute fait obstacle à sa popularisation, à la fois chez les professionnels et les particuliers. La seconde technique, appelée synthèse binaurale (fig. 1.14), réside en l’application d’algorithmes de traitement du signal audio pour recréer artifi- ciellement la perception spatialisée d’une scène sonore. Le principe de base consiste à mesurer par réponse impulsionnelle les filtres HRIR gauches et droits d’un auditeur, pour une position donnée dans l’espace. Puis, après convolution d’une source audio mono par ces deux filtres, le fichier stéréo issu de cette manipulation peut être écouté sur n’importe quel casque audio (de facture honorable !). Dès lors, la source mono sera perçue dans la direction de la position mesurée. En pratique, les HRIR sont mesurées en plusieurs positions de l’espace et une interpolation spatiale de ces filtres est effectuée pour convoluer n’importe quelle source audio dans n’importe quelle 22Figure 1.14 – (Gauche) Principe de base de la synthèse binaurale : x˜(t) correspond au signal mono xA(t), perçu à la position (r, θ, φ) et délivré par les signaux binauraux xL(t) et xR(t). Pour ce faire, xA(t) est convolué par les filtres HRIR gauches h˜ L(t) et droit h˜ R(t) de la position (r, θ, φ), généralement obtenus par interpolation sur une base de données de HRIR. (source Wikipedia) (Droite) Système de mesure de HRTF de l’ARI. (source www.kfs.oeaw.ac.at) 23direction. Sous réserve d’un workflow draconien, la synthèse binaurale peut s’affranchir des contraintes précédentes liées à l’enregistrement binaural, à savoir : 1. Les sources sonores peuvent être des objets dissociés, issus de prises de son séparées ou non ; 2. Une scène sonore se construit manuellement, par positionnement des sources dans l’espace ; 3. Toutes les retouches nécessaires peuvent être faites avant le rendu par synthèse binaurale, préférentiellement effectué en dernier dans la chaîne de production sonore ; 4. Les bases de données HRIR utilisées pour les convolutions peuvent être différentes selon l’utilisateur, voire même individualisées. Ce sont toutes ces possibilités offertes par la synthèse binaurale qui ont motivé l’ensemble de ce travail de recherche appliquée, en particulier le dernier point sur l’individualisation des filtres HRIR/HRTF par des méthodes numériques non intrusives. Aussi, même si cette technique est beaucoup plus difficile à mettre en œuvre, les progrès matériels et logiciels de ces dix dernières années appliqués au traitement du signal offrent aujourd’hui de nouvelles perspectives. Le contexte CIFRE de cette thèse n’est d’ailleurs pas sans rappeler que de nombreux industriels suivent de très (très) près les récentes avancées faites en synthèse binaurale, toujours plus prometteuses. 1.3 Head-Related Transfer Function, what else ? Pour mieux saisir les difficultés liées à l’utilisation des filtres HRTF en synthèse binaurale, une analyse systémique de ces filtres est présentée dans cette section. Cette analyse est effectuée dans la dimension physique des fonctions de transfert, sans se soucier des questions perceptives. La méthodologie est discutable au regard de la psycho-acoustique, mais facilite l’appréhension des résultats de mesures, ainsi que leur couplage avec des résultats issus de modélisations analytiques ou de simulations numériques. Par ailleurs, cette approche rigoureuse a donné naissance à une décomposition fonctionnelle des HRTF en éléments modélisables et résiduels, détaillée dans la section suivante. Aussi, dans toute la suite, les HRTF seront avant tout considérées comme des solutions de radiation sphérique d’un problème de diffraction des ondes sonores par un objet essentiellement rigide, à savoir l’être humain. 24Figure 1.15 – Repère en coordonnées sphériques, convention en rayonlongitude-latitude correspondant respectivement à la distance (ρ), l’azimut (θ) et l’élévation (φ). (source Wikipedia) 1.3.1 Modèle de HRTF, la sphère rigide Avant de s’intéresser aux HRTF réelles issues de mesures en laboratoire, certaines bases méritent d’être posées en étudiant un modèle simplifié, comme les HRTF d’une sphère rigide sans pavillon. Ceci permet notamment d’introduire différents modes de représentations, ainsi que des résultats utiles pour la suite. Pour ce faire, il existe deux principaux modèles associés au problème de diffraction d’une onde sonore par un objet sphérique. Le premier modèle fournit une solution dans le domaine temporel, à savoir une évaluation analytique du retard interaural (ITD) pour une sphère rigide (e.g. [57], [85]). Ce retard correspond à la différence de temps de propagation d’une onde sonore à l’infini entre deux points diamétralement opposés sur la sphère. En considérant que la direction d’une source sonore à l’infini est caractérisée par un angle d’azimut θ et d’élévation φ dans un repère sphérique (fig. 1.15), le retard interaural τ s’exprime par : τ = a c × (arcsin(cos φ sin θ) + cos φ sin θ), (1.4) avec a le rayon de la tête sphérique considérée et c la célérité des ondes sonores dans l’air. La figure (fig. 1.16) donne une représentation du retard τ calculé par le modèle d’ITD (1.4), en fonction de l’azimut θ, pour trois élévations φ significatives. Le rayon de tête choisi pour les calculs correspond au rayon de tête sphérique moyen (a = 8.74 cm [58]) et la vitesse du son dans l’air est 25Figure 1.16 – Représentation de l’ITD τ calculé par le modèle de Larcher (1.4), en fonction de l’azimut θ, pour trois élévations φ significatives. prise à 15˚C (c = 340 m/s). En pratique, ce modèle peut simplement être mis en œuvre en approchant les HRTF comme une combinaison de déformations spectrales en amplitude et d’un retard pur : HRT F(θ, φ) = |HRT F(θ, φ)|e iτ(θ,φ) . Cette décomposition est surtout valable en basse fréquence, lorsque l’approximation de tête sphérique est légitime. Cette technique a été implémentée dès la toute première version du logiciel PifPaf3D, notamment pour faciliter les interpolations de filtres et autoriser une personnalisation de la synthèse binaurale au diamètre de la tête de l’auditeur. Cependant, malgré des résultats perceptifs encourageants, cette approche est trop grossière en haute fréquence pour être raisonnablement suffisante. Le second modèle sphérique a été introduit par Duda [25] et exploite les solutions analytiques du problème de diffraction d’onde par une sphère rigide de rayon a, en régime harmonique de nombre d’onde k. La source sonore est cette fois ponctuelle et localisée dans l’espace. Comme ce problème possède une symétrie de révolution, la position de cette source sera entièrement dé- terminée par sa distance r et son angle d’incidence θ. La fonction de transfert HS issue de cette modélisation est analytique et donnée par : HS(k, a, r, θ) = − r ka2 e −ikr X∞ m=0 (2m + 1)Pm(cos θ) hm(kr) h 0 m(ka) , r > a, (1.5) où Pm est le polynôme de Legendre de degré m et hm la fonction de Hankel sphérique de degré m. De plus, Duda propose un algorithme récursif pour évaluer les fonctions de Hankel et leurs dérivées, ce qui permet un calcul rapide et facilite l’étude. Les deux premières représentations graphiques 26Figure 1.17 – Représentations des HRTF du modèle sphérique de Duda, dans le plan azimutal. (Haut) Amplitude spectrale. (Milieu) Portrait de phase. (Bas) Amplitude signal HRIR. 27de la figure 1.17 montrent l’amplitude spectrale et le portrait de phase des HRTF sphériques de Duda, évalués à partir de l’équation (1.5). Dans le repère sphérique de la figure 1.15, ces deux grandeurs sont données pour "l’oreille gauche", située en (0, a, 0). La discrétisation angulaire du plan d’incidence (azimutal) est de l’ordre du degré et la discrétisation fréquentielle compte 129 échantillons répartis régulièrement entre 0 et 24 kHz. Les valeurs d’amplitude spectrale sont données en dB sur un intervalle audible fixe ([−60, 0] dB) et la phase est exprimée en radian ([−π, π] rad). Sur la figure 1.17, les amplitudes spectrales des sources ipsilatérales sont relativement monotones, alors qu’apparaissent des interférences constructives et destructives pour les sources contralatérales. De plus, pour les sources diamétralement opposées au point de mesure sur la sphère (θ = 270˚), les interférences constructives amènent un gain jusque 20 dB supérieur aux sources juxtaposées. Enfin, le portrait de phase est relativement uniforme, avec des isovaleurs caractéristiques d’un problème à géométrie sphérique, excepté pour ces mêmes sources diamétralement opposées, qui présentent un saut de phase. La dernière repré- sentation graphique de la figure 1.17 montre la transformée de Fourier inverse des HRTF sphériques, soit les HRIR du modèle sphérique de Duda dans le plan d’incidence. La discrétisation temporelle compte 256 échantillons sur un intervalle de l’ordre de quelques millisecondes. Les valeurs d’amplitude du signal sont données en dB sur un intervalle audible fixe ([−60, 0] dB). Le modèle d’ITD de Larcher (1.4) en élévation nulle (fig. 1.16) est clairement visible sur la représentation temporelle des HRIR sphériques. Il est néanmoins intéressant de noter un lissage pour l’azimut θ = 90˚, correspondant à une source ipsilatérale. Ceci peut s’expliquer par l’approximation d’onde incidente à l’infini dans le modèle de Larcher, qui diffère de l’approximation en sources ponctuelles dans le modèle de Duda. Par ailleurs, un second front d’ondes d’amplitude non négligeable apparaît pour les sources contralaté- rales, retardé par rapport au front d’onde caractérisant l’ITD. Ce résidu est généré par les ondes contournant la sphère par le chemin diamétralement opposé au plus court trajet, dans le plan d’incidence. La figure 1.17 donne une première forme de représentation graphique des HRTF sphériques, à la fois en fréquence, en temps et en espace. Cependant, autant où les représentations strictement azimutales s’avèrent consistantes pour les HRTF sphériques, autant où elles sont incomplètes pour les HRTF réelles. En effet, ces dernières sont des données directionnelles n’ayant a priori pas de symétries particulières. Or, l’ajout d’une dimension pour l’élévation complique grandement l’analyse, qui nécessite des supports clairs et intuitifs pour être rigoureuse et efficace. Aussi, en fixant la fréquence, une représentation aplatie en azimut θ et élévation φ de l’amplitude spectrale (fig. 1.18) et du portrait de phase (fig. 1.19), est un bon complément des représentations 28Figure 1.18 – Amplitude spectrale (dB) des HRTF gauches du modèle sphérique de Duda (eq. 1.5). Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe f. 29Figure 1.19 – Portrait de phase (radian) des HRTF gauches du modèle sphérique de Duda (eq. 1.5). Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe f. 30Figure 1.20 – Répartition spatiale des positions de mesures pour la base de données ARI. (source [6]) exclusivement fréquence-azimut précédentes. Sur ces figures, les discrétisations en azimut θ et élévation φ pour le modèle analytique de Duda sont de l’ordre du degré dans chaque dimension. Cette nouvelle représentation offre l’avantage d’afficher toutes les données spatiales sans idées reçues et de mesurer pleinement la nature ondulatoire des HRTF. En effet, l’amplitude spectrale et la phase des HRTF sphériques de Duda (fig. 1.18 et 1.19) ne sont pas sans rappeler les figures d’interférences classiques des problèmes de diffraction d’onde. Enfin, la symétrie axiale d’axe de rotation interaural Oy est parfaitement visible. Tous les outils de représentation graphique étant désormais établis avec un modèle analytique, le problème réel des HRTF mesurées peut maintenant être abordé. 1.3.2 Mesures de HRTF, Acoustics Research Institute La base de données récemment mesurée à l’Acoustics Research Institute de l’Austrian Academy of Science a été utilisée dans cette section à des fins de recherche, sous licence Creative Commons (cc). Ces mesures présentent l’avantage de compter 1550 positions, quasi-uniformément espacées sur plus d’une demi-sphère (fig. 1.20), avec un écart angulaire de 2.5˚ frontalement et de 5˚ sinon. Au vu des schémas de diffraction précédents pour le modèle sphérique analytique (fig. 1.18 et 1.19), ce faible écart angulaire semble 31indispensable pour représenter le plus fidèlement possible les variations en hautes fréquences. Pour réaliser ces mesures, le dispositif expérimental mis en place consiste en une batterie de haut-parleurs disposés en arc de cercle autour d’une chaise rotative où s’assoit le sujet, dans une chambre semianechoïque (fig. 1.14). Les HRIR sont mesurées par sweep multiples [64] de 50 Hz à 20 kHz, puis post-traitées par filtrage inverse en minimum de phase de l’amplitude spectrale de la Common Transfer Function (CTF), afin de compenser l’impact de l’équipement sur la mesure. Pour finir, elles ont été filtrées par coupe-haut à 18 kHz (ce qui rend les données non valables au-delà de cette limite), puis fenêtrées en temps sur 256 échantillons (Tukey asymé- trique). Pour plus d’informations sur le protocole expérimental, un extrait est disponible sur le site de l’ARI [6]. Enfin, il n’est pas inutile de préciser que cette base de données est disponible au format Matlab, ce qui en facilite grandement l’usage. La figure 1.21 donne les représentations de l’amplitude spectrale, de la phase et de l’amplitude signal des HRTF du sujet NH5 de la base ARI, en azimut-fréquence. La discrétisation azimutale θ est semi-régulière, avec un pas de 2.5˚ autour de θ = 0˚ et un pas de 5˚ sinon. Les valeurs d’amplitude spectrale ont été normalisées et sont données en dB sur l’intervalle audible fixe [−60, 0] dB, pour faciliter les comparaisons avec le modèle sphérique de Duda (fig. 1.17). La discrétisation fréquentielle compte 129 échantillons répartis régulièrement entre 0 et 24 kHz et l’équivalent temporel présente 256 échantillons sur un intervalle de l’ordre de quelques millisecondes. D’une part, sur la représentation temporelle, le modèle d’ITD de Larcher (fig. 1.16) est parfaitement visible, avec le même décrochement à θ = 90˚ que pour la modélisation analytique de Duda (fig. 1.17). De plus, un certain nombre de réflexions supplémentaires, engendrées par le pavillon de l’oreille, mais aussi les épaules et le torse, se dessinent en suivant les mêmes courbes d’ITD. Ces réflexions sont à l’origine des importantes déformations spectrales en amplitude et en phase, caractéristiques des HRTF. D’autre part, certaines remarques peuvent se dégager de l’analyse comparative des représentations fréquentielles des HRTF modélisées (fig. 1.17) et mesurées (fig. 1.21) : – Les HRTF des sources contralatérales (θ proche de 270˚) sont beaucoup plus complexes que celles ipsilatérales (θ proche de 90˚) ; – L’amplitude spectrale des HRTF mesurées est relativement lisse, dans le sens où ses variations présentent peu de sauts critiques, excepté en faible amplitude ; – Le portrait de phase présente quant à lui de fortes variations et de nombreux sauts ; – Le modèle de Duda est visible sur l’amplitude spectrale, notamment en basse fréquence pour l’oreille contralatérale et se retrouve aussi sur 32Figure 1.21 – Représentations des HRTF du sujet NH5 de la base de données ARI, dans le plan azimutal. (Haut) Amplitude spectrale, avec filtrage coupehaut d’origine. (Milieu) Portrait de phase. (Bas) Amplitude signal HRIR. 33toute la bande fréquentielle du portrait de phase. Ce dernier point, parfaitement empirique, est fondamental puisqu’il a donné naissance au principe de Décomposition par Modèle Morphologique des HRTF, présenté dans la suite de ce manuscrit. En complément des représentations azimutales précédentes, les figures 1.22 et 1.23 donnent les représentations en azimut-élévation à fréquence fixe des HRTF mesurées du sujet NH5 de la base ARI. La discrétisation spatiale de cette base oscillant entre 2.5˚ et 5˚, ces figures présentent une discrétisation tous les degrés d’espace en considérant la valeur du plus proche voisin mesuré, ce qui correspond aux diagrammes de Voronoï. Ceci permet d’afficher les résultats de mesures bruts, sans interpolations graphiques éventuellement préjudiciables à l’analyse des données. Les positions spatiales des données mesurées sont représentées par des points noirs. Les propriétés précédemment observées se retrouvent dans la représentation spatiale des HRTF. En effet, l’amplitude spectrale (fig. 1.22) est relativement lisse, y compris en haute fréquence. Certains décrochements sont néanmoins visibles pour les sources contralatérales (en bleu foncé). Mais ces valeurs sont relativisées par leur faible amplitude en échelle logarithmique. Cette représentation laisse penser que la discrétisation spatiale de la base ARI semble surdéterminée, au regard des faibles variations entre chaque point de mesure. Une interpolation, linéaire ou d’ordre supérieur, pourrait donc être envisagée. En revanche, le portrait de phase est quant à lui bien plus oscillant (fig. 1.23). La discrétisation spatiale est suffisante pour une représentation à 0.5 kHz, mais commence à pêcher pour les sources contralatérales à 8 kHz et devient manifestement insuffisante pour ces mêmes positions à 16 kHz. Une interpolation de ces données en l’état est donc relativement difficile à haute fréquence, mais reste envisageable (cf. section suivante). Il est néanmoins intéressant de remarquer une certaine symétrie axiale par rotation autour de l’axe interaural, qui n’est pas sans rappeler le portrait de phase sphérique du modèle de Duda (fig. 1.19). Toutes les représentations brutes des HRTF et des HRIR équivalentes étant établies, celles-ci vont désormais servir de référence dans toute la suite de ce chapitre. 1.3.3 Interpolation linéaire Les représentations précédentes des diagrammes de Voronoï en azimut- élévation (fig. 1.22 et 1.23) amènent naturellement la question de l’interpolation spatiale des filtres HRTF, à savoir : Comment construire des données pertinentes entre les positions discrètes des mesures ? 34Figure 1.22 – Amplitude spectrale (dB) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de données ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. Les positions des mesures sont données par les points noirs. 35Figure 1.23 – Portrait de phase (radian) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de données ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. Les positions des mesures sont données par les points noirs. 36Cette question est fondamentale pour la compréhension de ces fonctions de transfert, ainsi que pour leur exploitation industrielle (e.g. [17], [45], [57]). Par exemple, une interpolation spatiale de haute qualité permet notamment : – Un rendu dynamique de la spatialisation sonore en minimisant les artefacts audibles ; – L’ajout d’un head-tracking transparent ; – Une minimisation de la densité spatiale des mesures, ce qui diminue leur durée, simplifie les appareillages nécessaires et décroit la taille des bases de données de façon quadratique. Pour ce faire, une interpolation linéaire par triangularisation sphérique de la sphère de mesures a été préférentiellement choisie. Tant que la discrétisation des fonctions à interpoler est suffisante pour appliquer une hypothèse de linéarité locale, ce type d’interpolation est un bon compromis entre précision et coûts de calcul. L’algorithme exploité pour produire les représentations ci-après peut se résumer comme suit : 1. Considérer le nuage de points de mesures en coordonnées sphériques ; 2. Subdiviser la surface sphérique en triangles plans, ayant pour sommets les points des mesures ; 3. Construire une grille régulière plus fine, par exemple, tous les degrés en azimut θ et élévation φ ; 4. Interpoler linéairement triangle par triangle les données aux nœuds sur cette nouvelle grille. Au vu des variations des HRTF brutes (fig. 1.22 et 1.23), le module et la phase des HRTF ont été traités séparément. Les figures (fig. 1.24 et 1.25) représentent respectivement en azimut-élévation les interpolations linéaires de l’amplitude spectrale et de la phase des HRTF mesurées du sujet NH5 de la base ARI. L’interpolation linéaire de l’amplitude spectrale (fig. 1.24) donne d’excellents résultats puisque, comparativement aux mesures originales (fig. 1.22), les variations semblent entièrement décrites avec la discrétisation spatiale de la base ARI et ce, quelle que soit la fréquence. Autour de l’oreille contralatérale, seuls quelques "trous" de faible amplitude mériteraient une étude plus approfondie, mais leur importance est moindre au regard de la faible amplitude de la zone avoisinante. D’autre part, à 8 kHz, des stries horizontales apparaissent pour l’oreille ipsilatérale et semblent fonctions de l’élévation. Selon le protocole expérimental, à savoir une rangée de hautparleurs distincts en élévation, il est possible que l’égalisation du dispositif impacte la mesure. Cette problématique limite les mesures d’erreurs possibles et peut justifier qu’une interprétation purement graphique des résultats soit suffisante en première approche. En revanche, l’interpolation linéaire de la 37Figure 1.24 – Interpolation linéaire de l’amplitude spectrale (dB) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de données ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence f fixe. Les positions des mesures sont données par les points noirs. 38Figure 1.25 – Interpolation linéaire du portrait de phase (radian) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de données ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence f fixe. Les positions des mesures sont données par les points noirs. 39phase (fig. 1.25), peut quant à elle être considérée comme un échec. En effet, même si le portrait de phase original (fig. 1.25) est relativement consistant pour les fréquences 1 kHz, voire 8 kHz, la discrétisation spatiale de la base ARI est clairement insuffisante pour ce type d’interpolation à 15 kHz. En effet, étant donné que les données spatiales brutes présentent de nombreux sauts de π vers −π, une interpolation linéaire entre ces sauts génère des artefacts visibles et audibles. À titre comparatif, le portrait de phase théorique des HRTF sphériques de Duda (fig. 1.19) peut être mis en regard du portrait de phase interpolé (fig. 1.25). Comme les oscillations observées résultent en grande partie de la repré- sentation modulo 2π, une approche classique consiste à "dérouler" la phase pour retirer les sauts de π vers −π, obtenant ainsi une phase continue sur un intervalle élargi [10]. Mais, comme le montrent les mesures brutes (fig. 1.23), la question de la direction du déroulement est loin d’être triviale. En effet, celui-ci doit respecter la causalité, qui est difficile à évaluer directement pour des fonctions de transfert définies sur deux dimensions d’espace (azimut et élévation). Des travaux de recherches ont précédemment été entrepris pour tenter de résoudre cette problématique, donnant lieu à des méthodes comme : – Soustraire la portion de phase linéaire liée au retard de propagation ; – Soustraire la portion de phase minimale déduite du spectre d’amplitude et représenter l’excès de phase déroulé ("unwrapped"). La seconde approche est considérée notamment dans la thèse de Véronique Larcher et propose de mesurer le retard de propagation par une approximation linéaire de l’excès de phase (e.g. [57]). Une autre méthode, utilisée ici, consiste à interpoler directement les HRTF dans le domaine complexe, en séparant la partie imaginaire et la partie réelle. Étant donné que la transformée de Fourier et la méthode d’interpolation sont toutes deux linéaires, cela revient à effectuer une interpolation linéaire en domaine temporel, soit directement sur les HRIR [45]. L’amplitude spectrale (dB) et la phase (rad) peuvent alors être extraites du résultat et représentées en azimut-élévation à fréquence fixe. Suivant cette technique, le portrait de phase (fig. 1.27) semble cette fois plus cohérent que précédemment (fig. 1.25), notamment à 1 kHz, voire 8 kHz. Cependant, les variations à 16 kHz étant toujours trop fortes pour être interpolées correctement, de nouveaux artefacts apparaissent, comme des phases spatialement constantes (visibles aussi à 8 kHz pour les sources contralatérales). D’autre part, l’amplitude spectrale de cette méthode (fig. 1.27) est quant à elle plutôt médiocre à 8 kHz et 16 kHz, car un aliasing spectral perturbe la reconstruction. Même si la répartition générale est respectée (fig. 1.22), ces oscillations locales de l’amplitude spectrale sont du domaine de l’audible. Ceci modifie de manière conséquente le timbre de la source sonore restituée et peut affecter la localisation spa- 40Figure 1.26 – Amplitude spectrale (dB) de l’interpolation linéaire complexe des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de données ARI (équivalent de l’interpolation des HRIR). Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. 41Figure 1.27 – Phase (radian) de l’interpolation linéaire complexe des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de données ARI (équivalent de l’interpolation des HRIR). Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. 42tiale. Cet aliasing est majoritairement dû à la sous-discrétisation spatiale de la phase, qui vient perturber l’interpolation linéaire en domaine temporel. En effet, l’interpolation linéaire des HRTF fait appel à des combinaisons de filtres, qui peuvent générer des erreurs lorsque les interpolants présentent une trop grande variabilité, ou un mauvais alignement temporel. À partir de ces résultats, une première intuition pour interpoler les HRTF serait de combiner une interpolation linéaire de l’amplitude spectrale (fig. 1.24) avec la phase d’une interpolation temporelle (fig. 1.27). Mais cette phase étant reliée à une amplitude spectrale avec fort aliasing (fig. 1.26), rien ne garantit la validité du résultat. Une nouvelle méthode, dite de "Décomposition par Modèle Morphologique", a été mise au point pour répondre à cette problématique. 1.3.4 Interpolation par harmoniques sphériques En complément de l’interpolation linéaire précédente, un autre type d’interpolation a été étudié, issu des travaux de R. Duraiswami et N. Gumerov (e.g. [27], [28], [53]). Le principe général de la méthode consiste à projeter sur les harmoniques sphériques Y m l (eq. 1.2, fig. 1.12) des fonctions u défi- nies sur la sphère S 2 , afin de les interpoler en n’importe quel point. Comme les harmoniques sphériques forment une base orthonormée de L 2 (S 2 ), toute fonction u ∈ L 2 (S 2 ) peut se décomposer selon la série (1.3), indépendamment de r : u(θ, φ) = X∞ l=0 X +l m=−l α m l Y m l (θ, φ), (1.6) avec α m l les coefficients de cette décomposition. Cette écriture autorise la formation de systèmes matriciels, qui peuvent être résolus ou inversés selon le changement de base souhaité. Pour ce faire, la série précédente doit être tronquée à une valeur fixe l ≤ L, ce qui donne (L + 1)2 termes. Puis, en considérant N données discrètes ui évaluées aux points (θi , φi) sur la sphère S 2 , la série (1.6) peut être réécrite sous la forme matricielle : U = Aα, (1.7) avec A une matrice rectangulaire formée par les harmoniques sphériques tronquées, évaluées aux points de mesures (θi , φi). Cette matrice peut être mal conditionnée, notamment par une répartition parfois incomplète des N mesures sur la sphère. Aussi, lorsque les coefficients α m l sont obtenus par inversion du système linéaire (1.7), une régularisation de type Tikhonov peut-être mise en place [27] : A TU = (A TA + D)α. (1.8) 43Dans l’équation (1.8), D = diag(1 + l(l + 1)) est une matrice diagonale favorisant les harmoniques sphériques d’ordre peu élevé, pour minimiser les perturbations générées par des "trous" spatiaux présents dans les données originales. D’autre part,  est introduit comme constante de pondération de cette régularisation. Après de nombreux essais, un algorithme empirique, relativement simpliste, a été conçu pour calculer automatiquement . En effet, les grandes valeurs de  favorisent le lissage, dont l’excès engendre une perte de précision importante dans les informations spatiales. Par ailleurs, les petites valeurs de  peuvent rendre la régularisation parfaitement inopérante. Par conséquent, ce paramètre doit être judicieusement choisi pour obtenir de bons résultats, notamment selon le conditionnement du système à résoudre (M = ATA + D). Pour cela, un estimateur normalisé du conditionnement est calculé par le produit ||M||2 × ||M−1 ||2, avec une donnée initiale 0 fixée à 10−6 . Tant que la valeur de l’estimateur est plus grande que 104 , ce qui correspond traditionnellement à un système mal conditionné,  est multiplié par 10 et l’estimateur est recalculé. Cette régularisation semble relativement efficace pour pallier les nombreuses erreurs numériques engendrées par les troncatures, ou les répartitions de données incomplètes. Pour résumer, une interpolation par harmoniques sphériques d’une fonction u ∈ L 2 (S 2 ) peut être effectuée par l’algorithme suivant : 1. Considérer N valeurs connues de la fonction u sur la sphère, pour former le vecteur second membre U de l’équation régularisée (1.8) ; 2. Tronquer la série (1.6) à un ordre L en fonction de la précision de l’interpolation voulue, pour construire la matrice A aux N positions connues de la fonction u ; 3. Appliquer la régularisation de Tikhonov, ce qui permet a priori de prendre L relativement quelconque ; 4. Résoudre l’équation (1.8) par inversion matricielle pour calculer le vecteur α des coefficients de décomposition α m l ; 5. Construire une nouvelle matrice B d’harmoniques sphériques, évaluées aux M positions (θ, φ) à interpoler ; 6. Calculer le produit matrice-vecteur Bα pour obtenir le vecteur des valeurs de la fonction u aux positions interpolées. Cet algorithme, parfaitement générique, peut être appliqué à toute fonction u ∈ L 2 (S 2 ), à valeurs dans R ou C. Or, en décomposant les HRTF fréquence par fréquence, les données ré- sultantes sont typiquement des fonctions de L 2 (S 2 ) à valeurs dans C. Par ailleurs, leurs module, phase et transformée de Fourier (HRIR) sont aussi des 44fonctions de L 2 (S 2 ), à valeurs dans R. L’interpolation par harmoniques sphé- riques peut donc être appliquée à tous ces objets, pour estimer des données spatiales non mesurées. Ce type d’interpolation présente l’avantage d’être global, contrairement à l’interpolation linéaire qui est un algorithme local. De plus, la régularisation de Tikhonov induit un certain lissage, qui peut avantageusement compenser les erreurs ponctuelles inhérentes aux mesures. Enfin, les coefficients α m l ne sont rien d’autres que les signaux utilisés par les technologies HOA présentées dans la section précédente. Aussi, cet algorithme peut-être utilisé pour assurer la conversion des mesures discrètes aux signaux ambisonics. Néanmoins, la répartition non uniforme des données issues de systèmes de mesures mécaniques peut générer des erreurs difficilement maîtrisables, notamment à haute fréquence pour des bases de HRTF non suffisamment denses. Pour limiter le nombre de figures, cet algorithme a uniquement été appliqué à l’amplitude spectrale des HRTF du sujet NH5 de la base ARI (fig. 1.28 et 1.29). Ces données sont donc à valeurs dans R, avec N = 1550 mesures sur une calotte sphérique d’élévation comprise entre −30˚< φ < 80˚ (points noirs). Dans un premier temps, la troncature a été arbitrairement fixée à L = b √ Nc = 39 (fig. 1.28) et la constante de régularisation calculée vaut  = 1, significative d’un système assez mal conditionné. Au vu des données manquantes pour compléter la sphère, cette valeur n’est pas vraiment surprenante. La comparaison de ces résultats aux mesures brutes (fig. 1.22), ainsi qu’à l’interpolation linéaire (fig. 1.24), semble montrer que ce type d’algorithme est bien adapté à l’interpolation de ces HRTF, et ce, quelque soit la fréquence. Ceci est principalement dû à la grande densité spatiale des mesures originales, autorisant un ordre élevé d’harmoniques sphériques. Cette approche avec L grand conduit à une interpolation fidèle des données, qui ressemble finalement beaucoup à une interpolation linéaire (fig. 1.24). En effet, un des intérêts de cet algorithme réside dans sa considération globale de l’information spatiale, ce qui est assez peu visible sur la figure (fig. 1.28) tant l’ordre de troncature est élevé. Aussi, un ordre de troncature arbitraire a été fixé à L = 15, tout en conservant les autres paramètres à l’identique. Le coefficient  calculé vaut cette fois 0.1, la matrice étant mieux conditionnée. Un système extrêmement surdéterminé est donc résolu, engendrant un moyennage spatial de l’ensemble des données disponibles. Les résultats de cette approximation sont représentés sur la figure 1.29. Quelle que soit la fréquence, un lissage est clairement visible, tout en conservant les principales variations des HRTF originales (fig. 1.22). Ceci a pour conséquence d’égaliser sphériquement les mesures entre elles, pour en dégager l’essentiel. En faisant l’hypothèse (raisonnable) que le système auditif est limité en précision, donc en ordre de troncature d’harmoniques sphériques, cette méthode permet de 45Figure 1.28 – Interpolation par harmoniques sphériques (L = 39) de l’Amplitude spectrale (dB) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de données ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. 46Figure 1.29 – Interpolation par harmoniques sphériques (L = 15) de l’Amplitude spectrale (dB) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base de donnée ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. 47générer des bases de données HRTF particulièrement adaptées à la synthèse binaurale. Il reste néanmoins à trouver par des tests subjectifs l’ordre de troncature optimal minimisant les erreurs de localisation. Que ce soit pour la conversion des HRTF en format HOA, pour l’égalisation sphérique de l’information, ou encore pour l’interpolation globale et automatique des mesures, une attention particulière a été portée à cette méthode durant cette recherche doctorale. Ces études ont conduit à la publication de deux articles de conférence [8] et [9]. Le premier de ces articles concerne l’interpolation harmonique de l’ITD, qui est une fonction de L 2 (S 2 ) dans R. Le second propose une analyse approfondie de la précision de cet algorithme, en mesurant l’erreur d’une interpolation des HRTF sur une grille de mesure dense déraffinée. 1.4 Décomposition par Modèle Morphologique La Décomposition par Modèle Morphologique est issue du constat classique que les modèles sphériques de Larcher [57] et Duda [25] (fig. 1.16 et 1.17) se retrouvent nettement dans les représentations temporelles des HRIR mesurées (fig. 1.21). Aussi, de nombreuses recherches ont été faites et sont actuellement en cours, pour affiner ces modélisations en construisant analytiquement et/ou numériquement des HRTF s’approchant de mesures réelles, en phase comme en amplitude spectrale (e.g. [4], [26], [37], [52], [72], [81]). Toutes ces méthodes ont comme point commun de s’inscrire dans une logique de "construction" de modèles de HRTF, se voulant de plus en plus proches de mesures expérimentales. La simulation numérique par Boundary Element Method accélérés en Fast Multipole sur des maillages de tête individuels haute-résolution en est un aboutissement des plus complexes (e.g. [30], [39], [56]). La Décomposition par Modèle Morphologique suit une démarche inverse, qui consiste cette fois à "retirer" des mesures originales les solutions exactes ou approchées issues de modélisations élémentaires. Les HRTF deviennent dès lors le résultat d’un couplage astucieux entre modèle(s) et mesures, ayant vocation à exploiter les avantages de chacun. Cette distinction de cheminement est le point fondamental de cette nouvelle approche, dont le formalisme, ainsi que trois applications, sont détaillés dans la suite de ce chapitre. 1.4.1 Principe et résultats La Décomposition par Modèle Morphologique s’effectue en trois étapes, dans un contexte de traitement du signal en régime harmonique. Tout d’abord, 48des fonctions de transfert HRTF originales H(Xi), mesurées en N points de l’espace Xi = (ri , θi , φi), sont décomposées en une série de filtres élémentaires paramétriques Hm(p m, Xi). Ces filtres sont des solutions analytiques ou numériques de modèle m, paramétrées par un jeu de données p m en lien avec la morphologie. La fonction de transfert résiduelle issue de cette décomposition sera notée Hr (Xi) et est, a priori, parfaitement inconnue. La Décomposition par Modèle Morphologique s’écrit alors : H(Xi) = H r (Xi) · Y m H m(p m, Xi), ∀i ∈ [1, N]. (1.9) Cette décomposition est équivalente a une décomposition additive de l’amplitude en dB et de la phase en radians. La seconde étape consiste en la réécriture de cette décomposition (1.9) par filtrage inverse, afin d’en expliciter le résidu : H r (Xi) = H(Xi) Q m Hm(pm, Xi) , ∀i ∈ [1, N]. (1.10) Ce filtre résiduel Hr (Xi) peut alors être étudié pour valider, invalider, ou affiner la décomposition. En effet, le résidu est directement équivalent a des erreurs de modélisation, calculées par soustraction. Par exemple, dans le cas idéal où le modèle coïnciderait exactement avec les données mesurées, le résidu serait uniformément nul pour l’amplitude spectrale et la phase, et égal en temps à une impulsion de Dirac. En pratique, si le module ou la phase du résidu présente une plus grande régularité (des variations plus petites) que la fonction de transfert originale H(Xi), alors la décomposition peut être jugée satisfaisante. Dans le cas contraire, il faudra retravailler la modélisation d’un ou plusieurs éléments, séparément ou non. Enfin, la dernière étape réside en la recomposition des HRTF, en exploitant notamment les solutions issues des modèles et connues en tous points de l’espace. Des propriétés propres aux modèles, ainsi que les paramètres p m peuvent aussi être exploités pendant cette étape, en fonction du but recherché. À titre d’exemple d’utilisation de cette méthode, trois applications sont détaillées dans la suite de cette section, à savoir l’interpolation optimisée des HRTF, la sous-discrétisation spatiale et l’individualisation. Pour ce faire, la Décomposition par Modèle Morphologique (1.9) a été appliquée au modèle sphérique de Duda [25], dont la fonction de transfert (1.5) sera notée Hsp(a, Xi). Ce choix est guidé par un confort d’utilisation, puisque ce modèle est un modèle analytique abouti, aisément calculable. Les solutions sont donc connues en tous points de l’espace, avec en outre un rayon de tête paramétrique a. Cette décomposition s’écrit alors : H(Xi) = H r (Xi) · H sp(a, Xi). (1.11) 49Figure 1.30 – Représentations fréquentielles et temporelle dans le plan azimutal du résidu Hr de la décomposition sphérique des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI. (Haut) Amplitude spectrale. (Milieu) Portrait de phase. (Bas) Amplitude signal HRIR.50La figure 1.30 donne les représentations azimut-fréquence de l’amplitude spectrale et de la phase du résidu Hr (Xi), aux points de mesures Xi . Ces valeurs sont calculées par filtrage inverse de Hsp(a, Xi) (eq. 1.10), avec un rayon de tête sphérique a = 8.74 cm, correspondant au rayon de tête moyen [58]. Il en ressort de prime abord que le portrait de phase de ce résidu est beaucoup plus droit que celui des HRTF originales (fig. 1.21) et présente, dans l’ensemble, moins de variations, en fréquence comme en azimut. Cependant, les sources contralatérales ont toujours des irrégularités locales assez fortes. Une des conséquences de ce résultat réside dans l’alignement temporel des HRIR résiduelles, clairement visible sur la représentation en temps azimut-fréquence du résidu (fig. 1.30). Par ailleurs, en comparaison avec les HRTF originales (fig. 1.21), l’amplitude spectrale du résidu semble avoir été globalement égalisée, notamment certains creux en amplitude de l’oreille contralatérale. En revanche, des stries apparaissent, similaires au portrait d’amplitude des HRTF sphériques (fig. 1.17). Ces stries sont la conséquence d’une modélisation trop grossière, ou mal adaptée, qui vient surcompenser les HRTF originales. Ceci montre les limitations d’un modèle de HRTF sphé- rique, notamment pour l’oreille contralatérale. Il faudrait donc l’affiner, en conservant certaines propriétés visiblement bénéfiques pour la phase. Les figures 1.31 et 1.32 viennent compléter les représentations azimutales précédentes, en donnant l’amplitude spectrale (dB) et le portrait de phase (radian) en azimut-élévation du résidu Hr de la décomposition sphérique de rayon a = 8.74 cm, pour les HRTF gauches du sujet NH5 (base ARI). Au même titre que pour les représentations azimut-fréquence (fig. 1.30), l’amplitude spectrale et la phase sont globalement lissées et ce, quelle que soit la fréquence. D’une part, le portrait de phase présente particulièrement peu de variations, comparé à l’original avant décomposition (fig. 1.23), d’autre part l’amplitude spectrale semble avoir été partiellement "rebouchée", notamment dans la zone contralatérale. Cependant, cette même zone présente encore des irrégularités importantes, en amplitude et en phase. De plus, des sauts de phase verticaux sont à noter en haute fréquence, caractérisés par des stries horizontales à 8 et 16 kHz (fig. 1.32). Celles-ci peuvent être causées par le dispositif expérimental, qui compte un haut-parleur différent par élévation et dont les variations résiduelles sont faibles au regard de la fréquence élevée. Pour conclure, il semblerait que la décomposition de HRTF par un modèle sphérique de Duda soit plutôt pertinente, surtout pour la phase. L’analyse du résidu Hr montre une bonne concordance du modèle, surtout en basse fréquence. De plus, même si par construction Hr n’a pas de sens physique véritable, les résultats de la décomposition précédente donnent l’impression que ce résidu pourrait caractériser des HRTF "privées" d’une tête sphérique. Mais cette hypothèse reste encore à démontrer... En revanche, cette modé- 51Figure 1.31 – Amplitude spectrale (dB) du résidu Hr de la décomposition sphérique des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. Les positions des mesures sont données par les points noirs. 52Figure 1.32 – Portrait de phase (rad) du résidu Hr de la décomposition sphérique des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. Les positions des mesures sont données par les points noirs. 53lisation montre des limites importantes pour les sources contralatérales qui semblent assez mal prises en compte, surtout en haute fréquence. Ceci peut s’expliquer par la sphéricité du modèle qui tend à exagérer la reconstruction des ondes contralatérales par des oreilles diamétralement opposées, induisant une mise en phase contraire à la réalité. Une première amélioration de cette décomposition consisterait par exemple en une modélisation ovoïdale de la tête, avec des oreilles non diamétralement opposées [26]. Mais il n’existe pas de solutions analytiques simples à ce problème, qui nécessite dès lors des outils de simulation numérique. Aussi, malgré ce défaut, trois applications de la décomposition sphérique sont présentées. 1.4.2 Interpolation optimisée Comme expliqué précedemment, la question de l’interpolation des HRTF n’est pas triviale de par la grande variabilité de ces filtres, en temps comme en espace [45]. Une première application de la Décomposition par Modèle Morphologique consiste à optimiser l’interpolation spatiale en tenant compte de solutions modélisées, connues en tous points de l’espace. Plus exactement, les figures 1.31 et 1.32 montrent que le résidu Hr (Xi), issu du filtrage inverse d’une HRTF mesurée H(Xi) par sa décomposition sphérique Hsp(a, Xi), est plus régulier que la fonction de transfert originale (fig. 1.22 et 1.23), notamment en phase. En complément, la représentation temporelle de ce résidu (fig. 1.30) montre un alignement azimutal des filtres. Fort de ces deux constats, une idée naturelle consiste à interpoler linéairement en espace le résidu Hr (Xi) sous sa forme temporelle, ce qui revient par transformée de Fourier à une interpolation du résidu sous sa forme complexe. Ceci fait, des HRTF peuvent être recomposées, calculées avec les valeurs des HRTF sphériques de Duda aux points interpolés. Une grille quelconque peut alors être générée, en tout point de l’espace. Par ailleurs, si les modèles de décomposition et de recomposition sont identiques et que l’interpolation n’est pas régularisante, alors les HRTF aux points de mesure originaux reste inchangées par cette opération. Les figures 1.33 et 1.34 représentent respectivement l’amplitude spectrale et le portrait de phase des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI, après interpolation optimisée par décomposition morphologique. La nouvelle grille possède un pas constant de 1˚ en azimut et élévation, au même titre que les représentations précédentes (fig. 1.22 à 1.27). La symétrie sphérique du portrait de phase semble cette fois plutôt bien reconstituée, y compris à 16 kHz. Le résultat est lisse sans aberrations flagrantes, avec une causalité respectée, même pour les sources contralatérales. En revanche, même si l’interpolation de l’amplitude spectrale semble réussie à 1 et 8 kHz, un aliasing spectral est toujours visible à 16 kHz (fig. 1.33). 54Figure 1.33 – Amplitude spectrale (dB) de l’interpolation linéaire par dé- composition sphérique, des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. 55Figure 1.34 – Portrait de phase (radian) de l’interpolation linéaire après décomposition par modèle sphérique, HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI. Représentation en azimut θ et élévation φ, à fréquence fixe. 56Bien que plus faible qu’en interpolation linéaire directe (fig. 1.26), cette erreur montre néanmoins les limites du modèle, qui mériterait donc d’être affiné. Pour conclure, cette interpolation par décomposition morphologique est suffisamment robuste pour être mise en pratique et les résultats de test d’écoute à la volée sont plutôt satisfaisants. Il reste cependant des artefacts d’interpolation audibles pour les sources situées proches de l’axe interaural, dues aux erreurs visibles dans les représentations du résidu Hr (Xi) (fig. 1.31 et 1.32). Enfin, d’autres méthodes d’interpolation (quadratiques, cubiques, harmoniques sphériques, etc.) peuvent être appliquées sur le résidu Hr (Xi) et ce, indépendamment de la décomposition morphologique choisie. 1.4.3 Variations de position Une des principales applications de l’interpolation optimisée des HRTF concerne le Head-Tracking, qui consiste à corriger en temps réel la direction spatiale (θ, φ) des sources sonores, en fonction des rotations de la tête. L’utilisation d’un tel dispositif augmente singulièrement la qualité d’expérience binaurale, grâce à un rendu dynamique de l’espace, contrôlé consciemment (ou inconsciemment) par l’utilisateur (e.g. [10], [12]). Par exemple, l’image sonore est plus stable, la localisation des directions spatiales des sources sonores est facilitée et l’externalisation est, elle aussi, bien meilleure. Pour ce faire, l’ensemble des directions de l’espace doit être synthétisable par rendu binaural, ce qui implique une définition continue des HRTF. Comme les mesures sont discrètes par nature, il est nécessaire de recourir à des algorithmes d’interpolations à la fois rapides et transparents. Cependant, l’accès à un Head-Tracker n’était pas possible lors de la réalisation du spatialisateur PifPaf3D, c’est pourquoi une méthode de rendu dynamique sans Head-Tracking a été imaginée. La démarche consiste à rendre mobiles les sources sonores pour profiter d’indices de localisation dynamiques (e.g. [47], [84]), sans pour autant détériorer le rendu binaural par un détimbrage permanent. Des trajectoires spatiales autour des positions fixes ont donc été mises en place, d’amplitude angulaire de l’ordre de la Just Noticeable Difference (1˚ à 4˚ selon l’azimut θ), afin de s’adresser à la partie inconsciente de la localisation spatiale. Une trajectoire de micro-variations est représentée par des ronds noirs sur la figure 1.35, en azimut-élévation. Elle est tout d’abord superposée aux HRTF brutes du sujet NH5 de la base ARI, à 16 kHz, autour de la position θ = 180˚ et φ = 0˚ (en haut). Comme la JND est de l’ordre du degré, l’amplitude maximale du mouvement doit être du même ordre, arbitrairement fixé à 2˚. Il apparaît clairement que sans interpolation spatiale des HRTF, les micro-variations sont proprement inutiles, puisque le même filtre HRTF 57Figure 1.35 – Représentation en azimut θ et élévation φ à 16 kHz des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI, centrées sur la position θ = 180˚ et φ = 0˚. Les positions successives des micros-variations sont représentées par les ronds noirs. (Haut) Amplitude spectrale (dB) des mesures brutes. (Milieu) Amplitude spectrale (dB) après interpolation optimisée par décomposition sphérique. (Bas) Phase (rad) après interpolation optimisée par décomposition sphérique. 58est toujours utilisé, quelle que soit la position de la source sonore dans l’espace. Les deux représentations suivantes montrent en revanche l’intérêt d’une interpolation optimisée des HRTF, ici par décomposition sphérique. Sur la trajectoire du milieu, des variations en amplitude spectrale sont cette fois bien présentes, principalement en élévation (entre −12 et −2 dB). Sur la trajectoire du bas, les isovaleurs de phase (agissant notamment sur l’ITD) sont plutôt verticales, ce qui conduit à des variations principalement azimutales. Ces deux constats peuvent s’expliquer par la géométrie de la tête et du pavillon. En effet, il est coutumier de dire que les variations d’ITD sont principalement azimutales, car reliées à la forme plutôt sphérique de la tête. D’autre part, les fortes variations spectrales sont surtout causées par la géométrie du pavillon, qui génère de plus grandes variations dans les HRTF en élévation qu’en azimut (e.g. [15], [12]). Fort de ces deux remarques, la trajectoire des micro-variations représentée sur la figure 1.35 a donc été choisie de manière à exciter à la fois la phase et l’amplitude spectrale, sans a priori. Par ailleurs, ces résultats se retrouvent bien entendu pour des fréquences plus basses que 16 kHz, mais avec des variations moins intenses. Un stage a été encadré durant cette thèse pour évaluer subjectivement l’impact des micro-variations, mais ces travaux n’ont pas abouti à une conclusion probante. De plus, de nouvelles recherches pourraient être menées sur ce thème, notamment pour générer des trajectoires optimales, trouver des amplitudes et des périodes d’oscillations adaptées, ou encore comparer des trajectoires continues contre des apparitions stochastiques localisées. Enfin, le traitement du signal audio se faisant par blocs de données, la question du nombre de blocs nécessaires pour construire proprement une trajectoire est encore à déterminer. 1.4.4 Déraffinement spatial d’une base de données Les résultats de l’interpolation par décomposition morphologique ouvrent une perspective intéressante sur la discrétisation spatiale des HRTF. En effet, une interpolation de haute fidélité permet notamment de réduire le nombre d’interpolants nécessaires à la reconstruction spatiale des données. Or, la représentation en azimut-élévation à fréquence fixe de l’amplitude spectrale de la HRTF brute du sujet NH5 de la base ARI (fig. 1.22) laisse supposer une sur-discrétisation du problème. En effet, moyennant une égalisation visible des haut-parleurs entre eux (stries horizontales), les variations en module semblent plutôt faibles au regard de l’échantillonnage spatial des mesures, compris entre 2.5˚et 5˚en azimut et élévation. Aussi, un déraffinement arbitraire a été envisagé, de l’ordre de 15˚ en moyenne en azimut et élévation. De plus, une grille uniforme est préférentiel- 59Figure 1.36 – Représentation en azimut θ et élévation φ à 8 kHz de l’amplitude spectrale (dB) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI. Les positions des mesures sont données par les points noirs. (Haut) Mesures brutes uniformément déraffinées tous les 15˚. (Milieu) Interpolation par décomposition sphérique sur la grille déraffinée. (Bas) Mesures brutes originales. 60Figure 1.37 – Représentation en azimut θ et élévation φ à 8 kHz du portrait de phase (rad) des HRTF gauches du sujet NH5 de la base ARI. Les positions des mesures sont données par les points noirs. (Haut) Mesures brutes uniformément déraffinées tous les 15˚. (Milieu) Interpolation par décomposition sphérique sur la grille déraffinée. (Bas) Mesures brutes originales. 61lement extraite de la grille originale, notamment pour limiter les redondances locales. Ce faisant, le nombre de mesures utiles passe de 1550 positions à environ 220, puisque diviser par 3 le nombre de mesures sur chaque dimension revient à diviser par 8 le nombre de mesures total sur la sphère. Cette division est résolument excessive, l’idée étant simplement de montrer une application de la Décomposition par Modèle Morphologique, qui mériterait d’être approfondie par la recherche de grilles optimales en fonction du modèle choisi. La figure 1.36 (haut) donne une représentation en azimut-élévation de l’amplitude spectrale brute de la HRTF du sujet NH5 de la base ARI, sur la grille déraffinée. La fréquence a été fixée à 8 kHz, puisqu’un aliasing spectral apparaissait déjà à 16 kHz, lorsque l’ensemble des mesures était pris en compte (fig. 1.33). Après interpolation par décomposition sphérique (fig. 1.36, milieu), l’amplitude spectrale résultante semble consistante avec l’originale (fig. 1.36, bas), excepté pour l’oreille contralatérale. Apparaît dans cette zone la diffraction de la sphère par surcompensation, ce qui démontre que le modèle n’est pas suffisamment fin pour être directement exploité. En revanche, le portrait de phase semble plutôt convaincant, comme le montre la figure 1.37, et ce, malgré le peu de mesures originales exploitées. En effet, il n’y a pas d’artefacts visibles, la causalité est respectée et la phase semble se dérouler correctement. Au vu de ces représentations, la Décomposition par Modèle Morphologique semble une technique tout à fait prometteuse pour le déraffinement spatial des HRTF. Malgré la simplicité apparente du modèle utilisé, les ré- sultats pour la phase sont plutôt bons et ceux pour l’amplitude spectrale ne sont pas dénués d’intérêt. Par ailleurs, il n’est pas inutile de rappeler que la fréquence choisie est assez élevée et le déraffinement plutôt fort. Aussi, comme spécifié plus haut, une piste pour améliorer cet algorithme sans changer de modèle serait de chercher une répartition optimale des données sur la sphère, minimisant les erreurs d’interpolation spectrale sur l’amplitude. Enfin, pour définitivement valider cette approche, des tests subjectifs complémentaires sont encore à réaliser. 1.4.5 Vers une méthode d’individualisation Selon l’équation (1.9), la Décomposition par Modèle Morphologique fait intervenir des paramètres propres aux modèles, notés p m. Ces paramètres peuvent être purement abstraits, ou en lien avec des éléments de la morphologie individuelle, à l’origine des HRTF. Auquel cas, les deux applications précédentes pourraient voir leurs performances améliorées, en individualisant les étapes de décompositions et recompositions par un modèle correctement ajusté aux HRTF considérées. En outre, les étapes de décomposition et de 62recomposition étant indépendantes, il serait même envisageable de décomposer des HRTF par un modèle adapté, puis de les recomposer en utilisant cette fois une nouvelle paramétrisation dudit modèle, propre à l’auditeur. Sous réserve que le résidu obtenu par décomposition soit bien indépendant des paramètres utilisés, cette approche autoriserait une réelle individualisation des fonctions de transfert HRTF. Par exemple, des mesures de haute qualité, dont les paramètres morphologiques seraient connus, pourraient être couplées à des modèles analytiques ou numériques en vue d’une individualisation sur un ou plusieurs critères morphologiques. Afin d’estimer la faisabilité d’une telle approche, une paramétrisation individualisée a été appliquée à une décomposition par modèle sphérique de Duda (eq. 1.11, [25]). Comme la représentation temporelle du résidu (fig. 1.30) issue de cette décomposition laisse penser que les HRTF décomposées par une sphère ne possède plus d’ITD, ce dernier a préférentiellement été choisi pour valider le concept. De plus, le rayon de la sphère peut être choisi en lien avec le périmètre crânien de l’auditeur, ce qui offre un premier pas vers l’individualisation des HRTF. Pour ce faire, la première étape consiste à mesurer sur le plan azimutal l’ITD de HRIR originales, ici celles du sujet NH5 de la base ARI (fig. 1.38, haut). Cet ITD a été mesuré en recherchant pour chaque azimut les premiers échantillons temporels où le niveau de l’amplitude signal franchit un certain seuil. Aussi, pour compenser la perte de niveau en distance imputable au décentrage de l’oreille, les HRIR ont préalablement été multipliées par un facteur (t × c) 2 , où t correspond au temps de propagation (en seconde) et c correspond à la célérité des ondes dans l’air à 15˚ (soit 340 m/s). Enfin, afin de limiter les erreurs dues aux imperfections de mesures, chaque échantillon temporel compensé en niveau a été moyenné par un fenêtrage de Hann sur ses plus proches voisins. Le résultat de ces deux traitements, après normalisation, est représenté sur la figure (fig. 1.38, milieu). En accord avec cette représentation, le seuil de recherche a été fixé à −15 dB. L’ITD ainsi mesuré est représenté par un liserai marron sur les HRIR originales (fig. 1.38, haut) et semble suffisamment satisfaisant pour continuer. La seconde étape consiste en l’ajustement du rayon a d’un modèle de tête sphérique, pour coller par essai-erreur un ITD sphérique analytique sur l’ITD mesuré précedemment. Cet ITD sphérique est calculé pour chaque azimut en considérant le maximum des HRIR sphériques analytiques. Ces deux ITD sont représentés en bleu sur la figure (fig. 1.39). Les deux courbes coïncident plutôt bien pour les azimuts situés à l’arrière, voire sur les côtés, mais plus difficilement sur le plan frontal. Ce résultat est probablement causé par la géométrie de la tête, qui tend vers une sphère à l’arrière, mais qui s’en éloigne assez fortement vers l’avant. C’est la raison pour laquelle le "zéro" de l’ITD a été placé à θ = 180˚, sans tenir compte de θ = 0˚. Le rayon de la sphère 63Figure 1.38 – (Haut) Représentation temporelle dans le plan azimutal des HRIR du sujet NH5 de la base de données ARI, amplitude signal avant décomposition sphérique (ITD en marron). (Milieu) Représentation temporelle de ces mêmes HRIR compensées en distance et lissées par fenêtrage afin de mesurer l’ITD par seuil de l’amplitude signal, fixé à −15 dB. (Bas) Représentation temporelle de ces mêmes HRIR après individualisation par décomposition sphérique de rayon inférieur (ITD en marron). 64Figure 1.39 – Représentation de l’ITD (ms) en fonction de l’azimut θ (˚), pour les HRTF originales, sphériques et individualisées avec Décomposition par Modèle Morphologique. des HRTF azimutales du sujet NH5 a ainsi été estimé à a = 9.7 cm. Une fois ce paramètre de la décomposition sphérique établi, l’étape suivante consiste à établir un nouveau jeu de paramètres pour le modèle considéré. Dans cette étude, un rayon b = 8.0 cm a été choisi arbitrairement, afin de générer une tête sphérique de circonférence inférieure à celle du sujet NH5. Dès lors, les HRTF originales peuvent être décomposées par le modèle sphé- rique de paramètre correspondant a, avant d’être recomposées par le même modèle reparamétré par b. Si l’hypothèse d’indépendance est bien vérifiée, les HRTF ainsi générées deviennent individualisées. La dernière étape permettant de valider le concept consiste alors à mesurer l’ITD des HRTF recomposées par le même protocole de mesures que pour les HRTF originales. Le résultat ainsi obtenu est représenté par un liseré marron et superposé aux HRIR individualisées (fig. 1.38, bas). Une bonne coïncidence entre l’ITD mesuré et le front d’onde est de nouveau obtenu par cette méthode. De plus, la HRIR individualisée ne semble pas présenter d’aberration flagrante faisant suite au traitement subi, ce qui donne du cré- dit au résultat obtenu pour l’ITD. Aussi, ce dernier a été tracé en rouge sur la figure 1.39, au même titre que la mesure de l’ITD du modèle sphérique équivalent. Comme le montrent ces deux dernières courbes, l’ITD individualisé semble coller à son modèle et ce dernier est bien représentatif d’une tête 65sphérique singulièrement plus petite que l’originale (en bleu). Donc, mises à part les aberrations frontales déjà présentes pour le modèle sphérique original, il semble bien que l’ITD soit indépendant du résidu de la décomposition sphérique, ce qui en autorise la personnalisation. Pour poursuivre cette étude, il faudrait désormais valider l’individualisation de la phase et de l’amplitude spectrale. Cette étape, bien plus complexe, n’a pas été abordée durant cette thèse et fera très probablement l’objet de recherches ultérieures. Par ailleurs, des modèles numériques peuvent désormais être utilisés pour affiner l’individualisation, comme des têtes ellipsoïdes, des "snowman model", ou encore des maillages de têtes. 66Chapitre 2 Moteur binaural PifPaf3D Une grande partie des travaux de thèse a porté sur la conception et la réalisation d’un moteur de synthèse binaurale innovant, nommé PifPaf3D (fig. 2.1). Ce moteur intègre de nombreuses fonctionnalités pour chaque étape de la chaîne de production sonore, de la captation à la restitution. Il a été entièrement programmé et optimisé en langage Matlab, bénéficiant ainsi d’une grande souplesse de programmation pour en faire un outil de prototypage efficace (≈ 2000 lignes de code). De plus, aucune librairie externe n’a été utilisée, ceci afin d’assurer un contrôle total sur l’ensemble des traitements effectués. Aussi, l’essentiel des recherches effectuées en spatialisation sonore, présentées ou non dans ce manuscrit, ont été implémentées dans ce moteur, testées et validées de manière analytique et/ou subjective. Par ailleurs, ce spatialisateur ayant été développé dans le contexte industriel de la thèse CIFRE, pour des raisons évidentes de protection de la propriété industrielle, seule une revue générale des différents modules est présentée dans ce chapitre. Les détails de conception et de programmation de ce moteur ne seront donc pas explicités. 2.1 Introduction et configuration Le spatialisateur PifPaf3D est un logiciel exclusivement écrit en langage Matlab, interfacé avec une interface graphique (GUI) faisant appel aux différentes parties de la librairie, selon le traitement audio souhaité (fig. 2.1). Il se décompose en différents modules, indépendants et autonomes, ce qui permet de réaliser n’importe quel traitement audio dans un ordre déterminé par l’utilisateur. Les passerelles pour assurer la communication entre chaque module ont été implémentées sous forme de pipe-line et tous les traitements ont été programmés sous forme de fonctions callback. Cette logique de pro- 67Figure 2.1 – PifPaf3D, prototype Matlab pour la spatialisation sonore en temps réel. 68Figure 2.2 – PifPaf3D - Module de Configuration. grammation rend ce code suffisamment flexible pour s’adapter au traitement audio temps réel. À titre informatif, sur un ordinateur portable standard dont le processeur est cadencé à 1.6Ghz, il est possible de spatialiser et contrôler en temps réel au moins seize sources sonores dynamiques simultanément. En mode offline, un nombre illimité de sources peut être joué puisque le temps de calcul est simplement proportionnel au nombre de canaux traités. Au démarrage de PifPaf3D, la première étape consiste à configurer le moteur avec l’interface graphique (fig. 2.2), qui permet d’accéder aux principaux paramètres. Tout d’abord, l’utilisateur fait le choix dans une liste de fichiers audio multicanaux, présents dans un dossier ’wav/input/’ à la racine du script de lancement du logiciel. Ces fichiers doivent être au format .wav, préférentiellement échantillonnés à 44.1 kHz et de nombre de canaux fixe (mono, stéréo, 5.1, 7.1, n.m, etc.). Ensuite, l’utilisateur peut choisir son routing dans une batterie de fichiers .txt, disponibles par défaut dans un dossier ’data/speakers’. Ces fichiers contiennent à la fois des positions statiques de sources audio et des trajectoires pré-établies en fonction du temps et de l’espace. L’utilisateur peut ainsi utiliser les routing présents, ou créer son propre fichier. Voici, par exemple, un script pour effectuer une trajectoire dynamique sur deux canaux. Ici, le premier canal se déplace pendant 30 secondes derrière l’auditeur, tandis que le second passe au-dessus sur la même durée : % Source 1 sources.azimuth{1} = [90,270]; % Azimut (deg) sources.elevation{1} = [0,0]; % Elevation (deg) sources.range{1} = [2,2]; % Distance à l’auditeur (m) sources.time{1} = [0,30]; % Durée entre les 2 positions (s) % Source 2 sources.azimuth{2} = [270,270]; sources.elevation{2} = [0,180]; 69sources.range{2} = [2,2]; sources.time{2} = [0,30]; Cette étape effectuée, l’intervalle de lecture du fichier audio est défini, avec pour unité la seconde. Enfin, la latence du rendu temps réel peut être modi- fiée, ainsi que la taille des blocs de traitement du signal. Ces deux paramètres agissent essentiellement sur la fluidité de la lecture en rendu temps réel, qui est fonction de la puissance de calcul disponible sur la machine. Une fois tous ces choix établis, le spatialisateur peut être lancé en cliquant sur le bouton "GO !", ce qui affichera l’interface complète (fig. 2.1) et bloquera définitivement le module de configuration (fig. 2.2). PifPaf3D devra donc être relancé pour tout changement ultérieur dans ces données. Pour les utilisateurs plus avancés, il est possible de choisir d’autres paramètres directement dans le code source. À titre d’exemple, peuvent être cités la forme des fenêtres de traitement audio (Hann, Porte, Sine, Linear, etc.), le répertoire de sortie des fichiers audio après traitement (par défaut ’wav/output/’) ou la taille des filtres utilisés. 2.2 Transport et contrôle Le module de transport (fig. 2.3) se décompose en deux parties. La première partie (onglet "Play") propose les principales fonctionnalités de lecture et de navigation dans un fichier audio, à savoir un curseur de lecture, un curseur de volume pour le monitoring, un bouton play/pause, ainsi qu’un bouton de répétition. Par ailleurs, il est possible de désactiver la lecture temps réel pour traiter des fichiers audio plus rapidement en mode offline. Tous les algorithmes de traitement du signal sont routés sur ce module, qui réalise une transformée de Fourier en overlap-add [7] sur des blocs fenêtrés, typiquement par des fenêtres de Hann. Ce fenêtrage est nécessaire pour limiter l’impact d’éventuels changements brutaux dans des fonctions de transfert utilisées lors d’un filtrage, qui peuvent introduire des claquements audibles perturbant l’écoute. Par exemple, des sauts de filtres interviennent en continu lors du traitement binaural de sources en mouvement. Aussi, cette combinaison entre overlap-add et fenêtrage a été optimisée pour le cas particulier du filtrage binaural, dont les fonctions de transfert HRTF ont des caractéristiques propres. Cette optimisation a conduit au développement d’un algorithme type overlap performant, qui fera l’objet d’une publication ultérieure. La seconde partie de ce module (onglet "Sources", fig. 2.3) permet de visualiser séparément des informations relatives aux canaux audio, préalablement définis dans le routing, dans un esprit de mixage objet. C’est pourquoi 70Figure 2.3 – PifPaf3D - Module de transport. chaque tranche donne la couleur et les coordonnées sphériques de la source associée, représentée dans le module de contrôle détaillé ci-après (fig. 2.4). De plus, il est possible d’activer ou de désactiver une source sonore par des boutons "Mute/Solo" interconnectés, ainsi que de modifier le gain d’entrée de chaque tranche de +/- 3 dB. Au même titre que le module de transport, le module de contrôle (fig. 2.4) se décompose en deux parties. La première partie (fig. 2.4, gauche) donne une représentation de l’espace péri-personnel, avec un auditeur représenté en trois dimensions entouré de sources sonores ponctuelles. Pour faciliter la visualisation, les axes cartésiens ont été rajoutés, ainsi que trois cercles de positionnement inclus dans une sphère de rayon unité, le tout complété par un plan sur lequel repose l’auditeur. De plus, des rotations de la camera et de l’éclairage sont autorisées, notamment pour lever d’éventuelles indéterminations de positionnement en naviguant au sein de la scène sonore. Enfin, un onglet situé en haut à gauche de l’interface graphique permet de choisir le mode de déplacement des sources sonores pour les contrôler en temps réel. Les sources à mouvoir sont sélectionnées dans le module de transport (fig. 2.3) par un clic sur le bouton donnant les coordonnées sphériques de leur position, puis déplacées par le pavé numérique du clavier, la souris, ou encore une manette de type Microsoft XBox 360. Le clavier et la manette 71Figure 2.4 – PifPaf3D - Module de contrôle. font bouger les sources relativement à leurs positions respectives, tandis que la souris fixe une position absolue. Dans ce dernier cas, la position de la croix rouge sur la grille du module de contrôle (fig. 2.4, droite) détermine les coordonnées azimutales des sources sonores sélectionnées, tandis qu’un curseur sur le côté permet d’en modifier l’élévation. Toutes ces fonctionnalités faisant appel à un rafraîchissement graphique récurent (plutôt gourmand en CPU), le ratio entre la charge de calcul disponible et le coût de la mise à jour est vérifié en permanence, notamment pour que ces dernières ne soient pas faites au détriment des traitements audio. Il est important de souligner que ces outils ont avant tout été conçus pour naviguer et contrôler des sources sonores en temps réel sous Matlab, afin de tester et valider les différents traitements audio. Ils n’ont donc pas vocation à former une véritable plate-forme de mixage professionnel. 2.3 Traitement Binaural Le module de traitement binaural (fig. 2.5) s’appuie essentiellement sur les recherches présentées dans le premier chapitre de ce manuscrit. Tout d’abord, les bases de données de fonctions HRTF utilisées pour le filtrage (onglet "HRIR" de la figure 2.5) sont issues des bases publiques suivantes : – CIPIC, Université de Californie [3] ; – ARI, Institut de Recherche en Acoustique de l’Académie des sciences d’Autriche [6] ; – LISTEN, Institut de Recherche et Coordination en Acoustique et Musique [62]. 72Figure 2.5 – PifPaf3D - Module de traitement binaural. Ces bases ont comme points communs d’être disponibles au format Matlab et d’être livrées avec des filtres sous forme HRIR, des coordonnées des points de mesures, ainsi que des données morphologiques associées à chaque sujet. Ces trois informations sont nécessaires et suffisantes pour le bon fonctionnement du filtrage binaural dispensé par PifPaf3D. En effet, la convolution en domaine de Fourier entre un signal monophonique et les filtres gauches et droits d’une HRTF à une position donnée est réalisée par interpolation linéaire locale quadrangle sur des grilles régularisées de filtres. Pour ce type de support, la recherche des filtres voisins à la position souhaitée est instantanée : les parties entières de l’azimut et de l’élévation donnent directement les indices des filtres à interpoler, tandis que les parties décimales fournissent les coefficients de pondération de la sommation. Il n’y a donc pas de parcours d’arbre, ce qui diminue d’autant les charges de calcul pour chaque position à évaluer. Aussi, une attention particulière a été portée sur l’interpolation globale des HRTF brutes, notamment pour minimiser les erreurs générées au cours de la formation des grilles régulières, à l’origine d’artefacts audibles. Les recherches sur cette problématique ont conduit à la Décomposition par Modèle Morphologique (1.9), présentée dans le chapitre précédent. Ainsi, dans un premier temps, des bases de données fidèles aux mesures brutes ont été créées en vue de pratiquer une interpolation locale inaudible (fig. 1.33 et 1.34). Le modèle sphérique de Duda [25] a été utilisé et paramétré par le rayon de la tête dont sont issues les HRTF mesurées. Lorsque celui-ci n’est pas disponible, le rayon de tête moyen (8.74 cm) sert de référence [58]. Pour effectuer des comparaisons subjectives, trois raffinements sont prévus dans l’onglet "Database" de la figure 2.5, à savoir "Low", "Medium" et "High density", correspondant respectivement à 15, 10 et 5 degrés de discrétisation en azimut et élévation. D’autre part, il est important de souligner que les bases de données [3], [6] et [62] ne sont pas les seules exploitables par PifPaf3D, puisque l’algorithme d’interpolation globale est applicable dès lors que les 73filtres et les positions des mesures sont fournis. Par la suite, il est apparu après quelques optimisations que la Décomposition par Modèle Morphologique était peu coûteuse en calcul, ce qui rendait le processus adapté pour du traitement en temps réel. Aussi fut-elle inté- grée directement dans PifPaf3D pour pratiquer les interpolations locales sur des grilles de filtres régulières et déraffinées (exemple fig. 1.36 et 1.37), plus rapides d’accès puisque plus légères en mémoire. De plus, le peu d’espace nécessaire au stockage de ces données favorise le traitement embarqué sur processeurs dédiés de type DSP, qui disposent de plus de ressources de calcul que de mémoire vive. En pratique, PifPaf3D exploite désormais les grilles échantillonnées tous les 15 degrés par défaut, sans artefact d’interpolation audible. Le choix de la densité des grilles est toujours proposé à titre comparatif, mais inusité en pratique. Enfin, l’espace mémoire requis pour de telles grilles est d’environ 2 Mo, ce qui constitue un format d’échange exploitable. Par ailleurs, un bouton "on/off " est disponible sur l’interface graphique (fig. 2.5) pour comparer en temps réel l’activation du binaural contre un downmix stéréo du contenu multicanal original. Afin d’estimer le gain à fournir aux canaux gauches et droits, le downmix utilise la norme Root Mean Square (moyenne quadratique) normalisée des filtres HRTF aux positions des sources sonores. Ainsi, le downmix est bien rendu en stéréophonie, il tient compte de la position des sources sonores et conserve la norme RMS du signal "downmixé" constante par rapport au traitement binaural. Ce faisant, les écoutes comparées permettent d’apprécier à sa juste valeur la spatialisation, sans autres biais que le Loudness. Pour les utilisateurs avertis, PifPaf3D propose quatre paramètres avancés disponibles dans l’onglet "Advanced" de la figure 2.5 : 1. Le premier de ces paramètres ("D") offre une première étape d’individualisation. Le principe est fondé sur la Décomposition par Modèle Morphologique pour l’individualisation, telle que présentée dans le chapitre précédent. L’utilisateur rentre le diamètre de sa tête en cm, qui sera utilisé pendant l’étape de recomposition par modèle sphérique. Les réponses fréquentielles présentes dans les HRTF finales se trouve dès lors plus proches de celles de l’utilisateur que de celles des HRTF originales, notamment pour l’ITD (fig. 1.39). 2. Les deux paramètres suivants ("A","T") règlent respectivement l’amplitude (degré) et la période (seconde) des oscillations des micro-variations de sources, détaillées dans le chapitre précédent (fig. 1.35). Par défaut, ces paramètres sont fixés en deçà du seuil de perception. Des recherches par tests perceptifs ont été effectuées par un stagiaire pour analyser l’impact de ces paramètres sur la localisation. Ces travaux n’ayant pas 74Figure 2.6 – Schématisation des premières réflexions intervenant lors de la propagation d’une onde sonore dans un espace clos. (source www.audacity.sourceforge.net) donné de résultats significatifs, des études restent encore à mener pour évaluer les micro-variations et trouver des paramètres rigoureux. 3. La dernière option permet d’activer ou de désactiver un modèle dynamique de premières réflexions (early reflexions, fig 2.6), fruit d’une discussion avec J.-C. Messonnier du Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse de Paris [66]. Ce modèle est fondé sur une méthode source-image temps réel [2], indépendante pour chaque source sonore, ayant vocation à simuler la présence de panneaux réflecteurs autour de la source pour favoriser la création d’énergie précoce [63]. Pour ce faire, deux HRTF sont superposées à l’originale, choisies symétriquement de part et d’autre et de la source. Chacune est retardée manuellement, relativement à la distance entre l’auditeur et la source fantôme ainsi créée. Cet outil offre des perspectives intéressantes, en rajoutant des indices de localisation pour lever l’indétermination de positionnement des sources sonores. Une analyse plus approfondie, ainsi qu’une validation subjective fera l’objet de travaux ultérieurs. Pour terminer, plusieurs effets de distance ont été rajoutés, afin d’imiter artificiellement l’éloignement entre la source sonore et l’auditeur (fig. 2.5). Le premier effet, simple et efficace, consiste à jouer sur le volume de la source sonore en fonction de son éloignement. Une loi en 1 rα a été employée, avec α contrôlé par l’utilisateur pour adapter le gain en fonction du contenu audio. 75Figure 2.7 – Cross-ear selection pour la correction des HRTF gauches et droites, en champ proche [75]. Sur ce schéma, la sphère verte représente une tête, le maillage quadrangle appartient à la sphère de mesure des HRTF, la flèche bleu indique l’avant (axe Ox), la flèche verte indique la gauche (axe Oy) et la flèche rouge le dessus (axe Oz). Pour une source proche de l’auditeur (trait plein noir), le filtre HRTF sans traitement spécifique est celui donné par la direction en pointillés, invariant selon la distance. Après cross-ear selection, les filtres gauches et droits sont donnés par les directions en tirets. Le deuxième effet intervient lors de la Décomposition par Modèle Morphologique, en recomposant le résidu sphérique par les HRTF sphériques évaluées cette fois à la distance souhaitée. Le troisième effet consiste à filtrer le signal d’entrée par un coupe-haut modélisant l’absorption de l’air selon la distance parcourue par l’onde sonore. Cet effet intervient principalement pour les sources en champ lointain. Pour le champ proche, un quatrième et dernier effet nommé cross-ear selection vient compléter cette panoplie [53] [75]. Les HRTF utilisées pour le traitement binaural sont sélectionnées sur la sphère de mesure originale, en calculant géométriquement les coordonnées des HRTF réellement mises en jeu lorsqu’une source se rapproche de l’auditeur (fig. 2.7). Mathématiquement, cela revient à résoudre une équation du second degré pour chaque oreille, puisque la position cherchée est solution de l’intersection entre une droite et une sphère. Pour l’ensemble de ces effets, il est important de préciser que, faute de base de données de HRTF en distance aisément disponible, aucun procédé n’a été validé analytiquement. Seule une évaluation perceptive a été pratiquée, donnant des résultats encourageants. Une analyse approfondie de ces effets doit désormais être faite pour s’assurer que les HRTF ainsi modifiées respectent bien la physique du problème. 76Figure 2.8 – Microphone Soundfield SPS200 et enceinte KH pour la mesure impulsionelle en B-Format du studio de répétition de l’École Polytechnique. (Atelier des Ondes, www.atelierdesondes.net) 2.4 Acoustique de salle et Ambisonics Comme les HRTF sont classiquement mesurées en chambre anéchoïque, le traitement binaural issu de la convolution avec de tels filtres souffre bien souvent d’un manque d’espace, minimisant la sensation d’externalisation. C’est pourquoi, un module d’acoustique de salle vient avantageusement compléter le module binaural précédent, en apportant l’illusion de la diffusion au sein d’une pièce. Le principe consiste en l’ajout d’une réverbération directionnelle pour chaque source sonore, captée en trois dimensions en High Order Ambisonics (HOA) et restituée en binaural par un système de haut-parleurs virtuels fixes. La thèse de J. Daniel [20] en explicite toute la théorie, qui ne sera donc pas reprise ici, mais survolée d’un point de vue pratique en accord avec la courte introduction du premier chapitre. La première étape pour réaliser ce traitement consiste à construire une base de données de réponse impulsionnelle d’une salle (Room Impulse Responses) en format HOA. Pour ce faire, il existe principalement deux mé- thodes : – Virtuellement en simulant numériquement la mesure avec des logiciels adaptés, tels que Catt-Acoustique 1 . Cette approche permet d’obtenir un ordre HOA flexible, de considérer n’importe quelle pièce et de disposer les points de mesures à n’importe quelle position de l’espace. En 1. Un résultat de simulation numérique d’un studio de type LEDE, effectuée au LIMSI/CNRS, a été utilisé dans cette étude. 77Figure 2.9 – Projection sur les harmoniques sphériques de la norme RMS des quatre signaux du B-Format, représentation spatiale d’une mesure par microphone SoundField. revanche, certaines simulations peuvent générer des artefacts audibles, notamment en haute fréquence, qui nuisent au rendu. – Réellement en mesurant des réponses impulsionnelles avec une sphère de microphones. Cette technique demande à la fois du matériel de haute qualité (microphones HOA, carte son, haut-parleurs, salle mesurable, etc.), ainsi que des logiciels de traitement du type encodeur/décodeur HOA. Cette technique est plus difficile à mettre en œuvre, mais offre souvent des résultats plus convaincants à l’écoute. Ces deux approches ont été testées durant la thèse et les résultats intégrés dans PifPaf3D. Ainsi, un outil Matlab a été spécifiquement programmé pour réaliser des mesures de réponses impulsionnelles par microphone HOA. Cependant, comme le seul microphone 3D à disposition pendant la thèse était un Soundfield SPS200 (à gauche sur la figure 2.8), toutes les prises de son ont été faites à l’ordre 1 (équivalent du B-Format). Ce logiciel doit donc encore être éprouvé pour les ordres supérieurs. Cela étant, trois pièces ont été mesurées, à savoir la salle à manger de la société Digital Media Solutions, le bureau de l’équipe Audio 3D de DMS et le studio de répétition des étudiants de l’École Polytechnique (fig. 2.8). Dans le cas du studio, un haut-parleur a été placé tous les 30 degrés en azimut, à élévation nulle, pour générer une base de données sur douze positions. Le signal de mesure utilisé est une combinaison entre codes de Golay [32], bruit blanc et sweep-sine fréquentiel [80]. À titre d’exemple issu d’une de ces mesures, la projection sur les har- 78Figure 2.10 – Méthode des haut-parleurs virtuels pour le rendu ambisonique en binaural. (source [20]) moniques sphériques de la norme RMS des quatre signaux du B-Format est représentée dans l’espace sur la figure 2.9. Cette enveloppe prend la forme d’un champignon, dont le maximum est symbolisé par l’étoile noire, tandis que le cercle noir donne la position théorique du haut- parleur comme réfé- rence. La mesure est validée dès lors que ces deux objets sont suffisamment proches, preuve que l’onde directe est captée à la bonne incidence. Avec ce type de représentation, cet outil peut aussi servir à la localisation de sources sonores. En complément de ces données, les RIR effectuées par A. Farina en B-format dans une salle de classe, une bibliothèque et une salle de concert (www.isophonics.net, [29]) ont aussi été intégrées dans PifPaf3D. La deuxième étape consiste à filtrer les sources sonores ponctuelles par les fonctions de transfert tridimensionnelles de la pièce, obtenues pendant l’étape précédente. Tout d’abord, chaque position est associée à la plus proche RIR mesurée et le contenu audio de la source est filtré en domaine ambisonique pour obtenir la projection du signal original sur les harmoniques sphériques. Suivant cette étape d’encodage, un filtrage supplémentaire peut éventuellement être ajouté pour corriger la proximité des haut-parleurs, ou encore la sphéricité du microphone dans le cas d’une mesure réelle. Une fois toutes les sources audio traitées par leurs réponses respectives, celles-ci sont sommées, toujours en domaine ambisonique. Un décodage associe alors le signal à diffuser sur chaque haut-parleur virtuel, qui sont in fine rendus par filtrage binaural comme résumé figure 2.10. En pratique, le module d’acoustique de salle de PifPaf3D (gauche, fig. 2.11) est capable de traiter jusqu’à huit sources sonores en temps réel avec un dé- codage HOA d’ordre 3, diffusé sur un système à vingt canaux disposés aux 79Figure 2.11 – PifPaf3D - (Gauche) Module de traitement acoustique de salle. (Droite) Module de traitement High Order Ambisonics. sommets d’un dodécaèdre. Pour ce faire, l’algorithme d’overlap-add optimisé pour le traitement binaural a été adapté à l’ajout d’acoustique de salle par convolution, ce qui diminue considérablement les coûts de calculs effectués par Matlab. De plus, l’interface graphique offre la possibilité de comparer l’ajout d’acoustique de salle au signal original par un bouton "on/off ", qui active/désactive l’effet en temps réel. Pour respecter les niveaux lors d’écoutes comparées, un contrôle des gains à la volée a été ajouté pour que la norme RMS du signal de sortie soit proche de celle du signal d’entrée. Cette option est disponible par simple clic sur le bouton "Volume" de l’interface. Par ailleurs, comme expliqué précédemment, plusieurs salles sont présentes par défaut, comme le studio de l’école Polytechnique, et l’utilisateur averti peut aisément rentrer ses propres mesures dans le code source. Un ordre ambisonique variable est proposé, entre 0 (réverbération classique) et 3 (réverbération directionelle), scalable au besoin selon la théorie HOA. Un curseur permet en outre de jouer sur le rapport "Dry-Wet", couramment utilisé par les ingénieurs du son utilisant ce type d’effet. Pour finir, un filtre additionnel permet de compenser la proximité des haut-parleurs (bouton "Near LS") et l’utilisateur peut activer une interpolation linéaire des RIR, à la place d’une recherche de la RIR la plus proche (bouton "Interp"). Suite aux développements effectués pour les mesures réelles de réponses impulsionelles de salle en High Order Ambisonics, un module autonome de traitement HOA a été ajouté à PifPaf3D (droite, fig. 2.11). Ce dernier pratique un encodage/décodage des signaux bruts issus de microphones sphé- riques, couplé à des filtres correctifs. En pratique, seul le Soundfield SPS200 a été éprouvé, faute de microphones d’ordre plus élevé disponibles. Les signaux de sortie sont donc directement projetés sur les harmoniques sphé- riques, relativement aux positions des capsules, avant d’être filtrés en domaine ambisonique pour compenser notamment la répartition sphérique et la directivité des capsules. Enfin, le décodage HOA est effectué sur le sys- 80Figure 2.12 – Représentation fréquentielle du module des filtres associés au casque Sennheiser HD25. tème de haut-parleurs choisi lors de la première étape de configuration de PifPaf3D. Comme le montre l’interface graphique, un choix de microphones est néanmoins possible et les filtres spatiaux associés sont activables (bouton "Spatial filter"). De plus, il est possible de visualiser en trois dimensions le microphone utilisé en cliquant sur le bouton "Visu Mic", notamment pour s’assurer du routing entre les canaux de sortie du microphone et les entrées fixées dans ce module. Enfin, le contenu encodé en HOA peut être sauvé pour une éventuelle utilisation extérieure des signaux bruts encodés en domaine ambisonique (bouton "Save Content"). 2.5 Compensation du casque et égalisation Le dernier module présenté dans ce chapitre concerne la compensation du casque et l’égalisation tri-bande du signal de sortie. La compensation du casque consiste en la suppression de la fonction de transfert issue à la fois des transducteurs utilisés, de la forme et des matériaux de la structure du casque, ainsi que de la cavité formée par le système {Oreille Externe ; Casque} dans le cas d’une écoute fermée. Pour ce faire, plusieurs séries de mesures ont été pratiquées en plaçant différents casques sur la tête artifi- cielle Neumann KU100, isolée phoniquement par des panneaux absorbants. Le signal utilisé pour l’obtention des fonctions de transfert est une combinaison entre code de Golay, bruit blanc et sweep-sine, au même titre que pour les mesures de réponses impulsionnelles de salle. Entre chaque excitation, le casque est retiré puis remis, ceci afin de moyenner intrinsèquement les différents positionnements possibles sur les oreilles. Un code Matlab a été 81Figure 2.13 – PifPaf3D - Module de compensation de casque et d’égalisation tri-bandes. spécifiquement développé pour traiter les données ainsi obtenues et livrer un filtre brut utilisable par PifPaf3D. Un exemple de module fréquentiel d’une fonction de transfert mesurée avec un casque type Sennheiser HD25 est représenté en bleu sur la figure 2.12. Sur cette même figure, apparaissent les différents étapes de traitement avec, en premier lieu, le filtre brut tronqué (en rouge) par un gabarit (en noir), dont la bande fréquentielle est définie par l’utilisateur. Étant donné que la mesure par tête artificielle nécessite l’utilisation d’un filtre coupe-bas pour limiter le bruit, la valeur minimale du gabarit a été fixée à 400 Hz. La valeur maximale est déterminée par une estimation empirique de la zone de linéarité des transducteurs au delà de laquelle les mesures ne sont plus considérées comme tangibles (ici 4000 Hz). Le module de la fonction de transfert ainsi obtenue est alors inversé pour servir de réfé- rence à la création d’un filtre à minimum de phase par modélisation du type Yulewalk (en vert sur la figure 2.12). Ce filtre compensatoire est alors utilisé par convolution en domaine de Fourier sur les signaux gauches et droits. L’interface graphique associée au module de compensation du casque (fig. 2.13) propose ainsi un ensemble de corrections de casques, mesurés au sein de la société DMS et obtenu d’après le protocole précédent. Le module du filtre fréquentiel associé est affiché en noir sur cette figure et le résultat du filtrage des canaux gauche et droit est donné en temps réel par les courbes bleu (canal gauche) et rouge (canal droit). Un bouton "on/off " permet d’activer ou désactiver le traitement en temps réel, notamment pour les écoutes comparées. Par ailleurs, en utilisant cette fonctionnalité, un bruit blanc a été compensé par PifPaf3D pour chaque casque mesuré. Le fichier audio obtenu a été diffusé et enregistré sur le même dispositif que celui utilisé pour les mesures, à savoir le casque positionné sur la tête artificielle Neumann KU100. Ce résultat a été comparé en domaine fréquentiel à la diffusion du bruit blanc de référence, où la fonction de transfert est non compensée. Ainsi, pour la 82plupart des casques, le module fréquentiel obtenu après compensation est bien plus aplati, ce qui valide expérimentalement le procédé et les résultats. Enfin, en complément de cet outil, un égaliseur tri-bande du second ordre est proposé, notamment pour compenser d’éventuelles détériorations fréquentielles du signal original traité par les différents modules composant PifPaf3D. Ce dernier est accessible en temps réel par trois curseurs modifiant les gains par bande de fréquence ("Low", "Medium" et "High", fig. 2.12). Un bouton "Reset" a été ajouté pour remettre rapidement l’ensemble de ces gains à leur valeur par défaut. 2.6 SpherAudio Headphones Dès ses premières versions, PifPaf3D a démontré des performances étonnantes d’un point de vue qualitatif, validées par de nombreux ingénieurs du son, ainsi que d’importants industriels du monde de l’audio. La société DMS a donc rapidement monté une équipe de développement pour créer une librairie C/C++ industrialisable, dont l’équivalence au code Matlab est certifiée par une batterie de tests de non régression. Afin d’assurer une retranscription inaudible sur l’ensemble des traitements effectués, ces tests adoptent tous une précision relative fixée à 10−6 sur les signaux de sortie. PifPaf3D reste donc l’unique référence, limitant les conflits éventuels entre les différents codes. Par ailleurs, la librairie C/C+ a été popularisée sous la marque SpherAudio Headphones (fig. 2.14 et 2.15), et interfacée avec : – un plug’in VST sous Reaper (SpherAudioVST) ; – un processeur dédié (BP84 ) ; – une tablette Samsung Galaxy Tab (SpherAudioDroid) ; – une web audio API en HTML5 (SpherAudioAPI) ; – un serveur audio (SpherAudio@Home). Mis à part le BP84, tous ces développements ont été réalisés par M. Mathieu Coïc, que j’ai eu le plaisir d’encadrer en parallèle des travaux de recherche doctorale présentés dans ce manuscrit. Par ailleurs, de nombreux stagiaires ont contribué à la réalisation de ces outils. Dès lors, il est agréable de préciser que le plug’in VST et le processeur dédié ont été utilisés par de nombreux organismes, publics ou privés (CNSMDP, Radio France, France Télévision, INA, Technicolor, etc.). De plus, Radio France a mis en ligne un site internet pour diffuser des contenus spatialisés, utilisant la gamme SpherAudio pour l’encodage binaural (fig. 2.16). Je profites donc de ce court aparté pour renouveler à tous et à toutes mes sincères félicitations et remerciements. 83Figure 2.14 – Outils et logiciels dérivés de PifPaf3D, développés en parallèle de la thèse par la société Digital Media Solutions. (Haut, gauche) Spatialisateur SpherAudioAPI pour les plate-formes web compatibles HTML5, comme Google Chrome. (Haut, droite) Spatialisateur SpherAudioDroid pour les tablettes Androïd du type Samsung Galaxy et les terminaux mobiles compatibles. (Bas, gauche) Plug’in VST SpherAudioVST pour le logiciel de Musique Assisté par Ordinateur Reaper. (Bas, droite) Processeur Binaural BP84 pour le traitement professionnel sur système embarqué, proposant huit entrées mono et quatre sorties binaurales. 84Figure 2.15 – Outils et logiciels dérivés de PifPaf3D, développés en parallèle de la thèse par les ingénieurs de la société Digital Media Solutions. (Gauche) Interface "télécommande" pour serveur d’Audio spatialisé sous tablette Androïd. (Droite) Interface "télécommande" pour serveur d’Audio-description spatialisée sous tablette Androïd, en vue d’améliorer l’accessibilité au cinéma des personnes non-voyantes. 85Figure 2.16 – Visuels extraits de nouvoson.radiofrance.fr, plate-forme de contenus multicanaux mis en ligne par Radio France, utilisant les outils dé- rivés de PifPaf3D pour l’encodage binaural (BP84 et SpherAudioVST). 868788Chapitre 3 Formulations intégrales rapides pour l’acoustique Une fois que le spatialisateur PifPaf3D eut atteint un stade de développement suffisant pour être exploité dans la suite des recherches, la seconde partie de la thèse porta sur la génération numérique des fonctions de transfert HRTF, notamment pour leurs individualisations. En effet, comme expliqué dans les chapitres précédents, une des difficultés majeures que rencontrent aujourd’hui les technologies binaurales concerne la personnalisation de ces filtres, propres à chacun. De nombreuses études ont démontré qu’un filtrage générique est insuffisant pour un rendu de l’espace réellement convaincant (e.g. [12], [67], [86]). C’est pourquoi le but original de l’ensemble du projet de thèse consiste en l’obtention et l’exploitation de HRTF individualisées pour le grand public, obtenues par une reproduction numérique des mesures physiques (e.g. [39], [49], [50], [51], [52]). Le protocole alors envisagé (fig. 3.1) est découpé en trois grandes étapes : 1. Création et adaptation de maillages de tête/corps individuels, obtenus par traitement d’images et fusionnés ou non avec des maillages paramétriques de formes élémentaires (sphères, ovoïdes, cônes, etc.). Cette étape, détaillée dans le chapitre suivant, a notamment été réalisée en Matlab à partir de données issues d’une Kinect Microsoft. 2. Réalisation d’un moteur de calcul intégral pour résoudre rapidement les équations de propagation des ondes sur lesdits maillages. Cette étape a donné naissance à la librairie MyBEM, entièrement programmée en Matlab et optimisée par vectorisation. De plus, une nouvelle méthode rapide intitulée "Décomposition Creuse en Sinus Cardinal" ("Sparse Cardinal Sine Decomposition") a été implémentée en lieu et place des classiques méthodes multipolaires FMM (e.g. [31], [34], [35], [38], [82]). 89Figure 3.1 – Résumé de la méthodologie envisagée pour la création de HRTF numériques individualisées. Diagramme issu du projet de thèse initial, entre mathématiques appliquées et acoustique. 903. Validation par tests perceptifs des HRTF issues des simulations numériques sur les maillages individuels, en utilisant le moteur binaural PifPaf3D pour le rendu audio. Cette étape n’a pas été réalisée pendant la thèse et fera l’objet de recherches ultérieures. 1 Une revue théorique des équations intégrales fait donc l’objet de la première partie de ce chapitre, adjointe à l’introduction de la méthode multipolaire rapide (Fast Multipole Method). Dans une seconde partie, la nouvelle méthode rapide SCSD est présentée, non pas de façon théorique, mais en suivant les différentes étapes du raisonnement qui ont menées vers le formalisme final. Une présentation moins empirique, établie en parallèle de la rédaction de ce manuscrit, est disponible dans l’article [5] joint en annexe. La réalisation pratique au sein de la librairie MyBEM, développée conjointement avec F. Alouges, est quant à elle présentée dans le chapitre suivant. 3.1 Représentation et équations intégrales Il existe différentes méthodes pour la modélisation numérique des phé- nomènes de propagation d’ondes, classés parmi les problèmes hyperboliques linéaires. En effet, la linéarité permet un traitement de la variable temps par transformée de Fourier, ce qui autorise une formulation en temps comme en fréquence. Dans le cas de l’acoustique fréquentielle, le problème de diffraction résultant peut être écrit sous une forme intégrale, puis discrétisé par éléments finis de frontière. Cette section introduit donc quelques rappels classiques des équations intégrales sous forme variationnelle. Pour plus de précisions, le lecteur curieux peut se documenter sur les ouvrages suivants : [13], [16], [55], [69] et [82]. 3.1.1 Diffraction dans l’espace libre Les équations de l’acoustique s’obtiennent par linéarisation des équations d’Euler, caractérisant les fluides : – Conservation de la masse ; – Conservation de la quantité de mouvement ; – Conservation de l’entropie pour les fluides parfaits. 1. En complément, des itérations sur l’ensemble de ce processus sont envisagées pour obtenir une personnalisation optimale. En effet, il doit être possible d’exploiter les données issues des tests perceptifs pour guider la création des maillages de calcul, ainsi que pour définir les conditions aux limites du problème à résoudre. Cette piste fera très probablement l’objet de travaux futurs. 91En fixant c la vitesse du son dans un fluide au repos, la pression acoustique p vérifie l’équation des ondes scalaire : 1 c 2 ∂ 2 t p − ∆p = 0. (3.1) Pour que ce modèle conduise à un problème bien posé, il est nécessaire d’ajouter des conditions initiales à t = 0. Par ailleurs, comme l’équation des ondes scalaire (3.1) est linéaire, la transformée de Fourier en convention temporelle e iωt conduit à l’équation de Helmholtz scalaire : −∆u − ω 2 c 2 u = −∆u − k 2u = 0, (3.2) où k représente le nombre d’onde (rad.m−1 ) et u(ω) = p(ω), ω étant la pulsation (rad.s−1 ). Il existe certaines solutions non triviales à cette équation, mentionnées à toutes fins utiles : – Les ondes planes, dont le vecteur d’onde k, de module k, fixe la direction de propagation : u(x) = u0e −ik·x ∀x ∈ Ω, (3.3) – Les ondes sphériques : u(x) = u0 e ±ik|x| |x| ∀x ∈ Ω ∗ . (3.4) Enfin, pour que le problème fréquentiel (3.2) équivalent à la formulation temporelle (3.1) soit bien posé, il faut rajouter des conditions aux limites pour fixer le sens du temps et fermer le système. La condition de radiation de Sommerfeld (3.5), introduite à partir de considérations énergétiques, joue ce rôle en assurant l’unicité d’une solution : r (∂ru + iku) → 0 quand r = |x| → +∞. (3.5) Il est d’ores et déjà possible de constater que certaines solutions de l’équation de Helmholtz (3.2) ne respectent pas cette condition, à l’instar des ondes planes (3.3), dites non causales (ou non physiques). Pour résumer, un problème bien posé de diffraction dans l’espace libre s’écrit dans le cas général :    −∆u − k 2u = f, r (∂ru + iku) → 0 quand r → +∞. 92Figure 3.2 – Notations associées à la modélisation des phénomènes de propagation d’ondes. (source [82]) Pour f ≡ δy, ce système possède une solution élémentaire E ∈ D0 (R 3 ), au sens des distributions. Dans le cas tridimensionnel, le noyau (ou fonction) de Green G(x, y) est introduit à partir de E : G(x, y) = E(x − y) = e −ik|x−y| 4π|x − y| ∀(x, y) ∈ R 3 , (3.6) et permet d’établir l’expression de la solution générale u du problème, issue du produit de convolution ? suivant : u(x) = (E ? f)(x) = Z R3 G(x, y)f(y)dy = Z R3 e −ik|x−y| 4π|x − y| f(y)dy. (3.7) Pour que cette expression ait un sens, des restrictions sur f doivent être imposées avec, par exemple, f ∈ L 2 (R 3 ). 3.1.2 Diffraction en présence d’un obstacle Une surface fermée régulière et orientable Γ découpe désormais l’espace Ω en un ouvert borné Ω i et un ouvert non borné Ω e (fig. 3.2). La présence d’une telle frontière permet de définir deux distributions surfaciques, utilisées pour établir les résultats fondamentaux de ce chapitre : – Pour toute fonction λ régulière définie sur une surface Γ, la distribution de simple couche de densité λ sur Γ correspond à la mesure de Radon s(λ) = λ(x)dΓx telle que : hs(λ), φi = Z Γ λ(x)φ(x)dΓx ∀φ ∈ D(R 3 ). (3.8) 93– La distribution de double couche de densité µ, notée d(µ), est quant à elle définie par : hd(µ), φi = Z Γ µ(x)∂nφ(x)dΓx ∀φ ∈ D(R 3 ). (3.9) Ainsi, dans le cas particulier du rayonnement de sources réparties sur la surface Γ, le potentiel de simple couche Sλ peut être établi comme la solution u du problème de diffraction dans l’espace libre pour une distribution de simple couche s(λ) (3.8) :    −∆u − k 2u = s(λ), r (∂ru + iku) → 0 quand r → +∞. D’après la formulation générale des solutions de ce problème (3.7), Sλ s’écrit donc comme le produit de convolution : Sλ(x) = (E ? s(λ))(x) = Z Γ G(x, y)λ(y)dΓy ∀x ∈ R 3 , (3.10) et possède les propriétés suivantes : – Continuité dans R 3 ; – C ∞ en dehors de Γ ; – Solution de l’équation de Helmholtz homogène (3.2) en dehors de Γ ; – Vérifie la condition de radiation à l’infini de Sommerfeld. L’opérateur S associé est appelé "opérateur de simple couche" et sa restriction à la frontière Γ sera notée S. Au même titre, un opérateur dit de "double couche" D peut être appliqué à toute fonction régulière µ, définie sur Γ, pour former le potentiel de double couche suivant : Dµ(x) = (E ? d(µ))(x) = Z Γ ∂nyG(x, y)µ(y)dΓy ∀x ∈ R 3 , (3.11) où d(µ) est la distribution de double couche (3.9). Le potentiel de double couche Dµ possède les mêmes propriétés que celui de simple couche Sλ, mais présente une discontinuité sur R 3 par un saut de −µ à la traversée de Γ. La restriction de l’opérateur double couche D à la frontière Γ sera notée D. Les solutions u tot du problème de diffraction en présence d’un obstacle peuvent désormais être explicitées à partir de ces potentiels de rayonnement. En posant le champ diffracté u = u tot − u in comme la différence entre le champ total u tot et le champ incident u in , u est solution de l’équation de Helmholtz homogène (3.2), pour laquelle le théorème de représentation inté- grale s’applique. 94Théorème 1 (de représentation intégrale) Soit u une fonction régulière dé- finie de part et d’autre d’une frontière Γ régulière orientée. La restriction de u à Ω i est notée u i et la restriction à Ω e est notée u e . Les sauts de u et de sa dérivée normale ∂nu sont notés µ et λ : µ = [u] = u i − u e et λ = [∂nu] = ∂nu i − ∂nu e sur Γ. D’après la formule des sauts appliquée à la distribution {u}, définie par u en dehors de Γ : ∆{u} = {∆u} − s([∂nu]) + d([u]), si les hypothèses suivantes sont satisfaites :    −(∆u i + k 2u i ) = 0 dans D0 (Ωi ), −(∆u e + k 2u e ) = 0 dans D0 (Ωe ), r (∂ru e + ikue ) → 0 quand r → +∞, alors la fonction u vérifie : −(∆ + k 2 )u = s(λ) − d(µ) dans D 0 (R 3 ), ainsi que la condition de radiation à l’infini. u est donc la somme d’un potentiel de simple couche et d’un potentiel de double couche : u = E ? s(λ) − E ? d(µ), u = Sλ − Dµ dans D 0 (R 3 ). Plus précisément, les formulations de représentation intégrale suivantes peuvent être explicitées : u(x) = Sλ(x) − Dµ(x) ∀x ∈ Ω i ∪ Ω e , 1 2 (u i (x) + u e (x)) = Sλ(x) − Dµ(x) ∀x ∈ Γ, 1 2 (∂nu i (x) + ∂nu e (x)) = D ∗λ(x) − Hµ(x) ∀x ∈ Γ, où les opérateurs S, D, S et D sont tels qu’introduits dans (3.10) et (3.11). Les opérateurs D∗ et H (hypersingulier), sont respectivement obtenus par dérivation normale des opérateurs de simple et double couches S et D. Par ailleurs, dans le cas de singularités géométriques présentes sur une surface Γ lipschitzienne, les facteurs 1 2 doivent être remplacés par les rapports à 4π des limites des angles solides intérieurs et extérieurs. 953.1.3 Équations intégrales Le théorème de représentation intégrale 1 est la pierre angulaire des mé- thodes intégrales. Il peut élégamment s’écrire sous la forme d’opérateurs matriciels, appelés projecteurs de Calderón intérieur Ci et extérieur Ce. Théorème 2 (Projecteurs de Calderón) Soient λ et µ deux fonctions régulières quelconques définies sur Γ, alors la fonction u définie par u = Sλ−Dµ dans D0 (R 3 ) est solution de l’équation de Helmholtz dans Ω i ∪ Ω e et vérifie la condition de radiation à l’infini. De plus, les traces intérieures et extérieures de u et de sa dérivée normale sur Γ sont données par :   u i ∂nu i   = (Id 2 + C)   µ λ   = Ci   µ λ   ,   u e ∂nu e   = (− Id 2 + C)   µ λ   = Ce   µ λ   , où C est l’opérateur   −D S −H D∗   . De plus, les projecteurs Ce et Ci satisfont les relations suivantes : C 2 i = Ci , C2 e = Ce, Ci − Ce = Id, qui peuvent se réécrire à partir des opérateurs surfaciques usuels : DS = SD∗ , HD = D ∗H, D2 − SH = D ∗2 − HS = Id 4 . (3.12) Ces projecteurs confirment que les potentiels de simple et double couches sont définis partout et vérifient l’équation de Helmholtz en dehors de Γ, ainsi que la condition de radiation de Sommerfeld à l’infini. Cependant, afin de calculer explicitement la solution du problème de diffraction en présence d’un obstacle, il reste encore à déterminer les sauts µ et λ. Pour cela, des prolongements sur les traces intérieures et extérieures de u permettent d’établir des équations intégrales, définies sur la frontière Γ. Pour former un système bien posé, ces équations sont alors couplées à des conditions de bord, fixées par la modélisation physique de la structure diffractante. Trois types de condition de bord sont utilisés en pratique : 96– La condition de Dirichlet, pour les obstacles dits mous (ou soft) : u = uD régulière sur Γ; (3.13) – La condition de Neumann, pour les obstacles dits rigides (ou hard) : ∂nu = grad(u) · n = uN régulière sur Γ; (3.14) – La condition de Robin (ou Fourier), pour les obstacles d’impédance β : ∂nu − ikβu = uR régulière sur Γ. (3.15) Selon la modélisation physique souhaitée, il existe de nombreuses équations intégrales liées aux conditions de bord et au choix du prolongement des traces intérieures ou extérieures. Aussi, pour ne pas surcharger le manuscrit par de nombreuses formules, seuls les problèmes extérieurs de Dirichlet et Neumann sont détaillés. Dans le cas d’un problème de Dirichlet extérieur (3.13), la formulation bien posée est la suivante :    −(∆u e + k 2u e ) = 0 dans Ω e , u e = uD régulière sur Γ, r (∂ru e + ikue ) → 0 quand r → +∞, et selon le prolongement choisi pour la trace intérieure, cinq équations inté- grales peuvent être formulées en saut : Prolongement µ λ Dirichlet 0 Sλ = uD Neumann −(0.5Id + D)µ = uD 0 Zéro −uD Sλ = (0.5Id − D)uD Zéro (∂n) −uD (0.5Id + D∗ )λ = −HuD Robin, β ∈ C (ikβS − (0.5Id + D))µ = uD ikβµ Pour les quatre premières équations, le prolongement n’est pas unique si k 2 est une valeur propre du problème de Dirichlet intérieur relatif à l’opérateur −∆. L’opérateur associé à l’équation intégrale ne sera donc pas inversible pour ces fréquences propres. 97Dans le cas d’un problème de Neumann extérieur (3.14), la formulation bien posée s’écrit cette fois :    −(∆u e + k 2u e ) = 0 dans Ω e , ∂nu e = uN régulière sur Γ, r (∂ru e + ikue ) → 0 quand r → +∞, avec les équations intégrales associées : Prolongement µ λ Dirichlet 0 (−0.5Id + D∗ )λ = uN Neumann −Hµ = uN 0 Zéro −Hµ = (0.5Id + D∗ )uN −uN Zéro (trace) (0.5Id − D)µ = SuN −uN Robin, β ∈ C −(H + ikβ(0.5Id − D∗ ))µ = uN ikβµ Au même titre que pour le problème de Dirichlet, seule la dernière équation assure l’existence et l’unicité d’une solution pour toutes les fréquences. Une fois ces équations établies, il ne reste plus qu’à les résoudre numé- riquement pour obtenir les sauts µ et λ. En accord avec le théorème de représentation intégrale, la solution générale u pourra dès lors être calculée en tous points de l’espace, par rayonnement des potentiels de simple et double couches Sλ et Dµ. Pour mémoire, les opérateurs intégraux mis en jeu s’écrivent dans l’espace tridimensionnel : Sλ(x) = Z Γ G(x, y)λ(y)dΓy pour x ∈ R 3 \ Γ, (3.16) Dµ(x) = Z Γ ∂nyG(x, y)µ(y)dΓy pour x ∈ R 3 \ Γ, (3.17) Sλ(x) = Z Γ G(x, y)λ(y)dΓy pour x ∈ Γ, (3.18) Dµ(x) = Z Γ ∂nyG(x, y)µ(y)dΓy pour x ∈ Γ, (3.19) D ∗λ(x) = Z Γ ∂nxG(x, y)λ(y)dΓy pour x ∈ Γ, (3.20) Hµ(x) = Z Γ ∂ 2 nxyG(x, y)µ(y)dΓy pour x ∈ Γ, (3.21) où G(x, y) est le noyau de Green introduit en (3.6). De plus, en posant x = |x|ν = rν dans R 3 , à ces relations s’ajoutent les potentiels de champ 98lointain, obtenus par développement limité du noyau de Green pour |x|  |y| : Sλ(x) = e −ikr 4πr S ∞λ(ν) + O( 1 r 2 ) avec S ∞λ(ν) = Z Γ e ikν·yλ(y)dΓy, (3.22) et Dµ(x) = e −ikr 4πr D ∞µ(ν) + O( 1 r 2 ) avec D ∞µ(ν) = ik Z Γ (ny · ν)e ikν·yµ(y)dΓy. (3.23) Les opérateurs S ∞ et D∞ sont appelés "opérateurs de rayonnement à l’infini" et sont couramment utilisés pour représenter la radiation en champ lointain, sans tenir compte de la décroissance 1 r . 3.1.4 Formulations discrètes Le problème de Dirichlet extérieur prolongé par un problème de Dirichlet intérieur a été choisi pour établir une formulation discrète des équations inté- grales. À partir de cet exemple, la méthodologie peut aisément être reproduite pour obtenir les formulations d’autres problèmes. Aussi, pour toute fonction régulière f, l’équation intégrale à résoudre s’écrit : Sλ = f, Sλ(x) = Z Γ G(x, y)λ(y)dΓy = f(x) pour x ∈ Γ. Ce problème peut alors être formulé sous la forme variationnelle :    trouver λ ∈ V = H− 1 2 (Γ) tel que hSλ, λt i = hf, λt i ∀λ t ∈ V. Les méthodes par éléments finis de frontière consistent, en premier lieu, à approcher la surface Γ par un maillage élémentaire Th de taille h, composé par exemples de triangles Ti formant une discrétisation Γh de Γ. Ce maillage doit vérifier les propriétés classiques sur l’intersection de deux éléments, la qualité des éléments, etc. Dès lors, l’espace variationnel V peut être approché par un espace : Vh = {λh = λi sur le triangle Ti , Ti ∈ Th}, et la formulation variationnelle devient :    trouver λh ∈ Vh tel que hSλh, λt h i = hf, λt h i ∀λ t h ∈ Vh. 99Cette approximation, dite P 0 , est conforme et permet d’approcher λ par λh, constante par morceau. De plus, Vh est de dimension N égale au nombre de triangles de Th et sa base {φi , i = 1, · · · , N} s’exprime relativement simplement par : φi(x) =    1 sur le triangle Ti , 0 ailleurs. Une fois ce cadre formel établi, en posant Λ h les coordonnées de λh ∈ Vh dans la base {φi , i = 1, .., N} telles que : λh(x) = X N i=1 Λ h i φi(x), le problème discret équivalent à la formulation variationnelle approchée consiste en la résolution du système linéaire S hΛ h = F h . Chaque coefficient de la matrice S h est défini par : S h i,j = Z Ti Z Tj G(x, y)dTj (y)dTi(x) pour (i, j) ∈ {1, · · · , N} 2 , et le vecteur F h a pour coordonnées : F h i = Z Ti f(x)dTi(x). En supposant, d’une part, que k 2 n’est pas une valeur propre du problème de Dirichlet intérieur pour −∆, d’autre part, que le maillage est suffisamment fin pour que la base choisie puisse représenter correctement le problème, le système linéaire ainsi formé admet une unique solution Λ h . Dès lors, le champ approché uh de la solution du problème de diffraction u peut être calculé dans tout l’espace, par représentation intégrale des potentiels de simple et double couches approchés S hλh et Dhµh. Dans le cas d’un problème de Dirichlet extérieur prolongé par Dirichlet intérieur, µ = 0 et la représentation discrète s’écrit : uh(x) = Z Γh G(x, y)λh(y)dΓh(y) = X N j=1 Λ h j Z Tj G(x, y)dTj (y). Heuristiquement, pour obtenir des résultats raisonnables en approximation P 0 , il faut que la taille h des éléments soit au minimum inférieure au dixième de la longueur d’onde (donnée empirique). Un espace variationnel 100discret P 1 permet d’estimer λh par des fonctions de bases plus précises, linéaires par morceaux (fonctions chapeaux). Auquel cas, au prix d’une inté- gration locale plus fine, la taille h des éléments peut être seulement inférieure au sixième, voire au quart de la longueur d’onde. In fine, quelle que soit la dimension de l’espace d’approximation variationnelle, l’assemblage du système linéaire à résoudre est principalement fonction des interactions élémentaires dans Th, estimées numériquement par intégration de Gauss. En omettant les problèmes liés aux singularités des intégrales, ceci revient donc à calculer l’ensemble des interactions au sein d’un nuage de points, évaluées avec une complexité quadratique. C’est pourquoi le calcul rapide de ces interactions est un enjeu majeur pour la compétitivité des méthodes intégrales. 3.2 Introduction aux méthodes multipolaires rapides La méthode des multipoles rapides (Fast Multipole Method) a été introduite par L. Greengard et V. Rokhlin à la fin du XXe siècle [34], pour ramener la complexité des méthodes intégrales de quadratique (N2 ) à quasi-linéaire (N log N). Cet algorithme a littéralement bousculé les ordres de grandeurs des problèmes jusqu’alors résolus, et, pour cela, a été classé parmi les dix algorithmes majeurs du siècle dernier (source Wikipedia). Pour réaliser cette compression, le principe de base consiste à calculer des produits matricesvecteurs de manière économique, à la fois en mémoire vive et en charge de calcul. Seule une brève introduction est présentée dans ce manuscrit, essentiellement pour illustrer les concepts principaux mis en jeu. Pour de plus amples détails, de nombreux ouvrages de référence expliquent les fondements théoriques et pratiques de cette méthode (e.g. [35], [38], [82]). En méthodes intégrales, quelle que soit la formulation variationnelle et l’équation intégrale considérée, le produit matrice vecteur calculé dans la résolution d’un problème de diffraction se ramène toujours à la forme : Z Γh Z Γh G(x, y)f(x)g(y)dΓh(x)dΓh(y), avec f et g des fonctions scalaires. Hors singularités, les quadratures utilisées pour l’évaluation numérique des intégrales font généralement appel à des points de Gauss xg et yg, répartis sur la surface Γh. La formulation précédente peut donc être approchée par la discrétisation : X xg∈Γh X yg∈Γh G(xg, yg)f(xg)g(yg), (3.24) 101Figure 3.3 – Configuration type d’une répartition spatiale pour l’application du théorème d’addition de Gegenbauer. (source [82]) où les fonctions f et g incluent aussi les poids d’intégration des quadratures. L’idée générale de la FMM consiste à séparer les variables spatiales xg et yg, pour calculer indépendamment, donc rapidement, les deux sommes de la formulation (3.24) : X xg∈Γh   X yg∈Γh G(xg, yg)g(yg)   f(xg). (3.25) Pour cela, le noyau de Green est décomposé à l’aide du théorème suivant : Théorème 3 (d’addition de Gegenbauer) Soient x, y, M1 et M2 quatre points de l’espace, avec x "proche" de M1 et y "proche" de M2 (fig. 3.3). s est un point de la sphère unité S 2 dans R 3 , Pl le polynôme de Legendre de rang l et hl la fonction de Hankel sphérique du premier type de rang l. En posant le vecteur xy = xM1 + M1M2 + M2y, le noyau de Green G(x, y) peut se décomposer en : G(x, y) = ik 16π 2 lim L→+∞ Z s∈S2 e iks·xM1T L M1M2 (s)e iks·M2y ds, (3.26) avec T L M1M2 (s) = X L l=0 (2l + 1)i lhl(k|M1M2|)Pl(cos(s,M1M2)). Dans (3.26), les variables x et y sont bien séparées et les trois termes de l’intégrale sphérique peuvent s’interpréter comme suit : – e iks·xM1 transporte l’information du point source x au centre M1 ; – T L M1M2 (s) transfère l’information du centre M1 au centre M2 ; – e iks·M2y envoie l’information du centre M2 au point de destination y. 102Figure 3.4 – (Gauche) Traitement des interactions sans regroupement multipolaire. (Droite) Traitement des interactions en FMM. (source [82]) Ainsi, de par la centralisation des informations sur M1 et M2 due au théorème d’addition de Gegenbauer (3.26), le nombre d’interactions à calculer entre le nuage de points en x et celui en y diminue grandement entre la méthode classique et la méthode multipolaire (fig. 3.4). Il reste néanmoins à choisir une valeur de troncature pour L, ainsi qu’une quadrature sur la sphère unité S 2 , en fonction de la précision souhaitée pour l’évaluation des interactions ponctuelles entre les deux groupes de points. Cette étape, particulièrement délicate, est grandement liée à la "proximité" des objets mis en jeu dans la configuration type (fig. 3.3). Le domaine de calcul original Ω doit donc être découpé en sous-domaines, où la séparation des variables est valable lorsque les deux sous-domaines en interaction ne sont pas voisins. Si tel est le cas, le calcul de la double somme (3.24) sera traité classiquement, sans regroupement multipolaire. Dans l’exemple de gauche de la figure 3.5, les interactions entre C et C 0 peuvent être calculées par séparation des variables, centrées respectivement sur M et M0 . Ce découpage conduit à la formulation FMM mono-niveau du produit matrice-vecteur discret (3.24), entre C et C 0 : ik 16π 2 X xg∈C0 Z s∈S2     X yg∈C e iks·ygMf(yg)   T L MM0(s)e iks·M0xgds   g(xg). En considérant l’ensemble des interactions entre chaque sous-domaines, la complexité finale de l’algorithme mono-niveau est de l’ordre de N3/2 . Pour atteindre la limite N log N, les interactions multipolaires doivent être effectuées suivant un algorithme du type Divide and Conquer. Pour ce faire, des sous-domaines hiérarchiques sont construits à l’aide d’un octree (fig. 3.5 à droite), en vue de former par bloc le produit matrice vecteur associé au problème. Les interactions très lointaines seront, dès lors, traitées différemment des interactions lointaines, banlieues, proches, etc. Cette méthode, bien que robuste et bien maîtrisée, est relativement complexe, notamment dans sa programmation, et de nombreux détails soulèvent toujours de grandes diffi- cultés. Par ailleurs, bien que la complexité théorique de l’algorithme FMM 103Figure 3.5 – (Gauche) Découpage mono-niveau du domaine original Ω et de la frontière Γ en sous-domaines de calcul. (Droite) Découpage multi-niveaux. (source [82]) multi-niveaux ait pour limite N log N, la constante de cette complexité peut être assez lourde si l’algorithme n’est pas correctement réglé pour le problème à résoudre. Ces deux raisons ont poussé les recherches effectuées lors de cette thèse vers une solution alternative, la Décomposition Creuse en Sinus Cardinal (SCSD). 3.3 Nouvelle méthode rapide - SCSD La séparation des variables d’espace (3.25) conduit au calcul rapide des produits matrices-vecteurs (3.24), issus des équations intégrales. Dans le cas de l’acoustique tridimensionnelle, cet assemblage se résume à évaluer le produit de convolution (Gf )(xp), défini pour toute fonction régulière f par : (Gf )(xp) = X Ny q=1 G(xp, yq)f(yq) = X Ny q=1 e −ik|xp−yq| 4π|xp − yq| f(yq). (3.27) Ce résultat n’est pas sans rappeler la forme des solutions générales d’un problème de diffraction (3.7), construites par le produit de convolution ?. 1043.3.1 Vers un problème mono-dimensionnel Le fondement de la Décomposition Creuse en Sinus Cardinal (SCSD) réside dans la représentation intégrale de la fonction sinus cardinal [69] et [82]. Pour tout z dans R 3 : sin(k|z|) |z| = k 4π Z S2 e iks·z ds, (3.28) avec S 2 est la sphère unité de R 3 et k le nombre d’onde (positif). En posant |z| = |x − y|, la partie imaginaire du noyau de Green (3.6) peut s’écrire en variables séparées : sin(k|x − y|) 4π|x − y| = k (4π) 2 Z S2 e iks·(x−y) ds (3.29) = k (4π) 2 Z S2 e iks·x e −iks·y ds. Sous réserve d’une quadrature efficace pour la sphère unité S 2 , cette séparation des variables peut se substituer au théorème d’addition de Gegenbauer (3.26), dont dérivent la FMM. Par ailleurs, une intégration sur S 2 apparaît aussi dans (3.26), mais le couplage avec les fonctions de transfert T L M1M2 (s) complexifie grandement la tâche. Dans (3.29), ces fonctions de transfert ont disparu. Une transformée de Fourier en espace F[.] est appliquée sur l’équation élémentaire de Helmholtz, pour obtenir une représentation intégrale de la partie réelle du noyau de Green (3.6) : F h (−∆ − k 2 )G(x, y) i = F[δy]. En posant y = 0 dans l’égalité précédente, celle-ci devient : (|ξ| 2 − k 2 ) F[G(x, 0)] = 1, ce qui permet d’écrire la transformée de Fourier du cosinus cardinal : F " cos(k|x|) |x| # = 4π |ξ| 2 − k 2 . Une représentation intégrale de la partie réelle du noyau de Green est alors obtenue par transformée de Fourier inverse sur l’équation précédente : cos(k|x − y|) 4π|x − y| = 1 (2π) 3 Z R3 1 |ξ| 2 − k 2 e iξ·(x−y) dξ, 105amenant de nouveau la séparation des variables d’espace : cos(k|x − y|) 4π|x − y| = 1 (2π) 3 Z R3 1 |ξ| 2 − k 2 e iξ·x e −iξ·y dξ. (3.30) La singularité du cosinus cardinal présente en 0 lui confère une forte irré- gularité. Celle-ci est traduite en domaine de Fourier par une représentation intégrale sur tout l’espace R 3 , alors que la partie sinus s’intègre sur uniquement sur S 2 (eq. 3.29). À cela s’ajoute une singularité en |ξ| = k, ce qui peut sembler rédhibitoire. Néanmoins, après réécriture de l’équation (3.30) en coordonnées sphé- riques, la représentation intégrale du sinus cardinal (3.28) permet d’établir l’égalité suivante : cos(k|x − y|) 4π|x − y| = 1 (2π) 3 Z +∞ ρ=0 ρ 2 ρ 2 − k 2 Z S2 e iρs·(x−y) ds  dρ, = 2 π Z +∞ ρ=0 ρ ρ 2 − k 2 sin(ρ|x − y|) 4π|x − y| dρ. (3.31) Si l’intégrale sur ρ converge bien dans (3.31), alors une séparation des variables de la partie réelle pourrait découler de celle obtenue pour la partie imaginaire (3.29). De plus, pour éviter de retomber sur les difficultés de programmation de la FMM, il est nécessaire qu’une même quadrature, la plus précise possible, puisse être utilisée pour R dans un grand intervalle [Rmin, Rmax]. Pour étudier ce problème, l’intégrale (3.31) est réécrite sous la forme : cos(R) = 2 π Z +∞ ρ=0 ρ ρ 2 − 1 sin(ρR)dρ, (3.32) avec R = k|x − y|. 3.3.2 Résolution du problème Le problème d’intégration mono-dimensionnel à résoudre est le suivant : Existe-il une quadrature vérifiant l’égalité (3.32) pour tout R dans un intervalle [Rmin, Rmax] le plus grand possible, avec peu de points d’intégration ρ dans un intervalle [0, A] petit ? En première approche, des méthodes classiques de quadrature du type Trapèze, Simpson, ou encore Fourier ont été appliquées sur une formulation 106Figure 3.6 – Calcul du cosinus par intégration de Simpson, pour R dans [0, 15]. 71 points d’intégrations en ρ, espacés régulièrement sur [0, 7], ont été utilisés pour approcher l’intégrale (3.33). L’erreur relative est inférieure au seuil de 5% pour R > 3. tronquée en A et régularisée avec une solution analytique : cos(R) ≈ 2 π Z A ρ=0 ρ ρ 2 − 1 (sin(ρR) − sin(R))dρ! + 2 sin(R) π Z A ρ=0 ρ ρ 2 − 1 dρ. (3.33) Dans cette approximation, le membre de gauche est bien régulier pour ρ autour de 1 et le membre de droite s’intègre exactement au sens des valeurs principales. Les résultats présentés sur la figure 3.6 sont peu satisfaisants et dépendent beaucoup de l’intervalle dans lequel évolue R. Pour R petit, A est grand avec des points d’intégration relativement espacés, tandis que pour R grand, A est petit mais il faut de nombreuses valeurs pour discrétiser l’intervalle [0, A]. Ces résultats sont, bien entendu, liés à la singularité du cosinus, quand R tend vers 0. Une quadrature classique pour l’évaluation de cos(R) sur un intervalle [Rmin, Rmax] grand n’est donc pas raisonnable. Une quadrature entièrement numérique pour la résolution de ce problème a donc été envisagée. Pour ce faire, l’équation (3.32) est réécrite sous la formulation discrète suivante, tronquée en N ∈ N : cos(R) ≈ X N n=0 αn sin(ρnR). (3.34) Le problème d’intégration approchée à résoudre devient : 107Figure 3.7 – Calcul du cosinus par quadrature numérique issue d’une minimisation sous contrainte (3.35), pour R dans [0, 15]. 5 points d’intégrations en ρ, espacés régulièrement sur [0, 1.2], ont été trouvés pour évaluer l’approximation (3.34). L’erreur relative est inférieure au seuil de 5% pour R > 3. Pour N le plus petit possible, existe-il un vecteur (ρn)n∈[0,N] de petites valeurs, associées à un vecteur (αn)n∈[0,N], tels que la relation (3.34) soit vérifiée pour tout R dans un intervalle [Rmin, Rmax] le plus grand possible ? Comme il n’est pas évident de résoudre analytiquement cette question, une minimisation sous contrainte a d’abord été programmée pour tenter d’obtenir des éléments de réponses. Une discrétisation (Ri)i∈[0,M] de R dans [Rmin, Rmax] est utilisée pour former un système matriciel, dont chaque ligne i est définie par : (cos(Ri))i∈[0,M] = X N n=0 αn sin(ρnRi) ! i∈[0,M] . (3.35) Dans ce système linéaire, (αn)n∈[0,N] est le vecteur inconnu, recherché au sens des moindres carrés. Les contraintes sont fixées sur le calcul de (ρn)n∈[0,N] , discrétisé par pas régulier sur [0, A], avec A exigé le plus petit possible. De plus, à chaque itération de la minimisation, le rang du système linéaire est estimé avec une précision  donnée. Si ce rang n’est pas plein, l’ordre de troncature N est diminué pour assurer un nombre de termes minimal dans la quadrature. Ce procédé permet de tenir compte du défaut de rang constaté dans les opérateurs intégraux issus du noyau de Green (3.6) et exploité dans d’autres méthodes de compression comme H-matrix [43], GGQ [18], Skeletonization, ACA, etc. Cet algorithme a été développé en langage Matlab 108et la structure "optimset" a été utilisée pour établir la minimisation sous contraintes du système matriciel. La figure 3.7 donne un résultat issu de cette approche empirique, avec une configuration identique à l’intégration de Simpson précédente (fig. 3.6). Après convergence, 5 points en ρ ont été trouvés, compris entre 0 et 1.2. Ces valeurs apportent cette fois une solution tangible au problème mono- dimensionnel et le calcul d’un produit matricevecteur rapide peut être envisagé, pour toutes les interactions entre x et y telles que Rmin < k|x − y| < Rmax. Cependant, malgré une certaine robustesse éprouvée à l’usage, l’algorithme de minimisation sous contrainte ne permet pas de comprendre les mécanismes mis en jeu, ce qui a poussé les recherches vers une quadrature analytique. Celle-ci peut être introduite à partir de la quadrature de l’unité suivante : 1 ≈ X N n=0 βn sin(ρnR). (3.36) En effet, il existe une formule exacte similaire à l’approximation (3.36), définie pour tout t dans (0, π) : X∞ n=0 4 π(2n + 1) sin((2n + 1)t) = 1. Cette série, couramment utilisée en traitement du signal pour définir la fonction créneau, est issue de la décomposition en série de Fourier de la fonction 2π-périodique égale à −1 sur (−π, 0) et 1 sur (0, π). En posant le changement de variable t = R b π pour tout R dans (0, b), l’égalité précédente devient : X∞ n=0 4 π(2n + 1) sin  π b (2n + 1)R  = 1. La convergence de cette série est assez lente et dépend fortement des valeurs de R. Aussi, une troncature avec N petit conduit à de fortes oscillations aux extrémités de l’intervalle de R, dues à la discontinuité en zéro de la fonction créneau (phénomène de Gibbs). Cet artefact est classiquement lissé par l’introduction d’un facteur correctif de Lanczos, encore appelé σ-approximation (e.g. [1], [44]), qui consiste à pondérer la série précédente par une puissance de sinus cardinal : N X−1 n=0 4 π(2n + 1)  sinc  2n + 1 2N π q sin  π b (2n + 1)R  ≈ 1, avec q entier (typiquement q = 1 ou 2). En fixant dans (3.36) : βn = 4 π(2n + 1)  sinc  2n + 1 2N π q et ρn = π b (2n + 1), (3.37) 109Figure 3.8 – Calcul du cosinus par quadrature analytique issue des coeffi- cients exacts (3.37) de la quadrature de l’unité (3.36), avec q = 1 pour R dans [0, 15]. 6 points d’intégration en ρ, espacés régulièrement sur [0, 1.4], sont nécessaires pour une erreur relative inférieure à 5%. une quadrature analytique de l’unité avec une bonne convergence est ainsi établie. Une quadrature analytique du cosinus (3.34) peut être déduite en multipliant (3.36) par cos(R), puis en appliquant la formule trigonométrique sin(A) cos(B) = 0.5(sin(A + B) + sin(A − B)) : cos(R) ≈ X N n=0 0.5βn (sin((1 + ρn)R) − sin((1 − ρn)R)), (3.38) où les ρn sont donnés par (3.37). Enfin, lorsque b = 2πL avec L ∈ N ∗ , la variante (3.38) se décompose sous la forme : cos(R) ≈ X N n=0 0.5βn (sin((1 + ρn)R)) − L X−1 n=0 0.5βn (sin((1 − ρn)R)) + X N n=L−1 0.5βn (sin((ρn − 1)R)), où tous les facteurs devant R appartiennent à la même discrétisation de ρ dans l’intervalle [ρ0; 1 + ρN ]. Ainsi, après réagencement et unification des termes de cette nouvelle série, la quadrature analytique du cosinus (3.34) peut être obtenue à partir de celle de l’unité (3.36). En pratique, pour tout R dans [Rmin, Rmax] ⊂ [Rmin, b], il suffit de rechercher N tel que l’erreur relative  de cette quadrature soit inférieure à une précision fixée. Par ailleurs, pour 110limiter l’impact du phénomène de Gibbs et minimiser N, il est avantageux de symétriser l’erreur commise en posant b ≥ (Rmax+Rmin), multiple de 2π. La figure 3.8 offre une comparaison de la quadrature analytique avec les deux quadratures précédentes (fig. 3.6 et 3.7). Même si ce résultat est du même ordre de grandeur que celui de la figure 3.7, les valeurs de ρn et N sont légèrement supérieures à celles obtenues par l’algorithme de minimisation sous contraintes. Cette remarque est d’autant plus vraie pour b plus grand, non représenté ici. Aussi, une quadrature hybride a été développée à partir des deux quadratures précédentes. Comme les valeurs analytiques de ρn sont connues pour tout n ≤ N (eq. 3.37), celles-ci peuvent directement être utilisées dans la quadrature du cosinus (3.34) pour former le système matriciel (3.35), utilisé par l’algorithme de minimisation sous contrainte. Après résolution, les valeurs calculées de αn lissent au sens des moindres carrés l’erreur relative , pour tout R sur l’intervalle de quadrature [Rmin, Rmax]. En itérant ce processus sur N pour atteindre une précision donnée, cette approche permet d’estimer αn pour que l’erreur commise soit plus uniforme. Par ailleurs, suivant le même principe, il est possible d’estimer βn par une quadrature hybride de l’unité et d’obtenir une nouvelle quadrature du cosinus en utilisant la formule de passage (3.38). Trois méthodes peuvent donc être confrontées (fig. 3.9) : 1. Quadrature analytique du cosinus, d’après une quadrature analytique de l’unité lissée par σ-approximation avec q = 2 ("Analytique", courbe bleue) ; 2. Quadrature analytique du cosinus, d’après une quadrature hybride de l’unité lissée au sens des moindres carrés ("Hybride Un", ronds verts) ; 3. Quadrature numérique du cosinus lissée au sens des moindres carrés. ("Hybride Cos", croix rouges). cos(R) Rmin Rmax N ρN erreur L 2 erreur L ∞ 1. Analytique 3 15 14 4.5 2.26e −4 7.83e −4 2. Hybride Un 3 15 14 4.5 1.83e −6 5.27e −6 3. Hybride Cos 3 15 14 4.5 7.91e −8 1.91e −7 Pour R dans [Rmin, Rmax] et ρ dans [ρ0, ρN ] avec N fixé, il apparaît très nettement sur ces valeurs numériques et sur la figure 3.9 que l’évaluation de αn par ces trois méthodes fournit des erreurs relatives et uniformes singulièrement différentes. En effet, plus d’un facteur 1000 sépare la quadrature analytique de la quadrature hybride en cosinus. Aussi, en fixant un seuil d’erreur relative ∞ à 10−3 (norme L ∞) pour R ∈ [Rmin, Rmax], puis en minimisant le 111Figure 3.9 – Quadratures de l’unité et du cosinus pour R dans [3, 15], avec respectivement 11 et 14 points d’intégrations fixés, inclus dans [0, 3.5] et [0, 4.5]. L’erreur relative (∞ en norme L ∞) en fonction de R est donnée en échelle logarithmique pour une meilleure lisibilité. 112Figure 3.10 – Quadratures de l’unité et du cosinus pour R dans [3, 15], avec un seuil d’erreur relative ∞ fixée à 1e−3. Le nombre de points d’intégration N varie en fonction de la quadrature. 113nombre N de points d’intégrations nécessaires pour atteindre cette précision, les résultats suivants sont obtenus (fig. 3.10) : cos(R) Rmin Rmax N ρN erreur L 2 erreur L ∞ 1. Analytique 3 15 14 4.5 2.26e −4 7.83e −4 2. Hybride Un 3 15 10 3.17 1.95e −4 5.62e −4 3. Hybride Cos 3 15 8 2.5 1.40e −4 3.47e −4 Pour une précision fixée, les valeurs de N et ρN sont fortement liées à la quadrature considérée, ce qui est particulièrement intéressant dans le contexte de cette étude. Par exemple, la quadrature hybride en cosinus semble tout à fait adaptée pour répondre au problème mono-dimensionnel posé dans cette section. Au vu de ces résultats, l’intervalle [Rmin, Rmax] et la précision relative en norme L ∞ ont donc été modifiés, pour éprouver la robustesse des quadratures (fig. 3.11) : Cosinus Rmin Rmax N ρN erreur L 2 erreur L ∞ 1. Analytique 3 150 115 4.58 7.05e −5 9.65e −4 2. Hybride Un 3 150 80 3.18 1.11e −4 9.41e −4 3. Hybride Cos 3 150 61 2.42 1.13e −4 9.98e −4 1. Analytique 3 1000 734 4.58 2.81e −5 9.97e −4 2. Hybride Un 3 1000 510 3.18 4.68e −5 9.97e −4 3. Hybride Cos 3 1000 392 2.45 5.02e −5 9.95e −4 1. Analytique 0.5 150 436 4.58 5.92e −5 8.85e −4 2. Hybride Un 0.5 150 281 3.18 6.06e −5 6.89e −4 3. Hybride Cos 0.5 150 259 2.45 9.09e −5 9.93e −4 1. Analytique 3 150 - - - - 2. Hybride Un 3 150 213 8.5 1.16e −13 7.96e −13 3. Hybride Cos 3 150 189 4.4 1.62e −13 9.21e −13 Pour les quadratures hybrides de l’unité et du cosinus, la linéarité apparente 114Figure 3.11 – Représentation du nombre N de termes nécessaires à chaque quadrature. (Haut) Rmin dans [1, 3] et Rmax = 150, pour une précision relative fixée à 10−3 . (Milieu) Rmin = 3 et Rmax dans [10, 1000], pour une précision relative fixée à 10−3 . (Bas) [Rmin, Rmax] = [3, 150], pour une précision relative dans [10−13 , 10−2 ]. 115de l’ensemble des courbes de la figure 3.11 permet de conjecturer la relation : N ∝ Rmax + Rmin Rmin | log()|. (3.39) Une dépendance logarithmique en erreur relative est donc empiriquement établie, ainsi qu’une dépendance linéaire pour l’intervalle de R. Ce résultat est fondamental pour les applications visées. Il ne reste plus qu’à savoir si la linéarité de la conjecture (3.39) sur N va permettre d’atteindre une complexité finale raisonnable pour le calcul rapide du noyau de Green. Pour terminer, non seulement il apparaît que l’efficacité d’une quadrature ne dépende que de αn, mais aussi N diminue lorsque le rapport entre l’erreur L 2 et l’erreur L ∞ tend vers 1. Les trois méthodes proposées ne seraient donc peut-être pas les seules et de nouveaux algorithmes pourraient être recherchés en vue de diminuer N, ce qui aurait un impact très fort sur l’efficacité globale de la méthode SCSD. 3.3.3 Formalisme final pour l’équation de Helmholtz Pour une précision  donnée, la section précédente a mis numériquement en lumière qu’il existe deux suites (αn)n∈[0,N] et (ρn)n∈[0,N] telles que, pour tout R dans [Rmin, Rmax] : cos(R) ≈ X N n=0 αnsin(ρnR) avec N ∝ Rmax + Rmin Rmin | log()|. Le retour vers le problème tri-dimensionnel original s’effectue simplement à travers la définition de R, à savoir R = k|x − y| pour tous points x et y de l’espace R 3 . En divisant la relation précédente par 4π|x − y|, la partie réelle du noyau de Green (3.6) peut être approchée par la quadrature suivante : cos(k|x − y|) 4π|x − y| ≈ X N n=0 αn sin(ρnk|x − y|) 4π|x − y| , équivalent discret de (3.31). En ajoutant à cette relation la partie imaginaire du noyau de Green, la quadrature complète du noyau peut être établie, sous la forme d’une somme pondérée de sinus cardinaux : G(x, y) ≈ N X +1 n=0 αn sin(ρnk|x − y|) 4π|x − y| , où αN+1 = −i et ρN+1 = 1. En appliquant la représentation intégrale du sinus cardinal (3.28) sur ce résultat fondamental, la séparation des variables 116de la SCSD peut être formulée comme une somme pondérée d’intégrales surfaciques sur N + 2 sphères unités : G(x, y) ≈ k (4π) 2 N X +1 n=0 αnρn Z S2 e ikρns·x e −ikρns·y ds, (3.40) ou encore sur des sphères emboîtées de rayon kρn : G(x, y) ≈ 1 (4π) 2 N X +1 n=0 αn Z kρnS2 e is·x e −is·y ds. Pour obtenir une version totalement discrète de la séparation des variables du noyau de Green (3.40), il reste à choisir une dernière quadrature pour l’intégration sphérique. De nombreux travaux traitent de ce sujet récurrent et certaines solutions sont couramment utilisées dans divers domaines des mathématiques appliquées [46]. Pour la SCSD, les quadratures de GaussLegendre ont été préférées aux grilles de Fibonacci [41], ou encore aux sphères de Lebedev [60]. Quadrature de Gauss-Legendre sur la sphère unité S 2 : Pour un entier Na donné, les angles azimutaux (θi)i∈[1,2Na] sont choisis dans {0, π Na , ..., 2π − π Na }, tandis que les angles d’élévations (φj )j∈[1,Na] sont tels que cos(φj ) appartient aux zéros du Nième a polynôme de Legendre PNa . Une grille sphérique (si,j )i×j∈[1,Ns] de dimension Ns = 2N2 a peut alors être générée en (θ, φ), associée aux poids d’intégrations ωs. Cette quadrature intègre exactement toutes les harmoniques sphériques Y m l (1.2) de degré inférieur ou égal à 2Na − 1, mais discrétise la sphère par pas régulier en azimut, ce qui créé une concentration de points élevée aux pôles. En pratique, la quadrature de Gauss-Legendre dans l’approximation (3.40) est telle que Na doit être au moins proportionnel à la plus grande distance évaluée sous l’intégrale, c’est-à-dire : Na ∝ kρn max(|x − y|) ⇒ Ns ∝ (ρnRmax) 2 . (3.41) L’approximation (3.40) conduit alors à : G(x, y) ≈ k (4π) 2 N X +1 n=0 αnρn X Ns s ωse ikρns·x e −ikρns·y . Puis, pour tout l dans [1, Nξ] tel que Nξ = PN+1 n=0 Ns, en posant : ξl = kρns dans R 3 et ωl = kαnρnωs (4π) 2 dans R, (3.42) 117Figure 3.12 – Représentation du nombre total de points Nξ d’une quadrature SCSD, pour le noyau de Helmholtz (3.43). (Haut) Rmin dans [2, 3] et Rmax = 150, pour une précision relative fixée à 10−3 . (Milieu) Rmin = 3 et Rmax dans [10, 250], pour une précision relative fixée à 10−3 . (Bas) [Rmin, Rmax] = [3, 50] pour une précision relative dans [10−12 , 10−2 ]. 118la version discrète de la séparation des variables SCSD peut être établie : G(x, y) ≈ X Nξ l=1 ωle iξl ·x e −iξl ·y . (3.43) De plus, d’après les relations (3.37) et (3.41) : Ns ∝  Rmax Rmin + Rmax (2n + 1)2 . Dès lors, à partir de la conjecture (3.39) sur N, Nξ peut être estimé par une majoration de la somme des carrés impairs pour Rmax  Rmin : Nξ = N X +1 n=0 Ns ∝ Rmax Rmin | log()| 3 . (3.44) La figure 3.12 vient confirmer ce résultat, par l’apparente linéarité des fonctions représentées. La séparation des variables de la SCSD est donc logarithmique en erreur et le nombre de points total est simplement fonction du rapport des extremums Rmax sur Rmin, élevé au cube. Pour terminer, la quadrature en ξ (3.43) est directement injectée dans le produit de convolution initial (3.27) : Gf (xp) ≈ X Ny q=1 f(yq)   X Nξ l=1 ωle iξl ·xp e −iξl ·yq   , pour aboutir au calcul rapide par SCSD : Gf (xp) ≈ X Nξ l=1 e iξl ·xp   X Ny q=1 e −iξl ·yq f(yq)   ωl . (3.45) Ce résultat, fondateur de la méthode de Décomposition Creuse en Sinus Cardinal, est le pendant discret du théorème d’addition de Gegenbauer (3.26), qui conduit à la séparation des variables en FMM. En comparaison, cette formulation est bien moins complexe et le calcul des sommes du type : Xn q=0 e ±iap·bq h(bq) avec (ap, bq) ∈ R 3 , peut être réalisé par transformée de Fourier 3D rapide, non uniforme en espace/fréquence. Cet algorithme, plus connu sous le nom de Type-III Non Uniform Fast Fourier Transform (NUFFT), est notamment utilisé en traitement d’image et propose une complexité quasi-linéaire N log N (e.g. [24], [36], [61]). Un calcul de produit matrice-vecteur en SCSD (3.45) se résume donc à : 1191. Passer du domaine spatial (en y) vers le domaine de Fourier (en ξ), par NUFFT directe de type-III ; 2. Multiplier le résultat obtenu par les poids ωl , liés aux quadratures de la SCSD ; 3. Retourner dans l’espace (en x) par NUFFT inverse de type-III. In fine, comme le produit matrice-vecteur (3.27) est issu d’une convolution spatiale entre le noyau de Green G(x, y) et la fonction régulière f(y) (eq. 3.7), la SCSD reflète simplement l’idée qu’une telle convolution se traduit en domaine de Fourier par un produit. Toute l’originalité de la méthode ré- side finalement dans l’efficacité et la robustesse de la quadrature monodimensionnelle (3.34). 3.3.4 Extension vers Laplace (et plus si affinités...) Avant de poursuivre vers des résultats applicatifs, une légère digression mérite d’être faite pour les problèmes de Laplace, qui interviennent dans de nombreux domaines de la physique (Électrostatique, Magnétostatique, Gravitation, etc.). Introduite par l’équation : −∆u = f, avec f régulière sur R 3 , la solution générale d’un problème de Laplace est formée par interactions Coulombiennes : u(x) = ELap ? f(x) = Z R3 f(y) 4π|x − y| dy, dont la version discrète s’écrit : u(xp) = X Ny q=1 1 4π|xp − yq| f(yq). (3.46) Sensiblement proche des interactions helmholtziennes (3.27), seules les oscillations liées à l’exponentielle complexe n’apparaissent plus dans ce nouveau noyau de Green. Or, le problème mono-dimensionnel a été résolu à la fois pour la quadrature du cosinus (3.34) et pour celle de l’unité (3.36). En effet, les résultats précédents montrent bien que l’unité peut être approchée comme une somme pondérée de sinus, pour une précision donnée sur un intervalle [Rmin, Rmax]. Par conséquent, suivant le même raisonnement, les grandes étapes de la Dé- composition Creuse en Sinus Cardinal du noyau de Laplace sont données 120Figure 3.13 – Représentation du nombre total de points N0 ξ d’une quadrature CSD, pour le noyau de Laplace (3.48). (Haut) Rmin dans [2, 3] et Rmax = 150, pour une précision relative fixée à 10−3 . (Milieu) Rmin = 3 et Rmax dans [10, 250], pour une précision relative fixée à 10−3 . (Bas) [Rmin, Rmax] = [3, 50] pour une précision relative dans [10−12 , 10−2 ]. 121par : 1 4π|xp − yq| ≈ X N n=0 βn sin(ρn|xp − yq|) 4π|xp − yq| , ≈ 1 (4π) 2 X N n=0 βnρn Z S2 e iρns·xp e −iρns·yq ds, ≈ 1 (4π) 2 Nξ X0 l=1 ω 0 l e iξ0 l ·xp e −iξ0 l ·yq , avec ξ 0 l et ω 0 l similaires à ξl et ωl dans (3.42) : ξ 0 l = ρns dans R 3 et ω 0 l = βnρnωs (4π) 2 dans R. (3.47) Ce résultat offre donc une séparation des variables identique à l’équation (3.45) : u(xp) ≈ N0 X ξ l=1 e iξ0 l ·xp   X Ny q=1 e −iξ0 l ·yq f(yq)   ω 0 l , (3.48) où chaque somme peut être calculée rapidement par NUFFT de type III. L’étude détaillée des quadratures du noyau de Laplace n’est pas présentée ici, mais la figure 3.13 montre bien que la loi sur Nξ, établie pour Helmholtz (eq. 3.44), semble toujours vérifiée pour Laplace. De plus, l’article [5] disponible en annexe propose une revue théorique de la SCSD pour Laplace, étendue ensuite sur Helmholtz. Cet article fait donc office de référence en la matière et n’est donc pas repris dans ce manuscrit. Il est donc fondamental de remarquer qu’une même méthode générique peut-être appliquée à deux noyaux distincts, en vue de calculer rapidement des interactions ponctuelles, oscillantes ou non. Cette constatation s’étend aux noyaux de Stokes ou Maxwell, respectivement dérivés des noyaux de Laplace et d’Helmholtz, ou plus largement encore à tous noyaux de Green exprimés en domaine de Fourier. Par conséquent, la SCSD est intrinsèquement multi-physique, contrairement à la FMM, qui nécessite des développements propres à chaque noyau. À elle seule, cette remarque peut justifier l’intérêt des recherches effectuées sur cette nouvelle méthode. 1223.4 Comparaisons et performances Comme les produits de convolution par les noyaux de Green pour Helmholtz (3.27) et Laplace (3.46) sont tous deux définis par : Gp = X N q=1 G(xp, xq)fq ∀p ∈ [1, N], (3.49) un nuage de N points x est défini dans R 3 , associé à un vecteur (fq)q∈[1,N] de valeurs aléatoires complexes. Une routine Matlab a été programmée pour comparer l’évaluation du produit Gp (3.49) par différentes méthodes, dont la SCSD. Ce code n’est pas un solveur d’équations intégrales, mais un outil de validation analytique. La machine utilisée pour l’ensemble des tests de cette section est un PC portable disposant de 8 GO de mémoire vive et d’un processeur à 8 cœurs cadencés à 1.6 GHz. 3.4.1 Méthodologie En premier lieu, le nuage de N points x dans R 3 est créé suivant trois répartitions : – Aléatoire dans une boule ; – Aléatoire dans un cube ; – Uniforme sur une sphère. Chacune de ces répartitions est centrée en zéro, de sorte à maximiser par symétrie l’efficacité de la méthode SCSD. Pour assurer un régime fréquentiel adapté aux méthodes approchées, une normalisation sur la position des points x est effectuée : la plus grande distance au sein du nuage est imposée telle que Rmax = √3 N et le nombre d’onde k, intervenant dans le noyau de Green de Helmholtz (3.6), est fixé à 1. Une fois le domaine de calcul établi, la SCSD a été programmée en neuf grandes étapes, tirées des formulations du produit de convolution (3.49) pour Helmholtz (3.45) et Laplace (3.48) : 1. Quadrature hybride de l’unité ou du cosinus pour les interactions lointaines dans [Rmin, Rmax] ; 2. Quadrature des sphères d’intégrations et construction du domaine de Fourier en (ξl)l∈[1,Nξ] associé aux poids (ωl)l∈[1,Nξ] ; 3. NUFFT type-III directe de l’espace (xq)q∈[1,N] vers les fréquences (ξl)l∈[1,Nξ] , appliquée sur (fq)q∈[1,N] ; 4. Pondération du résultat précédent par les poids de quadrature (ωl)l∈[1,Nξ] ; 1235. NUFFT type-III inverse des fréquences (ξl)l∈[1,Nξ] vers l’espace (xp)p∈[1,N] , appliquée sur le résultat pondéré ; 6. Recherche des interactions proches, définies par |xp − xq| ≤ Rmin ; 7. Calcul du noyau de Green pour les interactions proches ; 8. Calcul de la partie réelle de la quadrature SCSD pour les interactions proches, inexacte, mais régulière sur [0, Rmin] ; 9. Addition des résultats issus des interactions proches et lointaines, puis soustraction des évaluations inexactes SCSD. Cet algorithme permet une implémentation vectorielle relativement simple. Aussi, toutes les routines ont été écrites nativement en Matlab, à l’exception de la NUFFT qui dispose de nombreuses versions .mex en accès libre sur internet (e.g. [93], [94], [95], [96], etc.). Après quelques tests comparatifs, celle proposée par L. Greengard [95] a été choisie, notamment pour sa rapidité, sa précision et sa simplicité d’utilisation. Pour valider les résultats issus de la SCSD, deux autres méthodes ont servi de référence au calcul du produit de convolution (3.49) : – La méthode directe, notée DM (exacte, complexité quadratique) ; – La méthode multipolaire rapide FMM (approchée, complexité quasilinéaire). Les deux routines utilisées sont issues d’une autre librairie Fortran écrite par L. Greengard, toujours interfacée Matlab, mais dédiée cette fois au calcul intégral [88]. Étant donné que L. Greengard est un pionnier de la FMM, les comparaisons avec cette librairie ont semblé toutes naturelles. Pour s’assurer du bon réglage de ces outils, la précision machine a été vérifiée sur des petits cas (N < 10000), en comparant les méthodes directe et rapide proposées par L. Greengard, avec un produit de convolution écrit nativement en Matlab. Afin d’être le plus objectif possible, le multi-threading a été désactivé pour les exécutions Matlab (options ’-singleCompThread’ au démarrage) et pour les bibliothèques externes (re-compilées sans OpenMP). Seul le parallélisme du calcul direct de la méthode exacte en Fortran a été conservé, afin de minimiser l’impact de la complexité quadratique sur les temps de calcul. 3.4.2 Résultats La figure 3.14 compare les temps de calcul de la convolution avec le noyau de Laplace, en fonction du nombre N de points dans l’espace. La précision des méthodes relatives est fixée à 10−3 et Rmin est fixé à 1. Tout d’abord, il apparaît que la méthode directe présente bien des temps de calcul supérieurs, ce qui est attendu. Ensuite, les temps d’assemblage FMM et SCSD sont 124Figure 3.14 – Temps totaux comparatifs pour la convolution (3.49) du noyau de Laplace, en fonction du nombre N de points x en interactions dans R 3 . La précision relative des méthodes approchées est fixée à 10−3 et Rmin = 1 pour la SCSD. 125comparables sur une boule, alors que la FMM est légèrement plus rapide pour le cube et bien plus rapide pour la sphère. Ceci peut s’expliquer par les fondements même de chaque méthode : – La SCSD est optimale pour les répartitions volumiques dans une boule. En effet, sa complexité est fonction de la quadrature en domaine de Fourier, dont le nombre de points Nξ est, dans ce cas, très proche de N (eq. 3.44 avec Rmin = 1 et Rmax = √3 N) ; – La FMM est plus adaptée aux répartitions volumiques dans un cube, de par le découpage de l’espace en octree. De plus, quelle que soit la répartition spatiale, sa complexité reste N log N. C’est pourquoi le cas sphérique n’est pas plus difficile en FMM. Par ailleurs, toutes les erreurs relatives finales obtenues entre méthode directe, FMM et SCSD sont de l’ordre de grandeur de la précision souhaitée (dans ce cas ≈ 10−3 ). Enfin, autant la pente de la méthode directe montre bien une complexité plus grande que les méthodes approchées, autant la SCSD et la FMM présentent la même linéarité, malgré quelques accrocs numériques inexpliqués. Ceci laisse penser que la complexité empirique de la SCSD pourrait être du même ordre que celle de la FMM, de mille à un million de points en interactions (soit mille milliards d’interactions calculées). De plus, en pré-calculant les interactions proches lors de calculs itératifs, le produit matrice-vecteur résultant (SCSD - MV, fig. 3.14) est quant à lui tout à fait compétitif avec la FMM. La figure 3.15 présente les mêmes courbes que la figure 3.14, mais pour une convolution avec le noyau oscillant de Helmholtz. La précision des méthodes relatives est toujours fixée à 10−3 , et Rmin à 1. Quelle que soit la répartition spatiale de x dans R 3 , il apparaît cette fois que la méthode SCSD est la plus rapide. De plus, les pentes des courbes des méthodes approchées montrent toujours une complexité empirique équivalente. Enfin, le pré-calcul des parties proches lors de résolutions itératives offre un produit matrice-vecteur particulièrement rapide. Pour terminer, la figure 3.16 donne les temps de calculs pour les convolutions de Laplace et Helmholtz sur une sphère, avec une précision fixée à 10−6 . Pour réaliser des calculs SCSD en accord avec la loi (3.44), Rmin a été augmenté et fixé arbitrairement à 3. Il apparaît de nouveau une grande similitude pour les divers temps de résolution, malgré une précision relative mille fois supérieure. Par conséquent, la SCSD montre en outre une certaine robustesse à la précision, comparable à celle de la FMM. En conclusion, la SCSD semble tout à fait comparable à la FMM, tant en terme de complexité que de précision. La plupart des résultats présentés a d’ailleurs été démontrée dans un article rédigé en parallèle de ce manuscrit, ce qui a permis de valider et maîtriser pleinement cette approche [5]. De plus, 126Figure 3.15 – Temps totaux comparatifs pour la convolution (3.49) du noyau de Helmholtz, en fonction du nombre N de points x en interactions dans R 3 . La précision relative des méthodes approchées est fixée à 10−3 et Rmin = 1 pour la SCSD. 127Figure 3.16 – Temps totaux comparatifs pour la convolution (3.49) des noyaux de Laplace (Haut) et Helmholtz (Bas), en fonction du nombre N de points x en interactions dans R 3 . La précision relative des méthodes approchées est fixée à 10−6 et Rmin = 3 pour la SCSD. 128de nombreuses optimisations mathématiques et algorithmiques sont encore envisageables (et envisagées) pour chacune des étapes de cette méthode (pré- calculs, parallélismes, amélioration des quadratures, etc.), ouvrant un large pan de recherche pour de futurs travaux. Par ailleurs, comme le même code Matlab a été utilisé pour calculer les produits de convolution (3.49) pour Laplace (3.48) et Helmholtz (3.45), ces optimisations impacteront directement toutes les physiques compatibles (gravitation, acoustique, électromagnétisme, mécanique des fluides, etc). C’est pourquoi cette méthode a d’ores et déjà été implémentée avec succès dans un moteur de calcul d’équations intégrales pour l’acoustique, présenté dans le dernier chapitre de ce manuscrit. 129130Chapitre 4 Moteur intégral MyBEM Une fois la SCSD validée pour le calcul des interactions au sein d’un nuage de points, elle fut aussitôt implémentée dans une nouvelle routine Matlab, qui assemble par collocation les opérateurs sphériques de simple couche (3.18) et de double couche (3.19). En estimant les interactions lointaines par le produit matrice-vecteur (3.45), des solutions tirées d’une résolution itérative sont obtenues, pour des problèmes de diffraction de 1 000 à 50 000 inconnues. Ces résultats furent alors confrontés aux solutions analytiques du rayonnement sphérique, avec succès. Ce principe montra de bonnes performances, mais il n’était pas possible d’aller plus loin sans une approximation de Galerkin bien établie. Il fut donc décidé d’implémenter la SCSD dans un vrai moteur de calcul intégral en éléments finis P 1 (MyBEM), dont le prototype est présenté dans ce dernier chapitre. Ce moteur a été développé en collaboration avec François Alouges à partir d’une librairie Matlab dont il est l’auteur, initialement conçue pour l’enseignement des éléments finis 2D. Ce co-développement a permis d’en étendre rapidement et très significativement la portée. 4.1 Présentation MyBEM est une librairie de calcul intégral par éléments finis de frontières, appliquée à l’acoustique tri-dimensionnelle et nativement écrite en langage Matlab. De nombreux services connexes y ont été associés, comme la gestion de maillage, le pré/post-traitement de données et la visualisation de résultats. De prime abord, le choix d’une implémentation Matlab peut surprendre au regard des performances exigibles en calcul numérique, mais cette plateforme fut initialement adoptée pour assurer un prototypage rapide et efficace. Au final, il aura fallu moins d’une année pour aboutir à la version présentée dans ce manuscrit. Par ailleurs, une vectorisation drastique de 131Figure 4.1 – MyUI, interface graphique de MyBEM, prototype Matlab pour le calcul intégral en acoustique tridimensionelle. 132l’ensemble des opérations a été effectuée, ceci afin d’assurer des performances comparables à celles obtenues par des langages de plus bas niveau. Enfin, la Parallel Computing Toolbox proposée par Mathwork a définitivement scellé ce choix, puisque les calculs les plus gourmands ont pu bénéficier d’un multithreading efficace, au prix d’un effort de développement réellement modique (remplacer les boucles "for" par "parfor"). En pratique, les temps de calcul sont en moyenne divisés par cinq sur une machine comptant huit cœurs. MyBEM est programmé dans une logique objet et les fonctions membres comme les attributs sont accessibles par appels directs, ou par interface graphique dédiée à l’utilisateur (MyUI, fig. 4.1). L’ensemble des données et des traitements est inclu dans six objets distincts, relatifs aux différentes étapes intervenant dans la résolution d’une formulation intégrale : 1. Mesh : Contient l’ensemble des données sur maillages, ainsi que les routines de lecture de fichiers .vtk, .ply, .mat, .mesh, etc. Toutes les données utiles (arêtes, normales, tangentes, surfaces, etc.) sont calculées par MyBEM, à partir des nœuds et des éléments. 2. Mef : Contient l’ensemble des données relatives à l’espace d’éléments finis des méthodes de Galerkin (degrés de liberté, fonctions de bases, formules d’intégrations, matrices d’intégrations de Gauss, etc.). Ces données sont automatiquement générées à partir des maillages et ne nécessitent, a priori, aucune intervention de la part de l’utilisateur. Dans sa version actuelle, MyBEM se limite aux formulations P 1 , avec les inconnues aux nœuds de mailles triangulaires. Des travaux sont en cours pour ajouter d’autres éléments finis. 3. Opr : Contient l’ensemble des données relatives aux opérateurs inté- graux usuels (eq. 3.16 à 3.23), ainsi que les différentes méthodes pour les assembler. En effet, MyBEM propose non seulement une construction matricielle classique par évaluation exacte des noyaux de Green, mais aussi des assemblages FMM et SCSD de produits matrices-vecteurs approchés (3.27). Dans tous les cas, les opérateurs sont construits à partir des interactions entre les points de Gauss des éléments finis, puis intégrés pour former le système final aux degrés de liberté. Par ailleurs, pour limiter les erreurs dues aux singularités, les intégrations proches sont régularisées analytiquement [77]. 4. Sol : Contient l’ensemble des données relatives à la modélisation mathé- matique du problème de diffraction, ainsi qu’à sa résolution. Les fonctions membres permettent à l’utilisateur de définir les sources [ondes planes (3.3) ou ondes sphériques (3.4)], les conditions de bord [Dirichlet (3.13) ou Neumann (3.14)] et le prolongement de la trace. Le système linéaire correspondant est ensuite établi, puis résolu de ma- 133nière directe ou itérative selon la méthode d’assemblage choisie pour former les opérateurs. De plus, pour accélérer les résolutions itératives, des préconditionneurs issus des identités de Calderón (3.12) sont couplés à la décomposition LU des interactions proches (e.g. [54], [79]). Les solutions alors obtenues sont rendues en saut, pour conserver le cadre généraliste des formulations indirectes. 5. Rad : Contient l’ensemble des services de post-traitement des résultats, notamment de rayonnement dans l’espace. Par exemple, des solutions peuvent être calculées sur le maillage surfacique initial, mais aussi sur un maillage volumique quelconque fourni par l’utilisateur, ainsi que dans toutes les directions d’un rayonnement infinitésimal. 6. Draw : Contient l’ensemble des outils de visualisation graphique, en domaine fréquentiel et temporel. Parmi l’ensemble des traitements proposés par MyBEM, trois librairies externes interfacées avec Matlab ont été utilisées : – FMM : Librairie Fortran de L. Greengard [88], pour le calcul de produits matrices-vecteurs approchés. La routine d’interaction ponctuelle hfmm3dpart de L. Greengard est couplée aux matrices d’intégrations de Galerkin calculées par MyBEM pour obtenir une formulation éléments finis P 1 . Cette librairie est utilisable pour les maillages conséquents, lorsque l’assemblage matriciel des opérateurs n’est plus envisageable. Elle est nativement parallèle. – NUFFT : Librairie Fortran de L. Greengard [95], pour le calcul de transformées de Fourier non uniformes, de une à trois dimensions. La routine nufft3d3 intervient dans la SCSD. Bien que déjà très performante, elle est néanmoins non parallèle, ce qui impacte les temps de calcul lors des résolutions itératives. De plus, de nombreux pré- calculs pourrait être réalisés, toujours en vue de minimiser les temps de chaque itération. C’est pourquoi le développement d’une nouvelle librairie NUFFT est actuellement envisagé. – OpenTSTOOL : Librairie C++ de C. Merkwirth [98], pour le calcul rapide de distances au sein d’un nuage de points. La routine range_ search est utilisée par la SCSD pour rechercher et calculer les interactions ponctuelles dont la distance est inférieure au rayon Rmin. Cette librairie n’est pas parallèle, mais son usage est très localisé donc peu impactant. Par ailleurs, la fonction rangeSearch est aussi proposée par MathWorks dans la Statistics Toolbox, mais celle-ci n’était pas à disposition lors de la création de MyBEM. 134Avant de clore cette brève présentation, il n’est pas inutile de préciser que l’interface graphique MyUI (fig. 4.1) interagit par callback avec chacune de ces structures. C’est pourquoi, les différentes étapes de résolution liées à ces objets ont été identifiées par couleurs : en bleu la gestion de maillage, en jaune la création des opérateurs, en rouge la résolution du problème et en vert le post-traitement. Seuls les éléments finis ne sont pas visibles, puisque leur paramétrisation n’est pas nécessaire et requiert une certaine expertise. 4.2 Validations Un protocole de validation analytique de la librairie MyBEM a été mis en place dès l’obtention des premiers résultats numériques. Celui-ci permet d’assurer le bien-fondé des solutions obtenues, ainsi qu’une assurance de nonrégression lors des fréquentes mises à jour. Lors de ces tests, les divers temps de calcul sont aussi comparés, ce qui permet l’élaboration d’algorithmes toujours plus rapides, avec une précision maîtrisée. Par ailleurs, des résultats similaires sont discutés dans [22] et peuvent être confrontés à ceux présentés ici. Enfin, tous les résultats de cette section ont été calculés sur une machine disposant de 8 cœurs cadencés à 3.3 Ghz, de 128 Go de mémoire vive et de la version R2013a de Matlab. Lorsqu’une onde plane (3.3) est diffractée par une sphère, des solutions explicites peuvent être calculées analytiquement à l’aide d’une décomposition en harmoniques sphériques [23]. En effet, pour des conditions de Dirichlet au bord de la sphère (3.13), le système :    −(∆u + k 2u) = 0 dans Ω e , u = uD = −e −ik·x sur S 2 , r (∂ru + iku) → 0 quand r → +∞, possède des solutions analytiques, données en coordonnées sphériques par : uref (r, θ, φ) = X∞ n=0 i n (2n + 1)κnh (2) n (kr)Pn(cos(γ)). (4.1) γ représente l’angle d’incidence avec la direction k de l’onde plane et la constante κn est définie par : κn = − jn(k) h (2) n (k) , (4.2) 135Figure 4.2 – Champ total issu de la diffraction d’une onde plane par une sphère unité, à la fréquence f = 300 Hz. Représentation en décibel (20 log |u|). (Haut) Solutions analytiques. (Bas) Solutions numériques calculées par MyBEM, pour une sphère à 1000 inconnues. (Gauche) Problème de Dirichlet. (Droite) Problème de Neumann. 136avec jn la fonction de Bessel sphérique et h (2) n la fonction de Hankel sphérique de seconde espèce. Cette solution décrit exactement l’évolution du champ diffracté pour tout r ≥ 1 et la série converge suffisamment rapidement pour être estimée avec une bonne précision. Par ailleurs, pour un problème de Neumann, le système :    −(∆u + k 2u) = 0 dans Ω e , ∂nu = uN = −∂ne −ik·x sur S 2 , r (∂ru + iku) → 0 quand r → +∞, a pour solution (4.1), avec une nouvelle constante κn : κn = − j 0 n (k) h (2)0 n (k) . (4.3) À titre d’exemple, des solutions analytiques de problèmes de diffraction sphé- riques de Dirichlet et Neumann ont été représentées en haut de la figure 4.2 (respectivement à gauche et à droite). Des solutions numériques issues de MyBEM, sur un maillage de sphère à 1000 inconnues, sont quant à elles visibles en bas de cette même figure. Toutes ces représentations sont données en décibel (20 log |u|). Même si les résultats concordent à première vue, la décroissance du rayonnement en 1 r complique l’utilisation d’une mesure objective de l’erreur commise dans l’espace. C’est pourquoi la solution en champ lointain, indépendante de la distance r, a été préférentiellement choisie : u ∞ ref (θ, φ) = i k X∞ n=0 (−1)n (2n + 1)κnPn(cos(γ)). (4.4) Comme cette solution est symétrique par rapport à l’incidence k, l’évaluation pour γ dans [0, 2π] est suffisante, voire préférable pour la lisibilité des résultats. Par ailleurs, l’équivalent numérique de (4.4), noté u ∞, est donné par le rayonnement des potentiels de champ lointain (3.22) et (3.23). Ce rayonnement a donc été ajouté dans les fonctionnalités proposées par MyBEM, avec une évaluation rapide par NUFFT type-III. L’analyse des résultats est réalisée à la fois par superposition graphique des deux solutions et par l’intermédiaire des normes quadratiques et infinies du rapport signal sur bruit 137(Signal/ Noise Ratio), définies par : SNR2 = vuuut 1 Nγ X γi∈[1,Nγ] 20 log 10      u∞(γi) u∞ ref (γi)      !2 , (4.5) SNR∞ = max γi∈[1,Nγ]      20 log 10      u ∞(γi) u∞ ref (γi)      !     . (4.6) Les résultats de validation présentés dans les différents tableaux de la figure 4.3 ont été obtenus en utilisant les formulations Brackage-Warner des problèmes de Dirichlet et Neumann préconditionnés. Ce choix découle essentiellement de la forme bien posée issue du prolongement de Robin, qui assure l’existence et l’unicité de la solution quelque soit la fréquence. Les différentes méthodes d’assemblage proposées dans MyBEM sont comparées (BEM, FMM et SCSD), en précision (SNR2 et SNR∞), mais aussi en temps d’assemblage des parties proches (tpsP ) et temps de résolution (tpsR). Le nombre d’itérations des résolutions approchées est précisé (Niter), ce qui donne une estimation du temps passé dans un produit matrice-vecteur. Pour tous les problèmes étudiés, les sphères unités sont maillées à l’aide de grilles uniformes de Fibonacci, de 103 à 106 points. Étant donné que MyBEM est programmé en formulation variationnelle approchée par éléments finis de frontière P 1 , les N inconnues correspondent exactement aux sommets du maillage. Par ailleurs, comme 3 points de Gauss ont été utilisés par élé- ments, le calcul des interactions ponctuelles pour l’assemblage des différents opérateurs a donc lieu entre les 6N points de gauss. De plus, pour qu’une longueur d’onde soit représentée au minimum par 6 inconnues, la fréquence f a été ajustée pour chaque grille, en fonction de la taille de la plus grande arête amax (kamax ≈ 1). Enfin, la précision des méthodes approchées a été fixée à 10−3 , au même titre que celle du solveur GMRES [76] utilisé pour les résolutions itératives de la FMM et de la SCSD. En complément de ces données, les figure 4.4 et 4.5 offrent une représentation graphique des rayonnements analytiques u ∞ ref , superposés aux solutions numériques u ∞ obtenues par SCSD. Il apparaît d’une part que les rapports signal sur bruit (SNR) sont stables, et montrent une grande précision pour tous les résultats. En effet, l’écart entre les solutions numériques et analytiques sont de l’ordre de 10−2 dB en norme quadratique et 10−1 dB en norme infinie. Ces performances se retrouvent dans les représentations graphiques des figures 4.4 et 4.5, puisque les solutions numériques et analytiques sont trait sur trait, en échelle logarithmique (dB). Les temps de calcul totaux, somme des temps d’assemblage des parties proches tpsP et des temps de résolution tpsR, sont 138DIRICHLET BEM FMM SCSD N f (Hz) krmax SNR2 SNR∞ SNR2 SNR∞ SNR2 SNR∞ 103 300 5 0.017 0.032 0.033 0.067 0.016 0.032 104 1000 19 0.002 0.008 0.017 0.060 0.009 0.024 105 3200 118 - - 0.011 0.039 0.019 0.073 106 10000 368 - - 0.021 0.120 0.014 0.090 NEUMANN BEM FMM SCSD N f (Hz) krmax SNR2 SNR∞ SNR2 SNR∞ SNR2 SNR∞ 103 300 5 0.050 0.161 0.052 0.159 0.047 0.158 104 1000 19 0.021 0.134 0.026 0.201 0.019 0.179 105 3200 118 - - 0.015 0.093 0.017 0.110 106 10000 368 - - 0.025 0.214 0.013 0.061 DIRICHLET BEM FMM SCSD N f (Hz) krmax tpsP tpsR tpsP tpsR Niter tpsP tpsR Niter 103 300 5 1.78 0.13 0.74 1.02 5 0.96 0.71 5 104 1000 19 140 22.4 3.21 12.5 7 4.49 3.58 7 105 3200 118 - - 23.4 174 9 56.7 39.1 9 106 10000 368 - - 235 2460 12 782 618 12 NEUMANN BEM FMM SCSD N f (Hz) krmax tpsP tpsR tpsP tpsR Niter tpsP tpsR Niter 103 300 5 1.78 0.13 0.74 2.83 5 0.96 0.84 5 104 1000 19 140 24.2 3.21 34.8 6 4.49 4.59 6 105 3200 118 - - 23.4 479 7 56.7 47.0 7 106 10000 368 - - 235 6324 9 782 740 9 Figure 4.3 – Tableaux comparatifs de la précision et des temps de calculs de MyBEM pour un problème de diffraction sphérique de 103 à 106 inconnues. Tous les temps sont donnés en secondes et les SNR sont données en décibel (20 log |u|). 139Figure 4.4 – Représentations en décibel des diagrammes de rayonnement en champs lointains des solutions analytiques (u ∞ ref ) et numériques, obtenues par MyBEM en SCSD (u ∞ SCSD). (Gauche) Problèmes de Dirichlet. (Droite) Problèmes de Neumann. 140Figure 4.5 – Représentations en décibel des diagrammes de rayonnement en champs lointains des solutions analytiques (u ∞ ref ) et numériques, obtenues par MyBEM en SCSD (u ∞ SCSD). (Haut) Problèmes de Dirichlet. (Bas) Problèmes de Neumann. 141favorables à la méthode SCSD. En effet, bien qu’assez performante dans son assemblage, la BEM ne peut pas résoudre des problèmes d’une taille supérieure à 25 000 inconnues, puisque le stockage mémoire des opérateurs explose de façon quadratique. D’autre part, la FMM est globalement moins rapide que la SCSD, à précision équivalente. Néanmoins, ces résultats sont à nuancer par les nombreuses différences intrinsèques aux deux algorithmes (niveau de langage, parallélisme de la FMM mais pas des NUFFT, accessibilité aux différentes étapes de construction, etc.), qui rendent hasardeuse toute conclusion objective. De nouvelles études sont donc à prévoir, ainsi que divers benchmark, mais il apparaît déjà que MyBEM, l’interface FMM de L. Greengard et la nouvelle méthode rapide SCSD semblent prometteurs pour réaliser du calcul intégral haute performance sous Matlab. 4.3 Applications au calcul de HRTF La validité des calculs de la librairie intégrale MyBEM étant désormais établie, des exemples d’applications plus concrètes sont présentés dans cette dernière section. Pour ne pas s’écarter du but initial, des simulations sur des maillages de têtes et d’oreilles ont été effectués. Néanmoins, par manque de temps, la construction d’une HRTF complète n’a pas encore été réalisée et fera l’objet de travaux futurs, en vue d’une confrontation finale aux mesures réelles. Dans un premier temps, des maillages de calcul ont été générés en trois étapes (fig. 4.6). Tout d’abord, un maillage initial d’une tête artificielle Neumann KU100 [91] a été réalisé par balayage optique, à l’aide de la Kinect [90] et du kit de développement Microsoft. Ce maillage n’étant pas utilisable en l’état (trous, intersections d’éléments, abérations géométriques, etc.), l’oreille gauche en a été extraite. Ensuite, un maillage paramétrique de "tête" a été créé sous Matlab, à partir d’une grille sphérique de Fibonacci, déformée en ovoïde. Pour finir, les deux maillages ont été fusionnés sous Matlab, puis corrigés et rééchantillonnés à l’aide d’outils comme MeshLab [92], Remesh [97], VTK [99], etc. Trois maillages de tête ont ainsi été générés, comptant respectivement 4 000, 15 000 et 50 000 sommets, pour des fréquences optimales de 5 000, 10 000 et 20 000 Hz. En complément, l’oreille tirée du maillage initial a été fermée par un demi-ovoïde, pour disposer d’un maillage d’étude de petite taille, fonctionnel sur toute la bande de fréquence audible. Ce dernier maillage ne comte que 6 000 sommets, ce qui autorise l’assemblage BEM exact avec résolution directe. À partir de ces maillages, une première application de MyBEM a consisté à calculer des modes de résonance du pavillon auditif, notamment pour tes- 142Figure 4.6 – Balayage de la tête artificielle Neumann KU100 par mesures optiques Kinect, et création de maillages de calcul. (Haut) Système de mesure de la tête Neumann et tête de Timothée. (Bas, gauche) Maillage obtenu avec le kit de développement Microsoft. (Bas, droite) Maillage final par fusion de l’oreille gauche sur un ovoïde. 143Figure 4.7 – (Gauche) Excitation par onde plane de l’oreille fermée. (Droite) Modes de résonances du pavillon obtenus par BEM. (Haut) 5 000 Hz. (Milieu) 10 000 Hz. (Bas) 20 000 Hz. 144Figure 4.8 – (Gauche) Modes de résonances du pavillon obtenus par FMM. (Droite) Modes obtenus par SCSD. (Haut) 5 000 Hz. (Milieu) 10 000 Hz. (Bas) 20 000 Hz. 145Figure 4.9 – Modes de résonance du pavillon avec diffraction par une tête ovoïdale. (Gauche) Assemblage BEM et FMM en bas. (Droite) Assemblage SCSD uniquement. (Haut) 5 000 Hz. (Milieu) 10 000 Hz. (Bas) 20 000 Hz. 146ter les trois méthodes d’assemblage (BEM, FMM et SCSD) sur un cas concret difficile. Pour chaque fréquence (5 000, 10 000 et 20 000 Hz), le problème de Neumann homogène a été résolu, modélisant mathématiquement la rigidité de la peau [50]. Les formulations en Brackage-Werner ont été choisies pour assurer l’existence et l’unicité de la solution, préconditionnées par identités de Calderón et décomposition LU, et toutes les précisions ont été fixée à 10−3 . Les solutions sont représentées sur les figures 4.7, 4.8 et 4.9, en décibel (20 log |u|), avec les temps suivants : OREILLE BEM FMM SCSD f (Hz) tpsP tpsR tpsP tpsR Niter tpsP tpsR Niter 5 000 58.0 7.10 2.34 41.6 14 5.75 5.80 14 10 000 56.5 7.26 2.42 44.7 15 5.95 5.55 15 20 000 57.2 7.07 2.36 52.4 17 5.73 6.17 17 TÊTE BEM FMM SCSD f (Hz) tpsP tpsR tpsP tpsR Niter tpsP tpsR Niter 5 000 19.6 2.45 1.84 17.5 8 5.00 2.49 8 10 000 454 77.8 5.28 101 12 15.4 10.9 12 20 000 - - 14.8 434 18 46.8 50.2 18 D’une part, pour un cas non trivial (résonances dans plusieurs cavités de tailles diverses), la concordance entre toutes ces figures montre bien que l’ensemble des méthodes d’assemblage implémentées dans MyBEM donnent des résultats tout à fait comparables. En considérant la BEM comme la référence (assemblage et résolution exacte), les méthodes approchées semblent donc relativement robustes. D’autre part, la SCSD montre des temps totaux plus rapides que les deux autres méthodes, pour un nombre d’itérations identique aux FMM. Pour terminer, un embryon de calcul HRTF a été pratiqué sur un maillage de tête réelle (fig. 4.10). Fourni par P. Frey [89], ce maillage présente 15 000 sommets et autorise les calculs jusqu’à 5 000 Hz. La méthode consiste à placer une source ponctuelle au creux du pavillon auditif (étoile cyan, fig. 4.10), puis résoudre le problème de Neumann homogène associé avant de faire rayonner les solutions obtenues sur la sphère unité (e.g. [49], [50], [39]). D’après le principe de réciprocité, les déformations spectrales causées par la morphologie sont alors bien prises en compte [87]. Pour valider la démarche, ce 147Figure 4.10 – Maillage de tête à 15 000 sommets, réalisé par P. Frey. (Gauche) Vue de face. (Droite) Vue de profil, avec une étoile bleue au creux de l’oreille droite, correspondant à la source ponctuelle pour le calcul de HRTF par réciprocité. problème a aussi été résolu sur un maillage sphérique de rayon a = 8.74 cm [58], avec une source ponctuelle placée à la surface en lieu et place de l’oreille droite. Comme il existe une solution analytique (eq. 1.5, [25]), les résultats numériques peuvent s’y référer. Pour ces derniers calculs, la formulation Brackage-Werner préconditionnée a de nouveau été utilisée et la précision fixée à 10−3 . Les figures 4.11 et 4.12 représentent en décibel les solutions obtenues par BEM, FMM et SCSD, à 1 mètre de distance et 5 000 Hz. Les temps de calcul sont résumés dans le tableau suivant : SPHÈRE TÊTE Méthode tpsP tpsR Niter tpsP tpsR Niter BEM 29.9 4.38 - 805 70.1 - FMM 1.28 18.4 6 8.24 85.6 11 SCSD 2.18 2.52 6 22.1 9.85 11 Tout d’abord, il apparaît que les rayonnements de la méthode exacte et des méthodes approchées sont bien concordants dans le cas sphérique, et ces résultats semblent coïncider avec le modèle de Duda (fig. 1.18). Néanmoins, il existe quelques écarts entre les méthodes approchées et la méthode exacte, visibles sur la tête réelle pour les gains relativement faibles (variations des échelles de couleurs). Ceci peut s’expliquer par la finesse de ce problème, à 148Figure 4.11 – HRTF sphérique du modèle de Duda de rayon 8.74 cm, calculée par MyBEM à 5 000 Hz, représentation en décibel sur la sphère unité. (Haut) Assemblage BEM. (Bas, gauche) Assemblage FMM. (Bas, droite) Assemblage SCSD. 149Figure 4.12 – HRTF du maillage de P. Frey calculée par MyBEM à 5 000 Hz, représentation en décibel sur la sphère unité. (Haut) Assemblage BEM. (Bas, gauche) Assemblage FMM. (Bas, droite) Assemblage SCSD. 150savoir le rayonnement en champ proche d’une source ponctuelle dans une cavité, où des différences minimes peuvent générer des perturbations consé- quentes. Mais vu l’ordre de grandeur relatif de ces écarts, il est possible qu’ils soient inaudibles. Aussi, ces calculs montrent que MyBEM est prêt pour la génération numérique de HRTF par méthodes intégrales, que ce soit en BEM, FMM ou SCSD. Pour générer une HRTF complète, il ne reste désormais plus qu’à boucler sur les fréquences, en raffinant éventuellement le maillage de calcul. 151DÉFI IDIOT MAIS RÉUSSI : " Salut tout le monde ! Je suis désormais en pleine phase de rédaction du manuscrit de thèse, c’est donc le moment de m’envoyer votre liste de mots à caser (en français). Le principe de ce jeu est le suivant, pour chaque mot soumis présent dans le manuscrit final, vous me payez une bière de votre choix. Si le mot est jugé de façon impartiale mal adapté au contexte, c’est moi qui régale... A vos plumes !" – ADRIEN : platokaolinophile. – ALAIN : zygomatique, xérodermie et yttrialite. – ANTOINE : lama. – BENJAMIN : courgette, pornographique. – CAROLINE A. : érythème, eczéma, petit-jama, cromalin. – CAROLINE F. : Tchoupi. – CLAIRE A. : coelioscopie. – CLAIRE Ette : formication et kyphonisme – EMILIE : on ne vit pas dans le monde de oui-oui ! ! – FRANCOIS : procrastination, turlututu, François Fromont. – FREDERIQUE : prurit. – GUILLAUME : canal de Nidus, rage quit, GG. – JULIE : priapisme. – SOPHIE : ratatouille, sapristouille. – STEPHANE : phugoïde. – STEVEN : swag, "c’est aussi rébarbatif que de placer une béchamel dans un micro-ondes soviétique pour la rendre déliquescente". – THIBAULT : 1=0 ; – TIMOTHÉE : censuré. – VICTOR : immixtion, cristallisation, Canaan, prophète, Hypokhâgne, Zoé, Django Reinhart, pronosthud. – VINCENT : soviétique, rébarbatif, déliquescent, micro-ondes, béchamel. – XAVIER : pachydermique. ATTENTION : L’auteur de ce manuscrit n’est en rien responsable du contenu de cette page et décline toute responsabilité quand au vocabulaire employé ici. 152Conclusion Pour conclure, l’ensemble des travaux présenté dans ce manuscrit offre des perspectives réellement prometteuses. D’une part, la Décomposition par Modèle Morphologique propose une nouvelle voie pour étudier les HRTF. Au lieu de construire des filtres basés sur des considérations arbitraires, des mesures réelles sont déconvoluées par des fonctions de transferts issues de modèles morphologiques paramétriques, obtenus analytiquement ou par simulation. Le résidu de cette décomposition peut alors être analysé, pour valider la bonne correspondance au modèle considéré. Cette démarche a prouvé son efficacité et de nombreuses applications industrielles en ont découlé (interpolation haute qualité, micro-variations de sources, déraffinement spatial de bases de données, individualisation des HRTF, etc.). D’autre part, la Décomposition Creuse en Sinus Cardinal permet la convolution rapide par un noyau de Green. Initiée par une démarche essentiellement expérimentale, une nouvelle théorie a vu le jour et les premiers tests de performances ont démontré l’efficacité de cette approche. Des développements logiciels ont toujours accompagné les problèmes rencontrés, pour mieux cerner les idées visibles, comme les subtilités cachées. Cette méthode de travail a engendré la création de prototypes innovants et fonctionnels, directement exploitables par le milieu industriel. Deux librairies indépendantes regroupent l’essentiel de ces codes. D’une part, PifPaf3D propose de nombreuses technologies pour la spatialisation sonore en temps réel, comme la synthèse binaurale, la captation-restitution en High Order Ambisonics, ou encore la réverbération de salles en trois dimensions. De multiples logiciels créés par la société Digital Media Solutions, à l’initiative de cette thèse CIFRE, en sont issus. D’autre part, MyBEM résout les équations intégrales de l’acoustique par éléments finis de frontières, incluant diverses méthodes d’assemblage et de résolution (BEM, FMM et SCSD). Ce code est aujourd’hui capable de traiter des problèmes de l’ordre du million d’inconnues relativement rapidement, avec une très bonne précision. Ainsi, tous les outils dédiés à l’individualisation numérique de la spatialisation sonore sont réalisés et fonctionnels. Il ne reste désormais plus qu’à 153générer des HRTF par équations intégrales pour "écouter" des mathématiques appliquées par synthèse binaurale. En effet, le formalisme de la Décomposition par Modèle Morphologique est particulièrement adapté au couplage entre les mesures réelles et les résultats de simulation numérique. Par ailleurs, d’autres applications, qui dépassent largement le cadre de cette thèse, sont aussi envisageables pour l’acoustique, comme la simulation numérique architecturale ou la détection sonar. Enfin, d’un point de vue mathématique, nous sommes persuadés que la SCSD a un potentiel qu’il faudra exploiter dans les années à venir. Par exemple, il est fortement envisagé de l’utiliser pour résoudre des problèmes de très grandes tailles par équations intégrales, dans des domaines aussi variés que l’acoustique, la gravitation, l’élasticité linéaire, l’électromagnétisme, la mécanique des fluides, etc. 154Bibliographie [1] Acton, F. S. (1990). Numerical methods that usually work. Washington, DC : Mathematical Association of America. [2] Allen, J. B., & Berkley, D. A. (1979). Image method for efficiently simulating small-room acoustics. The Journal of the Acoustical Society of America, 65(4), 943-950. [3] Algazi, V. R., Duda, R. O., Thompson, D. M., & Avendano, C. (2001). The cipic hrtf database. In Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, 2001 IEEE Workshop on the (pp. 99-102). [4] Algazi, V. R., Duda, R. O., Duraiswami, R., Gumerov, N. A., & Tang, Z. (2002). 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Algorithms such as Fast Miltipole Method (FMM), adaptive cross approximation (ACA) or H-matrices for instance are, by now, classical and reduce the complexity of the matrix-vector product from O(N2 ) to O(N log N) with a broad range of applications in e.g. electrostatics, magnetostatics, acoustics or electromagnetics. In this paper we describe a new algorithm of which we would like to explore the potential. Based on the Non Uniform FFT algorithm, it is at the same time simple, efficient and versatile. Keywords Quadrature · Non Uniform FFT · Fast convolution · Fast Multipole Method Mathematics Subject Classification (2000) 65T50 · 65Z05 1 Introduction In many areas of computational physics appears the problem of solving a PDE via the convolution of a distribution with an explicit Green kernel. This is for instance the case in electrostatics, magnetostatics or gravitation where a Coulombian interaction is used. In order to fix the ideas we set the problem as computing for N given punctual masses (fk){1≤k≤N} located at the points F. Alouges CMAP - Ecole Polytechnique, Route de Saclay, 91128, Palaiseau Cedex, France. Tel.: +33-1-69334631 Fax: +33-1-69334646 E-mail: francois.alouges@polytechnique.edu M. Aussal CMAP - Ecole Polytechnique, Route de Saclay, 91128, Palaiseau Cedex, France and Digital Media Solutions, 45 Grande All´ee du 12 F´evrier 1934, 77186 Noisiel, France. E-mail: matthieu.aussal@gmail.com2 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal (xk){1≤k≤N} in ❘3 , the Coulombian potential at the same points defined by ∀k ∈ {1, · · · , N}, gk = X N l=1 fl 4π|xk − xl | . (1) The previous problem is easily solved with the O(N2 ) algorithm by computing straightforwardly the potential generated by each source at each target. However for big values of N (e.g. a million or a billion), the above formula is too slow to be used. Techniques already exist to speed up this computation, the most famous of which being certainly the FMM (for Fast Multipole Method) developed by Greengard and coauthors (see the seminal book [9] for instance). We hereafter would like to present a different method that is based on a sparse Fourier representation. 2 Principle of the method Introducing the N × N matrix A whose entries are Akl = 1 4π|xk−xl| , we recast the problem as storing A and computing the matrix-vector product G = AF , where G = (g1, · · · , gN ) t and F = (f1, · · · , fN ) t . A fast algorithm is at hand if we are able to write A as a sum of a small number of rank one matrices1 A = X n CnRn , where Cn and Rn are respectively column and row vectors of size N. Indeed, the matrix vector product is computed in this case as AF = X n CnRnF = X n Cn(R t n · F), (2) and each term in the sum is computed in O(N) operations. Notice that such a decomposition is formally given by writing the Fourier transform of the kernel 1 4π|x| in ❘3 F  1 4π|x|  = 1 |ξ| 2 . Indeed, this enables us to write 1 4π|x − y| = 1 (2π) 3 Z ❘3 e i(x−y)·ξ |ξ| 2 dξ , 1 This is by the way the basis of the principle of H−matrices, see [11].Title Suppressed Due to Excessive Length 3 while coming back to the problem (1), we deduce X N l=1 1 4π|xk − xl | fl = 1 (2π) 3 X N l=1 Z ❘3 e i(xk−xl)·ξ |ξ| 2 dξ fl = 1 (2π) 3 Z ❘3 e ixk·ξ   X N j=1 e −ixl·ξ |ξ| 2 fl   dξ. (3) This latter formula is exactly under the desired form (2) with Cξ = 1 (2π) 3 (e ix1·ξ , · · · , eixN ·ξ ) t and Rξ = (e −ix1·ξ , · · · , e−ixN ·ξ ) t |ξ| 2 , except that the finite sum indexed by n is now replaced by an integral over ξ ∈ ❘3 . We can thus produce a formula of the desired form if we can derive a quadrature formula that approximates the integral. For efficiency reasons, it is also desirable to have the smallest possible number of terms in this quadrature formula2 . In order to proceed, we pass in spherical coordinates, and further transform (3) into gk = X N l=1 1 4π|xk − xl | fl = 1 (2π) 3 Z +∞ 0 Z ❙2 e iλxk·ξ X N l=1 e −iλxl·ξ λ2 fl ! λ 2 dξ! dλ = 1 (2π) 3 Z +∞ 0 Z ❙2 e iλxk·ξ X N l=1 e −iλxl·ξ fl ! dξ! dλ. (4) The basis of our method thus consists in finding numerical quadratures for the integrals in λ and ξ. This would eventually permit us to approximate the above formula by X N l=1 1 4π|xk − xl | fl ∼ X S s=1 ωse iλsxk·ξs X N l=1 e −iλsxl·ξs fl ! = X S s=1 ωse ixk·ζs X N l=1 e −ixl·ζs fl ! , having set ζs = λsξs ∈ λs❙ 2 . Afterwards, the convolution can be done in two passes : • Compute ηs = PN l=1 e −ixl·ζs fl from the (fl)1≤l≤N for all 1 ≤ s ≤ S ; • Compute gk = PS s=1 e ixk·ζs (ωsηs) knowing the previously computed (ηs)1≤s≤S . 2 Notice that similar ideas are already used in [2] and [8], though in a different context.4 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal Both steps can be realized using a (direct and inverse) type-3 Non Uniform FFT (NUFFT) algorithm [4, 15, 16]. We will be more explicit on this point later. Afterall, the method is not surprising and simply relies on the fact that a convolution is a product in Fourier space. The difficulty however stands in the fact that one needs, to make the method of practical use, a good quadrature which is both precise and efficient (i.e. that possesses a small number of points). It turns out that this is feasible to a very reasonable cost, and at the end gives a quite powerful numerical method that we have called Sparse Cardinal Sine Decomposition (SCSD). Maybe the originality of the present approach lies in the fact that, having written the integral in spherical coordinates permits us furthermore to decouple the approximation problem (in λ and ξ), and treat them separately. The aim of the paper is to give such a method and estimate its complexity through the following Proposition. Proposition 1 Assume that the original points are uniformly distributed in a ball then the SCSD algorithm has a global complexity which scales as O(N log N). If instead, the points are spread uniformly on a regular surface in ❘3 , then the complexity is O(N6/5 log N). The paper is divided as follows. Section 3 addresses the problem of finding a good quadrature in λ, by introducing a so-called sparse cardinal sine decomposition. Section 4 explain the spherical quadrature. Actually, a classical Gauss-Legendre quadrature is used whose parameters are thoroughly studied (see [10] for instance). Eventually Section 5 explains how to take into account the close interactions, while Section 6 details how to choose the parameters of the method. Other kernels are treated in Section 7 and numerical results are provided the last Section. In particular, we compare the timings obtained to compute the convolution using either a FMM routine provided by Leslie Greengard on CMCL website [18] or the abovementionned quadrature and NUFFT approach where the (type-3) NUFFT routine is also taken from the same website [17]. (Another implementation, which in particular uses the FFTW package, is also available in the NFFT project of D. Potts [19] but the type 3 NFFT does not yet have a Matlab interface.). 3 The Sparse Cardinal Sine Decomposition In order to decouple the problem in spherical coordinates we notice that the formula (4) can be rewritten under the form X N l=1 1 4π|xk − xl | fl = 1 (2π) 3 Z +∞ 0 X N l=1 Z ❙2 e iλxk·ξ (e −iλxl·ξ fl)dξ dλ = 1 2π 2 Z +∞ 0 X N l=1 sinc(λ|xk − xl |)fl ! dλ ,Title Suppressed Due to Excessive Length 5 using R ❙2 e ix·ξdξ = 4π sinc(|x|),for all x ∈ ❘3 . Here, sinc stands for the cardinal sine function sinc(r) = sin(r) r . This simply reflects that ∀r ∈ ❘, 1 4πr = 1 2π 2 Z +∞ 0 sinc(λr)dλ. (5) As we have pointed out in the preceding section, the first step of the method consists in finding a discrete quadrature rule 1 4πr ∼ X p αp sinc(λpr). (6) This is a decomposition of the Green kernel into a series of dilated sinc functions. Notice that in the case of the Laplace kernel, this decomposition is equivalently rewritten, setting βp = 4παp λp , as 1 ∼ X p βp sin(λpr), and we seek for a formula that should be valid as uniformly as possible in r and as sparse as possible in p. An exact formula exists, though containing an infinite number of terms, since for all r ∈ (0, π), one has X p≥0 4 π(2p + 1) sin (2p + 1)r
= 1. (7) Indeed, the preceding formula comes from the decomposition in Fourier series of the 2π-periodic square function defined on (−π, π) by h(r) =  1 if r ∈ (0, π), −1 if r ∈ (−π, 0). Unfortunately, due to the discontinuity of the square function at 0, the convergence of the series (7) is slow and highly depends on the value of r. Indeed, the series only converges because of the oscillatory behavior of the sine, which occurs later if r is small. It is also very well known that, truncating3 the series (7) leads to a Gibbs phenomenon. Very high oscillations occur near 0 and π while in the center of the interval, the approximation is much better. Truncating the series does not lead to a good approximation, and it is well known [1, 12, 20] that much better results can be obtained by using the so-called σ−approximation. It consists in replacing the truncated series 1 ∼ P X−1 p=0 4 π(2p + 1) sin (2p + 1)r
3 Alternative strategies, e.g. using Pad´e (see after) approximations lead to very good approximations of the square function (see [21]). They are however difficult to use in our context and unfortunately seem useless.6 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal Fig. 1 The Gibbs phenomenon obtained with the convergence of the Fourier series of the square function on [0, π]. We give the approximations obtained by truncating the series after its 5th term and regularizing it by a σ−factor for k = 0 (dashed), k = 1 (plain) and k = 2 (dotted). The reference square is indicated as a horizontal line. The Gibbs phenomenon is clearly visible and is very much reduced as k increases. by 1 ∼ P X−1 p=0 4 π(2p + 1)  sinc  2p + 1 2P π k sin((2p + 1)r) where the term sinc 2p+1 2P π
is the Lanczos’ σ−factor. A power k = 1 is usually used but the σ factor can also be squared or cubed (k = 2 or 3) in the most extreme cases. As a sake of illustration, we show in Fig. 1 the graphs obtained with P = 5 terms in the sum and k = 0, 1, 2. It is clear that the approximation is much better and the Gibbs phenomenon is significantly reduced. However, as one can see, the approximation can be very good in the center of the interval and quite bad at the extremities. In order to avoid the problems at the extremities, we consider the following approximation problem: For a given ρ ∈ 0, π 2
, and P, find weights (βp){0≤p≤P −1} such that the accuracy ε = sup r∈[ρ,π−ρ]      P X−1 p=0 βp sin((2p + 1)r) − 1     Title Suppressed Due to Excessive Length 7 is as small as possible. The treatment of small values for r is postponed to Section 5. It is expected that in order to maintain a given precision, P must be increased as ρ gets smaller. We propose to solve this problem via a least square approximation. This leads to the following natural algorithm Algorithm 1 (least square approximation) 1. Given ρ, and P. 2. Compute A = (Alp)1≤l,p≤P −1 and b = (bl)1≤l≤P −1 defined by Alp = R π−ρ ρ sin((2l + 1)r) sin (2p + 1)r
dr, and bl = R π−ρ ρ sin((2l + 1)r)dr. 3. Solve Aβ = b where β = (β0, · · · , βP −1) t . Of course, both the matrix and the right-hand side can be computed analytically. We have shown in Fig. 2 the approximation error on the interval [ρ, π − ρ] obtained by the preceding algorithm compared to the ones obtained with the truncated Fourier series smoothed by the Lanczos σ−factor. It is noticeable that the approximation is better with our algorithm especially for small (or high) values of r, namely close to ρ or π − ρ . Moreover, the error is more uniformly distributed. Eventually, one can translate the preceding formula to get an approximation for all R ∈ [Rmin, Rmax] by choosing ρ = δRmin, with δ = π Rmin+Rmax (notice that then π − ρ = δRmax). Setting r = δR in the preceding formula we obtain ε = sup R∈[Rmin,Rmax]      P X−1 p=0 βp sin((2p + 1)δR) − 1      , and 1 4πR ∼ P X−1 p=0 (2p + 1)δβp 4π sinc((2p + 1)δR), (8) which is exactly under the form (6) with λp = (2p + 1)δ, and αp = λpβp 4π . Remark that the accuracy ε of the method only relies on the parameters ρ and P, or conversely, for a given accuracy ε and ρ, one can find the smallest value for P. Lemma 1 Let ρ ∈ (0, π/2). Construct for all P ∈ ◆ the least square approximation hP of h with the help of the Algorithm 2. Then, there exists P0 ∈ ◆ such that for all P > P0, one has the estimation kh − hP kL2([ρ,π−ρ]) ≤ 1 − sin(ρ) p sin(ρ)P  1 − sin(ρ) 1 + sin(ρ) P +1 .8 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal Fig. 2 Comparison of the errors for the approximation of the square function with Lanczos σ−approximation with k = 2 (plain), k = 3 (dashed) and the SCSD (dotted) all with 5 coefficients. In the SCSD, the error is more equilibrated on the whole interval and drops down quicker. Proof The proof is a quite direct consequence of the approximation of the sign function by polynomials. Indeed, let h˜ be the sign function defined on [−1, 1] by h˜(r) =  1 if r ∈ (0, 1), −1 if r ∈ (−1, 0). We have obviously h(r) = h˜(sin(r)), ∀r ∈ ❘. We remark that the sought approximation PP −1 p=0 βp sin((2p + 1)r) can be rewritten as PP (sin(r)) where PP is a polynomial function of degree at most 2P − 1. Therefore, by a simple change of variable, approximating h with a truncated Fourier series amounts to approximate h˜ by a polynomial. It turns out that this problem has been widely studied in the literature, and even dates back to the 19th century [21] where the optimal approximation of h˜ with a Pad´e approximant is obtained. Quite strangely, the case of polynomial approximation has been treated much later in [5] (see also the references therein). In particular, it is shown that the best polynomial approximation ◗P of degree 2P − 1 of h˜ in L∞ norm on [−1, −a] ∪ [a, 1] satisfies kh˜ − ◗P kL∞([−1,−a]∪[a,1]) ∼ 1 − a √ πaP  1 − a 1 + a P +1 as P → +∞.Title Suppressed Due to Excessive Length 9 We therefore deduce, setting a = sin(ρ) that kh(r) − PP (sin(r))kL2([ρ,π−ρ]) ≤ kh(r) − ◗P (sin(r))kL2([ρ,π−ρ]) ≤ p (π − 2ρ)kh(r) − ◗P (sin(r))kL∞([ρ,π−ρ]) ≤ p (π − 2ρ)kh˜(r) − ◗P kL∞([sin(ρ),1]) ∼ r 1 − 2ρ π 1 − sin(ρ) p sin(ρ)P  1 − sin(ρ) 1 + sin(ρ) P +1 as P → ∞. The result follows. The preceding result is used in order to fix the degree P of the approximation, depending on the requested precision ε (in L 2 norm) and the lower bound ρ down to which the approximation is sought. We find that P ∼ − log(ε) 2 sin(ρ) , (9) or in the limit Rmin  Rmax , P ∼ − log(ε) 2π Rmax Rmin . (10) We present in Table 1 and Table 2, a comparison of the least square approximation and the truncated Fourier series with the Lanczos’ σ−factor with a power k ranging from 0 to 3. Different values have been chosen for ρ, and we indicate the smallest number of terms (i.e. the value of P) to reach a precision ε = 10−3 and ε = 10−6 respectively, for the four methods. ρ k = 0 k = 1 k=2 k=3 SCSD Predicted P 0.5 656 25 11 9 7 7 0.1 >1000 121 54 44 37 34 0.01 >1000 >1000 539 432 362 345 Table 1 Number of terms needed to reach an accuracy ε = 10−3 on [ρ, π − ρ] for the truncated Fourier series with σ-factor to the power k and the least square approximation (SCSD). The last column gives the prediction of the number of terms for the sparse approximation SCSD using the formula (9). It is seen that the least square approximation outperforms the Lanczos’ σ-approximation to any order. Moreover, the prediction (9) for the number of terms to keep for a given accuracy is very effective. 4 Spherical quadratures Once the preceding radial quadrature is known, that is to say we have a discrete approximation 1 ∼ P X−1 p=0 βp sin(λpR)10 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal ρ k = 0 k = 1 k=2 k=3 SCSD Predicted P 0.5 >1000 >1000 106 44 14 14 0.1 >1000 >1000 >1000 188 71 69 0.01 >1000 >1000 >1000 >1000 708 690 Table 2 Number of terms needed to reach an accuracy ε = 10−6 on [ρ, π − ρ] for the truncated Fourier series with σ-factor to the power k and the least square approximation (SCSD). The last column gives the prediction of the number of terms for the sparse approximation SCSD using the formula (9). valid for R ∈ [Rmin, Rmax] at a precision ε, we proceed to the second step, namely the spherical quadrature. Let x ∈ ❘3 such that R = |x| ∈ [Rmin, Rmax], we already know that sin(λp|x|) λp|x| = 1 4π Z ❙2 exp(iλpx · ξ)dξ. (11) We again need a spherical quadrature to produce a discrete version of the above integral. Spherical quadrature is a long standing subject, and several have been studied in the literature. We refer the reader to the review article [10] for a comprehensive explanation of the state of the art concerning this question. In what follows, we have chosen to use the Gauss-Legendre quadrature which consists in composing unidimensional quadratures (in the vertical axis z and the polar horizontal angle θ on the sphere ❙ 2 ). Positive weights are assured but there is a clear drawback that the underlying set of points is much denser near the poles than near the equator. Other techniques have therefore been proposed like the Lebedev grids [14], or other cubature rules [7]. Although very tempting because they need a fewer number of quadrature points, both techniques are limited in the degree of precision and much less adaptive than the Gauss-legendre quadrature. The Gauss-Legendre quadrature is simple. Given a number N, it consists in discretizing the set of azimuthal angles with 2N angles θk = k π N , k = 0, · · · , 2N − 1, while the elevation angles (ψl)0≤l≤N−1 are such that cos(ψl) is a zero of the Nth Legendre polynomial LN . The complete set of points used in the quadrature is thus ξkl = (cos(θk) sin(ψl),sin(θk) sin(ψl), cos(ψl)) with LN (cos(ψl)) = 0. for all values 0 ≤ k ≤ 2N − 1 and 0 ≤ l ≤ N − 1. The corresponding weights (ωkl)0≤k≤2N−1,0≤l≤N−1 do not depend on k (i.e. ωkl = ωl), and are such that the one dimensional quadrature formula Z 1 −1 f(x)dx ∼ N X−1 l=0 ωl 2π f(cos(ψl))Title Suppressed Due to Excessive Length 11 is actually the classical one dimensional Gauss-Legendre quadrature which is exact for all f polynomial of degree less than or equal to 2N −1. In particular they are all positive. Similarly, Gauss-Legendre quadratures on the sphere are known to integrate exactly all the spherical harmonics Ylm of degree l ≤ 2N−1, or equivalently the restriction on the sphere of any function g ∈ P2N−1 , where we have denoted by PJ the set of polynomial in ξ = (ξ1, ξ2, ξ3) ∈ ❙ 2 of degree less than or equal to J. Classical theorems (see e.g. [10]) usually express the precision of the quadrature formula in terms of the Sobolev or H¨older regularity of fX. they are therefore useless in our context, since the function on which we need an estimation is known and analytic on the sphere. Instead of this, we are more interested in the smallest value that one should choose for N in the quadrature to obtain a required precision in the formula uniformly in X. Lemma 2 Let X ∈ ❘3 , and f the function fX : ❙ 2 → ❈ ξ 7→ exp(iX · ξ). Then, we have, using the Gauss-Legendre quadrature, and provided |X| < 2N+ 1,      Z ❙2 fX(ξ)dξ − N X−1 l=0 2 X N−1 k=0 ωlfX(ξkl)      ≤ 8π |X| 2N (2N)! 2N + 1 2N + 1 − |X| . Proof For any function g, we set I(g) = R ❙2 g(ξ)dξ , the exact integral and Q(g) = PN−1 l=0 P2N−1 k=0 ωlg(ξkl) its approximation. We remark first that since for any g ∈ P2N−1 , I(g) = Q(g), we get the estimate |I(fX) − Q(fX)| ≤ |I(fX − g) − Q(fX − g)| ≤ 4π + N X−1 l=0 2N|ωl | ! kfX − gk∞ ≤ 8πkfX − gk∞, ∀g ∈ P2N−1, since the weights are all positive and the constant function 1 ∈ P2N−1 leads to Q(1) = 4π. Now, expanding fX in Taylor series, we have fX(ξ) = X∞ m=0 (iX · ξ) m m! , while taking g(ξ) = P2N−1 m=0 (iX·ξ)m m! , in the preceding estimate, we obtain |I(fX) − Q(fX)| ≤ 8πkfX − gk∞ ≤ 8π sup ξ∈❙2 X∞ m=2N     (iX · ξ) m m!     ≤ 8π |X| 2N (2N)! 2N + 1 2N + 1 − |X|12 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal if 2N + 1 > |X|. However a much better estimate can be obtained if X is vertical, that is to say X = (0, 0, |X|) t . Indeed, one has the following lemma. Lemma 3 Let λ > 0 and with the preceding notation fλe3 : ξ → exp(iλξ3). Then one has |I(fλe3 ) − Q(fλe3 )| ≤ 2 · (2λ) 2N (N!)4 (2N + 1)[(2N)!]3 . Proof First, we remark that the set of Gauss-Legendre quadrature points being symmetric with respect to the origin on the sphere, one can replace fλe3 with its even part, namely gλe3 : ξ → cos(λξ3). Then, we notice that fλe3 is also constant on the sphere along the horizontal circles. The integration along those circles is therefore exact and one thus deduces |I(fλe3 ) − Q(fλe3 )| = |I(gλe3 ) − Q(gλe3 )| =      Z 1 −1 gλe3 (z)dz − N X−1 l=0 ωlgλe3 (cos(ψl))      which is nothing but the error of the 1D Gauss-Legendre quadrature of gλe3 (z). Noticing that gλe3 is an analytic function in a neighborhood of the segment [−1, 1] in ❈, a classical result of [13] applies which gives |I(fλe3 ) − Q(fλe3 )| ≤ 2 (2N+1)(N!)4 (2N + 1)[(2N)!]3 kg (2N) λe3 k∞ which gives the result. It is not difficult to see that Lemma 3 gives a much better estimation than Lemma 2. However, this estimation only holds for vertical X. Nevertheless, we have observed that such vectors provide the worst possible error for the Gaussian quadrature among vectors of the same magnitude. As a matter of fact, we report in Fig. 3 the quantity |I(fX)−Q(fX)| for vectors X of the same magnitude and different azimuthal angles. It is clearly seen that the maximum error is obtained for azimuthal angles ±π/2 i.e. vertical vectors X. We express this result as the following conjecture. Conjecture 1 We have ∀λ > 0 , max X∈λS 2 |I(fX) − Q(fX)| = |I(fλe3 ) − Q(fλe3 )| Although we have not yet been able to prove this result, we use the result obtained in Lemma 3 in the sequel for the construction of the whole sparse grid. As before, we use Lemma 3. in order to compute the minimal value for N needed to achieve a desired accuracy ε 0 . Since, in view of (11), the maximumTitle Suppressed Due to Excessive Length 13 Fig. 3 A typical graph of the error |I(fX) − Q(fX)| for vectors X of different azimuthal angles and magnitude 10. We have chosen a number of quadrature points of the GaussLegendre quadrature 2N × N with N = 12. value for |X| depends on p and is equal to λpRmax ≤ (2p + 1)π, the corresponding degree Np to which the quadrature should be exact can be estimated in order to satisfy 2((4p + 2)π) 2N (N!)4 (2N + 1)[(2N)!]3 ≤ ε 0 p , (12) which, using Stirling formula leads to Np ∼ (2p + 1)πe 4 − 1 2 log  2ε 0 p √ π  . (13) We further rescale the quadrature points by setting ζ p kl = (2p + 1)δξkl and call the corresponding weights ω p l . Notice that we have emphasized the dependence in p, and that the points ζ p kl now discretize the sphere λp❙ p . We thus obtain a quadrature formula as sin(λp|x|) λp|x| ∼ 1 4π N Xp−1 l=0 2N Xp−1 k=0 ω p l exp(ix · ζ p kl) (14) which, if Np satisfies (13), is accurate to within an error ε 0 p uniformly for all x ∈ [Rmin, Rmax]. 5 Close interactions The formula (8) is only valid for |x| ∈ [Rmin, Rmax]. Therefore, interactions between neighboring points (pairs of points xk and xl such that |xk−xl | ≤ Rmin14 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal or equivalently such that δ|xk − xl | ≤ ρ) are wrongly computed, and need a fix. We thus correct the preceding computation with the (sparse) matrix multiplication ∀k ∈ {1, · · · , N} , g˜k = X N l=1 Bklfl where Bkl = 1 4π|xk − xl | − P X−1 p=0 αp N Xp−1 m=0 2N Xp−1 n=0 ω p l exp(i(xk − xl) · ζ p mn). Fortunately, those interaction are only local and can be computed with a sparse matrix multiplication. We remark that the methodology presented here is very close to an Ewald summation method. Named after Paul Ewald [6], this method indeed splits the interactions into two parts, one which is local in space (the close interactions in our case) and the long range interactions which are treated in Fourier space. However, this method is usually only used for periodic problems. Our approach insted generalizes it to the free space. 6 Summary of the method. Fixing the parameters We summarize the method in the following algorithms. Algorithm 3 below explains the initialization step which merely consists in finding the global quadrature formula for a given precision and parameters Rmin and Rmax. The Algorithm 4 given after provides the matrix vector product, using the preceding quadrature formula.Title Suppressed Due to Excessive Length 15 Algorithm 3 (Precomputation) 1. Given (xk)1≤k≤N , compute Rmax and choose Rmin. Prescribe an accuracy ε, and set δ = π Rmin+Rmax . 2. Compute the Sparse Cardinal Sine Decomposition (Algorithm 2), using ρ = δRmin, and P = − log(ε)Rmin 2Rmax . 3. For all p ∈ {0, · · · , P − 1}, compute the Gauss-Legendre quadrature (ω p l , ζp kl). 4. Compute the sparse matrix Bkl to handle local interactions. Algorithm 4 (Matrix vector product) 1. Given a set of values (fj )1≤j≤N , associated to the (xj )1≤j≤N . 2. Compute η p kl = X N j=1 exp(−ixj · ζ p kl)fj . 3. Compute g 1 j = X p,l,k exp(ixj · ζ p kl)αpω p l η p kl . 4. Compute g 2 j = X N k=1 Bjkfk . 5. Compute gj = g 1 j + g 2 j . In order to evaluate the complexity of the method, we remark that steps 2. and 3. of Algorithm 4 can be realized using a Type 3 NUFFT. The complexity of the NUFFT is known to be O(M log M), where M = max(N, Nζ ), where Nζ is the number of quadrature points in the Fourier quadrature. The remaining of this Section thus consists in estimating Nζ in terms of N and showing Proposition 1. Before proceeding, we estimate the error that one can make in the spherical quadratures which, when used in conjunction with the SCSD quadrature formula (8), will give a relative error of the order of ε, at least for all R ∈ [Rmin, Rmax]. In that aim, we use the following Lemma. Lemma 4 Assume ε 0 p in (12) is chosen as ε 0 p = ε 4πRmaxP |αp| , where P is the number of terms of the Sparse Cardinal Sine Decomposition and the conjecture 1 is true, then the global quadrature ensures sup |X|∈[Rmin,Rmax] 4π|X|       1 4π|X| − X p,k,l αpω p l exp(iX · ζ p kl)       ≤ 2ε.16 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal Proof In view of the preceding Lemmas, we have       1 − 4π|X| X p,k,l αpω p l exp(iX · ζ p kl)       ≤      1 − X p βp sin(λp|X|)      + 4π|X| X p |αp|      sinc(λp|X|) − X kl ω p l exp(iX · ζ p kl)      ≤ ε + P X−1 p=0 4πRmax|αp|ε 0 p ≤ 2ε if ε 0 p = ε 4πRmaxP|αp| . Notice that βp ∼ 1 2p+1 so that αp = λpβp 4π ∼ δ 4π and we deduce ε 0 p ∼ ε P π = − 2ε log(ε) Rmin Rmax . Eventually, we may furthermore estimate the total number of points Nζ of this quadrature by Nζ = P X−1 p=0 2N 2 p = P X−1 p=0 2  (2p + 1)πe 4 − 1 2 log  2ε 0 p √ π 2 ∼ π 2 e 2 P 3 6 ∼ e 2 48π  − log(ε) Rmax Rmin 3 (15) using (10). We are now in a position to prove Proposition 1. Notice that the preceding error estimate relies on conjecture 1 but the number of points chosen in the method does not (only the precision does). Therefore the proposition follows from counting the number of short and long range interactions with the preceding methods. Proof (of Proposition 1) Call Rmax the diameter of the ball in which the points (xl)1≤l≤N are uniformly distributed. Their density is thus given by ρ = 6 π N R3 max . The number of points contained in a ball of radius Rmin is thus of the order of 4 3 πR3 minρ = 8N  Rmin Rmax 3 ,Title Suppressed Due to Excessive Length 17 which gives the number of close interactions and correspondingly the number of terms in the correction matrix B as 8N2  Rmin Rmax 3 . The complexity of the method is thus governed by the number of points in the ζ mesh in the Fourier variable, given by formula (15), and the number of close interactions. Setting Rmin = Rmax  e 2 48π (− log(ε))3 8N2 1/6 , we get a total number of close interactions equal to the number of points Nζ in the ζ grid 8N 2  Rmin Rmax 3 = e 2 48π  − log(ε) Rmax Rmin 3 =  e 2 6π 1/2 (− log(ε))3/2N . This clearly indicates that, in that case the complexity of the whole algorithm is O(N log N), the logarithmic term being due to the NUFFT. When the points are uniformly distributed on a surface in 3D, the number of close interactions becomes 4N2  Rmin Rmax 2 , and choosing now Rmin = Rmax  e 2 48π (− log(ε))3 4N2 1/5 , we obtain 4N 2  Rmin Rmax 2 = e 2 48π  − log(ε) Rmax Rmin 3 =  e 2 6π 2/5 (− log(ε))6/5N 6/5 , which now becomes only very slightly super-linear in N, giving an overall complexity O(N6/5 log(N)). 7 Generalization to other kernels The preceding strategy can be of applied to other kernel than the Laplace one. Indeed, we see here that most – if not all – of the classically used kernels can be handled by using the formula given above. We split the following discussion into two parts: the non-oscillatory and the oscillatory Green kernels. 7.1 Non-oscillatory Green kernels We put in this class kernels that are coming from equations as various as the equation of magnetostatics, those for linear elasticity and Stokes equations. Those equations are currently used with a very wide range of applications in particular in solid and fluid mechanics.18 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal Les us start with the Stokes problem, which models a fluid flow at low Reynolds number  −µ∆u + ∇p = f in ❘3 , div u = 0 in ❘3 . Here, f is the force density and (u, p) are respectively the fluid velocity and pressure. The parameter µ stands for the viscosity of the fluid. In the free space, this system can be solved by using Fourier variables. Indeed, one has uˆ(ξ) = Sˆ(ξ) ˆf(ξ) where Sˆ(ξ) = 1 µ|ξ| 2  Id − ξ ⊗ ξ |ξ| 2  , which going back to real space leads to the following formula for the so-called Stokeslet S S(x) = 1 8πµ|x|  Id +x ⊗ x |x| 2  . As for the magnetostatic case, solving Stokes equations in the free space, namely computing for a given force distribution (fj )1≤j≤N at the points (xj )1≤j≤N the velocities ∀i ∈ {1, · · · , N} , ui = X N j=1 S(xi − xj )fj can be done by the following procedure Algorithm 5 1. Compute ˆf(ζs) using the NUFFT. 2. Compute 1 8πµ  Id − ζs⊗ζs |ζs| 2  ˆf(ζs) for all s. 3. Multiply by the SCSD weights computed from the Laplace formula. 4. Go back to real space by the (inverse) NUFFT. Eventually, the case of linear elasticity follows the same procedure. Namely, the equation becomes now −µ∆u − (µ + λ)∇ div(u) = f in ❘3 , where µ and λ are the Lam´e coefficients of a material, u is its deformation, and f the applied force density. As before, taking the Fourier transform of this equation leads to ˆu(ζ) = Eˆ(ζ) ˆf(ζ) where Eˆ(ζ) = 1 µ|ζ| 2  Id − µ + λ 2µ + λ ζ ⊗ ζ |ζ| 2  , and the modification that one needs to bring to Algorithm 3 is straightforward.Title Suppressed Due to Excessive Length 19 7.2 Oscillatory Green kernels The classical oscillatory Green kernel that people use in practice quite often is G(x) = exp(ik|x|) 4π|x| . It is well-known that G is the fundamental solution to the Helmholtz equation together with Sommerfeld radiation condition at ∞  ∆G + k 2G = δ0 in ❘3 , ∂G ∂R − ikG = O 1 R2
as R = |x| → ∞, where δ0 stands for the Dirac mass centered at 0. The function G plays a prominent role in acoustics and electromagnetics when solving the 3D diffraction problem of an object in the free space. In order to use the method detailed in this paper, we need to obtain a sinc decomposition of the radial function g(R) = exp(ikR) 4πR , or equivalently to write exp(ikR) ∼ X p γp sin(λpR) for weights (γp)0≤p≤P −1 and scaling factors (λp)0≤p≤P −1 to be determined. Again, we expect the preceding formula to be valid as uniformly as possible as R ranges between Rmin and Rmax (values R ≤ Rmin correspond to local interactions and are handled as for Coulombian interactions by considering a sparse matrix). Obviously, the imaginary part of the kernel is already a sine, and we therefore need only to concentrate on the real part, namely the cosine function. Notice that if the (λp)0≤p≤P −1 were known, we could compute the weights by the same least-square procedure that we explained before. Strangely, a formula can be obtained from the preceding one. Indeed, let’s consider the preceding decomposition in Fourier series of the square function 1 ∼ P X−1 p=0 βp sin (2p + 1)δR
. valid for R ∈ [Rmin, Rmax], with δ = π Rmin+Rmax . We multiply both sides by cos(kR) to obtain cos(kR) ∼ P X−1 p=0 βp sin (2p + 1)δR
cos(kR), while using sin (2p + 1)δR
cos(kR) = 1 2 sin (k + (2p + 1)δ)R
− 1 2 sin (k − (2p + 1)δ)R
, gives cos(kR) ∼ P X−1 p=0 βp 2 (sin (k + (2p + 1)δ)R
− sin (k − (2p + 1)δ)R
,20 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal which is under the desired form, and provides us with the right values for the sequence (λp)p. We thus obtain this striking result that any sinc decomposition of the square function (that correspond to Laplace equation) gives instantaneously a suitable approximation for the Helmholtz kernel and consequently a fast method. It is needless to say that this is not the case for the FMM for instance where having written a FMM approximation for the Laplace equation does not give any hint about the writing of a similar method for the Helmholtz equation. To finish, notice that we just obtain twice as many values as before, clustered around the frequency k of the problem. 8 Numerical results A Matlab implementation has been developed and compared to the direct call to the FMM Laplace and Helmholtz routines provided on the NYU site. Our method, instead, relies on the NUFFT routine also available on the same website and the sinc decompostition that we have exposed. Besides the NUFFT kernel routine, everything else is written in Matlab. We give in Table 3 (for the Laplace kernel) and Table 4 (for the Helmholtz kernel) the performances in terms of accuracy and CPU-time obtained by both methods on a set of points ranging from N = 103 to N = 106 . In both cases, the first column gives the preprocessing time (for computing the integration points and weights), and the second row gives the time for a matix-vector product (mainly the time spent in the NUFFT). Third column gives the total time that needs to be compared to the time of the FMM routine (fourth column). N Rmin/Rmax TP (s) TMV SCSD (s) TMV FMM (s) 103 1/10 0.23 0.060 0.026 104 1/22 0.27 0.27 0.31 105 1/47 2.0 4.4 7.8 106 1/100 37 28 75 Table 3 CPU-time comparison between the SCSD and the FMM for the Laplace operator. The first column reports the time for the precomputation. The time for a matrix-vector product with the SCSD is given in the second column and the time for the FMM in the last one. For both methods an error ε = 10−3 is chosen. It is noteworthy to say that although the total time of the SCSD algorithm (TP + TMV ) is very comparable to the FMM and scale identically. We also present in Fig. 4 curves that show the scalings of the CPU-time for the three methods (O(N2 ) Direct product, FMM, SCSD) in terms of the number of points, for Laplace and Helmholtz kernels. The computer used for this test is a laptop cadenced to 1.6 GHz and possessing 8 GB of memory. For a more fair comparison, both the FMM and the NUFFT routines have been recompiled to run on a single thread and Matlab is also run on a single thread. Parallelization strategies of the method will be considered elsewhere.Title Suppressed Due to Excessive Length 21 N Rmin/Rmax TP (s) TMV SCSD (s) TMV FMM (s) 103 1/10 0.22 0.060 0.093 104 1/22 0.29 0.36 1.5 105 1/47 2.3 2.9 38 106 1/100 39 36 475 Table 4 CPU-time comparison between the SCSD and the FMM for the Helmholtz operator. The first column reports the time for the precomputation. The time for a matrix-vector product with the SCSD is given in the second column and the time for the FMM in the last one. For both methods an error ε = 10−3 is chosen. A wavenumber k = 1 has been chosen here. Fig. 4 Total time for a convolution with Laplace (top row) and Helmholtz (bottom row) kernels in 3D using the Direct Method (blue), the FMM (red) and the SCSD (green). Also reported is the time for the SCSD without the time for the precomputations (purple). The same error ε = 10−3 is used for the FMM and the SCSD and a number of points between 103 and 106 is used uniformly distributed in a ball (left) and on a sphere (right). Timings for the FMM and the SCSD are very similar.22 Fran¸cois Alouges, Matthieu Aussal 9 Conclusion We have presented an original alternative to the FMM for the computation of the coulombian interaction between punctual masses. Although the method is much simpler than the FMM, it turns out to be comparably fast, and only needs a simple NUFFT routine to apply. The heart of the method consists in using a spherical Gaussian quadrature in the Fourier space which is developed in two steps: first a sparse radial quadrature is computed to high accuracy and then spherical quadrature are obtained with simple Gauss-Legendre meshes. The analysis of the complexity of the method shows a very good behavior, comparable to the complexity of the FMM and extensions to classical kernels, in particular oscillatory ones, are given. Acknowledgments Both the FMM and the NUFFT codes have been taken on the CMCL website [3, 17, 18]. We gratefully thank Leslie Greengard for having provided the community with such tools. References [1] Acton, F. S.: Numerical Methods That Work. Math. Assoc. Amer., Washington D.C., (1990) [2] Chaillat, S. and Bonnet, M.: A new fast multipole formulation for the elastodynamic half-space green’s tensor. J. Comput. Phys., 256, 787–808 (2014) [3] See http://www.cims.nyu.edu/cmcl/cmcl.html . [4] Dutt, A. and Rokhlin, V.: Fast fourier transforms for nonequispaced data. SIAM J. Sci. Comput. 14 (1993) [5] Eremenko, A. and Yuditskii, P.: Uniform approximation of sgn(x) by polynomials and entire functions. J. Anal. Math. 101, 313–324 (2007) [6] Ewald, P.: Dir Berechnung optischer und elektrostatischer Gitterpotentiale. In Ann. Phys. 369, 253–287 (1921) [7] Fliege, J. and Maier, U.: A two-stage approach for computing cubature formulae for the sphere. 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SIAM Reviews, 48, 443–454 (2004)Title Suppressed Due to Excessive Length 23 [16] Lee, J.-Y. and Greengard, L.: The type 3 nonuniform fft and its application. J. Comput. Phys., 206, 1–5 (2005) [17] See http://www.cims.nyu.edu/cmcl/nufft/nufft.html . [18] See http://www.cims.nyu.edu/cmcl/fmm3dlib/fmm3dlib.html . [19] See http://www-user.tu-chemnitz.de/˜potts/nfft/ . [20] Weisstein, E. W.: Lanczos σ factor. Mathworld-A Wolfram Web Resource. http://mathworld.wolfram.com/LanczosSigmaFactor.html [21] Zolotarev, E. I.: Application of the elliptic functions to questions on functions of least and most deviation from zero. Bull. de l’Acad´emie de Sciences de St.-Petersbourg, 24(3) (1878)Using a binaural spatialization tool in current sound post-production and broadcast workflow Pierre Bézard1 , Matthieu Aussal2,3 , Matthieu Parmentier4 1Louis Lumière School for Cinema, 20 rue Ampère, 93213 La Plaine Saint-Denis CEDEX, France 2Centre de Mathématiques Appliquées de l’École Polytechnique, Route de Saclay, 91128 Palaiseau, CEDEX France (UMR7641) 3Digital Media Solutions, 45 Grande Allée du 12 février 1934, 77186 Noisiel, France 4France Télévisions, Innovations et Développement, 23 rue Leblanc, 75015 Paris, France Correspondence should be addressed to Pierre Bézard (❜❡③❛r❞♣❅❢r❡❡✳❢r) ❆❇❙❚❘❆❈❚ ❚❤✐s ♣❛♣❡r ❞❡s❝r✐❜❡s ❛♥ ❡①♣❡r✐♠❡♥t ❞❡s✐❣♥❡❞ t♦ st✉❞② t❤❡ ❞✐✛❡r❡♥❝❡s ❜❡t✇❡❡♥ ✺✳✶ ❛✉❞✐♦ ♣❧❛②❡❞ t❤r♦✉❣❤ ❧♦✉❞s♣❡❛❦❡rs ❛♥❞ ❤❡❛❞♣❤♦♥❡s ✐♥ ❜✐♥❛✉r❛❧✱ ❛♥❞ ❜❡t✇❡❡♥ ❝♦♠♣r❡ss❡❞✱ ❛♥❞ ✉♥❝♦♠♣r❡ss❡❞ ❛✉❞✐♦ ✜❧❡s✳ ❉✐❢✲ ❢❡r❡♥❝❡s ✐♥ t❡r♠s ♦❢ s♣❛t✐❛❧ ✐♠♣r❡ss✐♦♥ ❛♥❞ ♦❢ ♦✈❡r❛❧❧ q✉❛❧✐t② ♦❢ t❤❡ s♦✉♥❞ ❤❛✈❡ ❜❡❡♥ st✉❞✐❡❞✳ ❚❤✐s ❡①♣❡r✐♠❡♥t ✇❛s ♠❛❞❡ ✐♥ t❤❡ ❝♦♥t❡①t ♦❢ ✧◆♦✉✈❖s♦♥✧✱ ❛ ❘❛❞✐♦ ❋r❛♥❝❡ ✇❡❜s✐t❡ ❧❛✉♥❝❤❡❞ ✐♥ ▼❛r❝❤ ✷✵✶✸ ✭❤tt♣✿✴✴♥♦✉✈♦s♦♥✳r❛❞✐♦❢r❛♥❝❡✳❢r✴ ✮✱ ✇❤❡r❡ ❛✉❞✐♦ ❝♦♥t❡♥ts ❛r❡ ❛✈❛✐❧❛❜❧❡ ♦♥❧✐♥❡ ❜♦t❤ ✐♥ ♥❛t✐✈❡ ✺✳✶ ❛♥❞ ♣r♦✲ ❝❡ss❡❞ ✐♥ ❜✐♥❛✉r❛❧ ✉s✐♥❣ ❙♣❤❡r❆✉❞✐♦ s♦❢t✇❛r❡ ❜② ❉✐❣✐t❛❧ ▼❡❞✐❛ ❙♦❧✉t✐♦♥s✳ ■t ❛❧s♦ ❝♦♥❝❡r♥❡❞ t❤❡ ❇■▲■ Pr♦❥❡❝t✱ ❞❡❛❧✐♥❣ ✇✐t❤ ❇■♥❛✉r❛❧ ▲■st❡♥✐♥❣✱ ✐♥✈♦❧✈✐♥❣ ❘❛❞✐♦ ❋r❛♥❝❡✱ ❋r❛♥❝❡ ❚❡❧❡✈✐s✐♦♥s ❛♥❞ ❉▼❙✳ ❇✐♥❛✉r❛❧ ♣r♦❝❡ss✐♥❣ t❤❡♦r❡t✐❝❛❧❧② ❛❧❧♦✇s t❤❡ r❡♣r♦❞✉❝t✐♦♥ ♦❢ ✸❉ s♦✉♥❞ ✇❤❡♥ ❧✐st❡♥✐♥❣ t❤r♦✉❣❤ ❤❡❛❞♣❤♦♥❡s❀ ❤♦✇❡✈❡r✱ t❤✐s t❡❝❤♥♦❧♦❣② st✐❧❧ ❢❛❝❡s ✐ss✉❡s✳ ❚❤❡s❡ ❛r❡ ♥♦t ♦♥❧② ❞✉❡ t♦ t❤❡ ❛❝t✉❛❧ ❧✐♠✐ts ♦❢ r❡s❡❛r❝❤ ❛♥❞ ❞❡✈❡❧♦♣♠❡♥t✱ ❜✉t ❛❧s♦ t♦ t❤❡ ✇❛② ✇❡ ❧✐st❡♥ t♦ ❛♥❞ ❧♦❝❛❧✐③❡ s♦✉♥❞s✳ ❚❤✐s ❡①♣❡r✐♠❡♥t ❤❛s s❤♦✇♥ t❤❛t s♣❛t✐❛❧ ❝❤❛r❛st❡r✐st✐❝s✱ ❛s ✇❡❧❧ ❛s t✐♠❜r❡ ♦❢ t❤❡ s♦✉♥❞ ❛r❡ ♠♦❞✐✜❡❞✳ ❇❡s✐❞❡s✱ ♥♦ r❡❛❧ ❞✐✛❡r❡♥❝❡ ✐♥ t❤❡ ❧✐st❡♥❡r✬s ♣❡r❝❡♣t✐♦♥ ❤❛s ❜❡❡♥ ❢♦✉♥❞ ❜❡t✇❡❡♥ ❜✐♥❛✉r❛❧ ✉♥❝♦♠♣r❡ss❡❞ ✜❧❡s ❛♥❞ ❆❆❈ ✶✾✷ ❦❜♣s ❛s ✇❡❧❧ ❛s ▼P✸ ✶✾✷ ❦❜♣s ✜❧❡s✳ INTRODUCTION Binaural technologies are based on the fact that we localise sounds thanks to our audio filters called HRTFs (Head-Related Transfer Functions, [1], [2]), which characterise the way sound is modified by the morphology of the head and the outer ear, depending on the sound source position. This implies that HRTFs are different for each one of us. The basic principle of a binaural synthesis is to convolve a sound by the pair of HRTFs corresponding to any desired position (see Begault [3], pp. 95-100 and Nicol [4], pp. 119-125). When the resulting stereophonic signal is listened to with headphones, the sound should be perceived at this position. As this is only a perceptual effect involving virtual sound sources, there are some limitations, e.g. non-individualization of the HRTFs (see [4], pp. 132-139), spatial interpolation of the HRTFs where no data is available (see [5] and [6]), Fig. 1: The workflow used by Radio France for NouvOson. and inability to move the head relative to the sound. Indeed, head movements allow us to determine the position of a sound more precisely by ensuring a dynamic combination of filters (see Begault [3], pp. 39-40). For example, Wightman and Kistler have studied the resolution of front-back ambiguity with head movements [7]. AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 1Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow These limitations did not prevent binaural tools from being created and used as part of the BiLi project [8]. One of the concrete applications resulting from this consortium is NouvOson, on Radio France website, which consists in mixing audio content (music, radio dramas, documentaries...) in ITU 5.1 with loudspeakers, encoding in binaural with fixed HRTFs, converting to AAC 192 kbps, and uploading both the 5.1 and the binaural version (fig. 1). This workflow leads to some questions, as to the effects of the binauralisation before and after AAC conversion (see also [9] about binaural and bitrate reduction). Therefore, the goal of the experiment described in this paper is to evaluate the appreciation of the result by the listeners, as compared to the original 5.1 file. 1. DESCRIPTION OF THE EXPERIMENT 1.1. Software used The whole experiment was conducted using the software SpherAudio. This software computes binaural processing in the frequency domain to spatialise sounds in the 3D space for headphones, at any distance, azimuth and elevation. SpherAudio offers the use of ten different HRTFs that were selected from measurements on real people as part of the Listen project [10]. In this experimental protocol, the HRTF used was "Best matching 2", and a "room" setting was enabled at "order 3" with a 50% level. 1.2. Experimental protocol The experiment took place in a room of 7.40 m by 5.20 m and 2.30 m high. Curtains and blankets had been added so as to obtain a reverberation time inferior to 0.3 s, and to attenuate the influence of proper modes. Under normal conditions the level of background noise was approximately of 34 dBspl. The room had been arranged so that darkness prevented the subjects from seeing the loudspeakers or any other elements in the room. 23 subjects participated in the experiment, one at a time. They were seated behind a small desk, on a chair set at the "sweet spot" of the listening system. The experiment was divided into three parts: one using loudspeakers, one using headphones, plus a visual test for calibration: • The workflow used for NouvOson involves ITU 5.1, however the experiment on loudspeakers used ITU 5.0: indeed, low frequenties could compromise the accuracy of the localisation (see [11]). Moreover, very low frequencies are diffi- cult to play on headphones. Loudspeakers were DMS SR250 loudspeakers (http://www.dms- cinema.com/fr/products/), which frequency response had been compensated in the experimental room, by an equalization using a cinema processor. • For the experiment using headphones, Sennheiser HD650 headphones were used. • During the visual test, an operator with a laser pointer successively lit five marks in the darkness. The subjects had to indicate the positions of the light. The goal was to have an idea of the ability of the subject to visually transfer on paper his visual and aural perception of his environment, thus allowing an evaluation of the bias caused by this way of answering. In order to give the same explanations to every subject, a recorded explanation guided them through the whole experiment. During the audio parts, the subjects heard different stimuli containing multiple sounds ("sources"), and were asked to localise precise sources for each stimulus. They wrote on an answer sheet the positions of those sources (fig. 6). They had to draw the zones where they heard the sound, using a pencil, without any other constraint. On the paper was an image of their head as seen from the top of the room, and circles around it to help them evaluate the distance (this answer sheet was drawn after Zacharov [12]). Moreover, they had to globally evaluate the stimulus that they had heard, in terms of: • Feeling of precision ("sentiment de précision"), as evaluated between "badly-defined feeling" and "well-defined feeling"; • Legibility ("lisibilité"), as evaluated between "confused" and "distinct"; • Immersion ("sentiment d’immersion"), as evaluated between "bad" and "excellent"; • Sound colouring ("timbre/coloration"), between "dark" and "brilliant"; • Appreciation ("appréciation globale"), between "bad" and "excellent". AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 2 of 10Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow They evaluated these criteria on a scale of 0 to 7. The critera were chosen after the work of Zacharov [12], Berg and Rumsey [13] [14] [15] [16] and Rumsey [17] in order to be easily understood by the subjects, and to evaluate aspects of the sound which could have been impacted by the binauralisation process, or through the bitrate reduction process, thus reducing the listening pleasure of the auditors. For each subject, the two auditive parts of the experiment were separated by a minimum of 10 hours, in order to enable some rest and limit the effect of memories of the previous part of the experiment (what may be called a "learning effect"). 1.3. Listening test The experiment with loudspeakers consisted of three versions of the same stimuli used for the experiment with headphones: version 1 was the reference, version 2 and 3 were "delusion" versions, which were different from version 1 only by the position of the sounds. This aimed at confusing the memory of the subjects, and avoid a "learning effect". For the experiment with headphones, version 1 of the 5.0 mix was binauralized, and a few treatments added. We then obtained four binaural versions: • Binaural reference: the 5.0 stimuli had simply been binauralised using SpherAudio Headphones the same way as NouvOson, • Binaural hidden reference: a copy of the reference, that was played later on during the experiment, • Binaural AAC 192 kbps: the reference had been compressed into AAC using the same parameters as used for NouvOson, • binaural MP3 192 kbps: the reference had been compressed into MP3 using the software Audacity (and Lame Encoder), in order to offer a comparison using a widespread codec. Each version was set pseudo-randomly using a Latin square design: thus we obtained different series, each corresponding to a particular order of the sounds. The subjects undertook the experiment with one series with headphones and another one with loudspeakers. The subjects could play the sounds over and over as many times as they wanted, using a computer keyboard. They were also able to change the listening level, but they had no visual clue as to the actual level they were listening at. This was to ensure that they chose a listening level with their own ears, that made them feel comfortable. Moreover, to make sure that the subjects understood which sounds they were expected to localise, the sounds that could be ambiguous were played solo, in the center, before the corresponding stimuli (e.g. the bassoon, the lead guitar, the creaking branch...). 1.4. Stimuli The experiment was made using five stimuli, four of which attempted to represent contents that could be found on NouvOson: a voice, a forest environment, a rock music, a classical music, and a pink noise. As all the detailed work may be found in the original master thesis of the main author (see [18]), this paper will focus especially on the voice stimulus, which proved to be the most representative as to the results: Voice stimulus This stimulus consisted in four voices recorded without any environment sound: a young male voice, an elderly male voice, a young female voice, an elderly female voice. The four voices recited a children’s poem ("Le hareng saur", by Charles Cros [19]), one after the other, with transitions occurring in the middle of a sentence so that the subject could not anticipate these transitions. The subject had to localise the four voices. The poem was in French, which was a language spoken and understood by all the subjects. 2. RESULTS 2.1. Representing the results To represent the results of the experiment, we had to determine distances and angles of the areas drawn by the subjects on their answer sheets (fig.2). Almost all the subjects had represented the areas where they localised the sounds by drawing ellipses, or circles (particular case of ellipses), or points (zero-radius ellipses). We therefore modeled ellipses to represent the subjects’ answers. To make the results clearer, only the centers of gravity of the areas measured for every subjects are represented, for a given stimulus and for a given listening system (fig.3). These centers of gravity are represented on the same diagram as the one used for the answer sheets, except that this diagram is completed with the position of the loudspeakers. In addition to the centers of gravity, the mean AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 3 of 10Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow Fig. 2: A typical answer sheet: distances and angles were measured for each area drawn by the subjects. G represents the center of gravity of the area. center of gravity is represented for each sound; it symbolises the mean position where the sound (raven, guitar...) was localised by the subjects. On the same diagram, the variance ellipse is also represented: its halfradius Ra is proportional to the distance variance for all the centers of gravity, and its half-radius Rb is proportional to the azimuth variance for all the centers of gravity (see fig.3). 2.2. Results for the visual test Fig.4 shows the results for the visual test. This diagram leads to some observations: first of all, the accuracy of the representation of visual marks on a paper is not constant. It depends on the expected azimuth: the average error is more important for light 1 (-15 degrees of expected azimuth) or light 4 (155 degrees) than for light 2 or 3 (30 and 55), while the stimulus remained the same. The average error lies between 2 (for light 5) and 15 degrees (for light 1). We assume here that the results observed on one side of the subject can be transposed on the other side by symmetry. The authors are not yet able to fully explain the reasons of these errors, however, these results introduce what will be called a "drawing error" that shall be taken into account for the analysis of the results for the sound stimuli. 2.3. Diagrams for the voice The five diagrams for the voice stimulus are shown on fig.5. The first image on this figure illustrates the results for the stimulus heard using loudspeakers. Localization seems good, as the average azimuth error remains quite small (between 5 and 15 degrees for sources in front, on the LCR). It seems greater for stimuli located at the back Fig. 3: The representation of the results. Fig. 4: Results for the visual test. AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 4 of 10Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 5 of 10Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow Fig. 5: (5 diagrams above) Results for the visual test and for the entire test with the voice. of the subject (up to 42 degrees of error), but the "drawing error" that was revealed by the visual test has to be kept in mind (which would give 15 degrees of average error). The sounds are heard at the average distance of the loudspeakers. The second diagram and the next one allow a comparison between 5.0 over loudspeakers and binaural. Binauralisation causes a phenomenon of what may be called "crushing": the stereo image is larger in binaural than with loudspeakers, in front and in the back. We shall be cautious around this observation, as a similar "crushing effect" could already be observed in the visual test. Along with this, comes the impression that the sounds appear nearer in binaural than with loudspeakers. The results for the hidden reference show that the accuracy of the results for the binaural sounds is approximately 10 degrees. The measured distances, however, show variations that do not seem to follow any logic. It seems that distances were overall perceived with more coherence and regularity on loudspeaers than in binaural. The results for the binaural in AAC and in MP3 show differences from the reference, but these differences are between the results for the reference and for the hidden reference. Furthermore, the "drawing error" and the fact Fig. 6: Answer sheet used by the auditors to indicate where they located the sounds. They also had to evaluate the stimulus with the scales, and they could write comments. AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 6 of 10Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow Fig. 7: An illustration of the results with loudspeakers. Notice the accuracy of localization for sources at the center (voice). that the answer sheet itself bears few benchmarks, do not allow a very precise analysis of the results. Therefore, differences between the results in AAC 192kbps, in MP3 192kbps, and for the reference, do not seem significant. 2.4. Results for the other stimuli The analysis of the results for other stimuli provides more information. When using loudspeakers, when a sound can be expected to be located by the subjects between two loudspeakers, it seems instead to be located near, or at the position of, the nearest loudspeaker (see the flute and the bassoon in fig.7). Figure 7 also shows the great accuracy of localization for the sounds that are located precisely at the center. We also notice a few cases of "inside-the-head" localisation (IHL), which seem to occur only for sounds at the center (fig.8, for the voice). We can also notice that the results seem to depend on the considered stimulus: on fig.8, the flute and the bassoon were expected more or less at the same angle in relation to the center. Yet the bassoon is located much more to the side than the flute, and the variance ellipse is much bigger for the bassoon. Fig. 8: An illustration of the IHL for sources at the center (voice), and of the dependence on the type of stimulus (flute and bassoon). AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 7 of 10Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow 2.5. Results for the scales We will show here the box plot that was obtained for the voice stimulus. These results are representative of what was observed for all scales. It can be noticed that the results are not always the same for the reference and the hidden reference. The difference may reach 0.5 point, e.g. for the accuracy or immersion criteria. Differences inferior to 0.5 point therefore could hardly be considered significant for our analysis. Overall the accuracy is considered a little better when using loudspeakers (1 to 1.5 point when compared to any binaural version). Immersion is considered globally as satisfying in binaural as it is with loudspeakers, if not more so (for some stimuli, such as classical music). Legibility tends to be considered a bit less satisfying in binaural than with loudspeakers, but the difference seems hardly significant. Sound coloring seems different in binaural and with loudpseakers: sounds seem to carry more low-frequencies in binaural encoded with SpherAudio. However, this criterium depends on the frequency response of the headphones that were used, compared to the one of the loudspeakers. Differences between the reference and the other binaural versions do not exceed 0.5 point. Finally, appreciation seems to be as good in binaural as it is using loudspeakers. There seems to be no significant differences between the binaural versions. 3. CONCLUSION This experiment showed significant differences in the feelings of the auditors, between a 5.0 mix and its binaural version by SpherAudio, when used with the same workflow as for NouvOson. Some artifacts were noticed in binaural: • An overestimation of the azimuth of the sources ("crushing"), with cases of front-back confusions, • In-head localisation for sounds located in the median plane, • An influence of the considered azimuth, • An influence of the nature of the stimulus. The binaural version of the 5.0 mix also seems to show a low-frequency enhancement sensation when compared to a listening through loudspeakers. However, the listening seems as pleasant for the listeners in binaural as it is using loudspeakers (especially in terms of immersion). When compared to the differences between the binaural reference and the hidden reference, differences between binaural in WAV, in AAC 192 kbps and MP3 192 kbps do not appear to be significant. The origin of the differences between native 5.0 and binaural is not easy to determine. They can be due to the experimental protocol (such as the choice of the loudspeakers and of the headphones, as well as the type of answer sheet provided), but they may also be due to the limitations linked with the mechanism of auditory perception. Due to the uncertainty of the binaural rendering of a 5.0 sound, the sound engineer and his subjective hearing have a role to play in the binauralisation process of a 5.0 mix. Moreover, the limits of binaural technologies are being pushed back by current progress in research (e.g. head tracking systems: see Perdersen and Jorgensen [20]), and they may not prevent binaural from becoming an effi- cient way to create full 3D sound experiences reproduced through a simple headset. 4. ACKNOWLEDGMENTS This research was made as part of a thesis made at Louis Lumière school for cinema. It was supported by Digital Media Solutions. The authors wish to thank Hervé Roux, CEO of Digital Media Solutions, The Digital Media Solutions Audio 3D team, Edwige Roncière, Hervé Déjardin and Frédéric Changenet from Radio France, Matthieu Parmentier from the BiLi project, Jean Rouchouse from Louis Lumière school for cinema, Brian Katz from the LIMSI-CNRS, and Louise Molière for her help in writing this article. 5. REFERENCES [1] J. Blauert. Spatial Hearing (revised edition). The MIT Press, 1997. [2] C. I. Cheng and G. H. Wakefield. Introduction to Head-Related Transfer Functions (HRTFs): Representations of HRTFs in Time, Frequency, and Space. In Audio Engineering Society Convention 107, Audio Engineering Society, 1999. [3] D. R. Begault. 3-D Sound for Virtual Reality and Multimedia. NASA, Ames Research Center, Moffett Field, California, 2000. AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 8 of 10Bézard et al. Evaluation of binaural spatialization in broadcast workflow Fig. 9: Results for the scales, voice stimulus. [4] R. Nicol. Représentation et perception des espaces auditifs virtuels, Mémoire d’Habilitation à Diriger des Recherches. Master’s thesis, 2010. [5] M. Aussal, F. Alouges, and B. F. G. Katz. HRTF interpolation and ITD personalization for binaural synthesis using spherical harmonics. In 25th AES UK Conference: Spatial Audio in Today’s 3D World, York, 2012. [6] M. Aussal, F. Alouges, and B. F. G. Katz. A study of spherical harmonics interpolation for HRTF exchange. 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AES 57TH INTERNATIONAL CONFERENCE, Hollywood, CA, USA, 2015 March 6–8 Page 10 of 10Proceedings of Meetings on Acoustics Volume 19, 2013 http://acousticalsociety.org/ ICA 2013 Montreal Montreal, Canada 2 - 7 June 2013 Psychological and Physiological Acoustics Session 1pPPa: Binaural Hearing and Binaural Techniques I 1pPPa2. A study of spherical harmonics interpolation for HRTF exchange Matthieu Aussal*, François Alouges and Brian Katz *Corresponding author's address: Digital Media Solutions, 45 grande allée du 12 février 1934, Noisiel, 77186, Seine et marne, France, matthieu.aussal@dms-cinema.com Today, there exists a growing number of publicly available HRTF datasets, with each set often proposing a unique variation on the spatial discretization measurement grid. These various grids, typically determined by the mechanical system employed, result in datasets which are not directly comparable or exploitable. To alleviate the limitation of incompatible grids and assist in the adaptation of measurements performed on one grid to another, facilitating the inter-exchange of HRTF sets, a fixed radius HRTF interpolation method is proposed. The approach is based on a decomposition of the sound field using spherical harmonics, allowing for a global spatial recomposition. A high spatial density HRTF was used as a test case for evaluating the interpolation method, and a series of measures are employed to quantitatively compare the quality of the interpolation as theoretical laws. Published by the Acoustical Society of America through the American Institute of Physics Aussal et al. © 2013 Acoustical Society of America [DOI: 10.1121/1.4800216] Received 23 Jan 2013; published 2 Jun 2013 Proceedings of Meetings on Acoustics, Vol. 19, 050010 (2013) Page 1 Redistribution subject to ASA license or copyright; see http://acousticalsociety.org/content/terms. Download to IP: 129.104.4.248 On: Thu, 03 Jul 2014 17:18:58INTRODUCTION Head-Related Transfers Functions (HRTF) are the main acoustical signature of spatial hearing, characterizing firstly interaural information as Interaural Time Difference (ITD) and Interaural Level Difference (ILD), and secondly spectral deformation undergone by a sound wave as it impinges on the listener. In theory, knowledge of those functions offers the ability to synthesize a natural listening experience over headphones, typically called binaural synthesis. In practice, HRTFs are mainly measured in laboratory conditions and each system often has is own unique set-up. Therefore, to allow definition of a universal exchange format, there is a need for automatic spatial interpolation of those functions. In this study, interpolation algorithms based on spherical harmonic decomposition are the focus. Well known theoretical principles are first introduced before proposing a method for interpolation validation. Finally, theoretical laws are discussed, in agreement with numerical computation, to predict a domain of effectiveness of this type of interpolation. MATHEMATICAL REMINDERS As the theoretical background for spherical harmonic interpolation is well introduced in many previous studies, we provide here only several simple mathematical reminders. The curious reader may refer to reference articles as [1, 2, 3, 4, 5]. Theoretical construction of spherical harmonics basis Spherical harmonics Y m l can be introduced as the the trace on the unit sphere S2 of harmonic homogeneous polynomials of degree l [6]. So let ∀l ∈ N, −l ≤ m ≤ l, and −1 < x < 1, Pm l the Legendre function associated to Legendre polynomials Pl, defined by: Pm l (x) = (−1)m(1− x2) m/2 dm dxm Pl(x). (1) In spherical coordinates (r,θ,φ) with colatitude convention, the family (Y m l ) defined by: Y m l (θ,φ) = 2l +1 4π (l − m)! (l + m)! Pm l (cos(φ))eimθ (2) form an orthonormal basis of L2(S2), which diagonalizes the Laplace Beltrami operator Δ on the sphere S2: ΔY m l + l(l +1)Y m l = 0. (3) Thus, any function u ∈ L2(S2) can be written as: u(θ,φ) = l,m αm l Y m l (θ,φ) (4) where αm l are the expansion coefficients. Theoretical problem resolution In numerical practice [2], summation is truncated at a fixed value L called the truncation number, in such a way that αm l = 0 ∀l > L. After that, there is a total of M = (L+1)2 terms in spherical decomposition Eq. (4). Then, for a discrete set of measurements u(θ,φ) known at N spatial position {u1,...,uN } on the sphere S2, the M unknowns αm l are fitted by writing a linear system of equations: (ui)i∈[1,N] = (u(θi,φi))i =  ( L l,m αm l Y m l (θi,φi)  i  Yα = U (5) where Y is the N × M left hand side, α the unknowns vector, and U the right hand side. To smooth solutions and avoid numerical instabilities, a Tikhonov regularization is employed as in [2, 4], carefully chosen for the given problem. In general, this regularization is performed by a minimization of the norm of the standard data or their variations. In our particular case, as α is the weighting vector of spherical harmonics, “low” spatial frequencies have to be emphasize to avoid abrupt variations. The linear system of Eq. (5) then becomes: (YTY +D)α = YTU (6) with Di j = (1 + l(l + 1))δi j, l the degree of the corresponding spherical harmonic Y m l , and  ∈ [0,1]. Aussal et al. Proceedings of Meetings on Acoustics, Vol. 19, 050010 (2013) Page 2 Redistribution subject to ASA license or copyright; see http://acousticalsociety.org/content/terms. Download to IP: 129.104.4.248 On: Thu, 03 Jul 2014 17:18:58 Contrˆole de la puissance pour les r´eseaux sans fil Dat-Duong PHAN To cite this version: Dat-Duong PHAN. Contrˆole de la puissance pour les r´eseaux sans fil. Automatic. Universit´e de Poitiers, 2014. French. HAL Id: tel-01095640 https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01095640 Submitted on 15 Dec 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.Université de Poitiers Travaux Scientifiques présentés à l’Université de Poitiers en vue de l’obtention du Diplôme de Doctorat par Dat Duong Phan Contrôle de la puissance pour les réseaux sans fil Soutenue publiquement le vendredi 5 décembre 2014 Jury Rapporteurs : Jean-Pierre Barbot Professeur à l’ENSEA Christophe Prieur DR CNRS au GIPSA-lab Examinateurs : Jean-Pierre Richard Professeur à l’École Centrale de Lille Rodolphe Vauzelle Professeur à l’Université de Poitiers Patrick Coirault Directeur de thèse Professeur à l’Université de Poitiers Emmanuel Moulay Co-encadrant de thèse CR CNRS XLIM-SICRemerciements Dans un premier temps, je tiens à remercier Monsieur Patrick COIRAULT- mon directeur de thèse et Monsieur Emmanuel MOULAY- mon Co-encadrant, qui m’ont encadré tout au long de mes travaux de recherche. Merci pour le temps qu’ils m’ont consacré et pour leur soutien constant. Qu’ils trouvent ici l’expression de ma profonde reconnaissance, pour leurs remarques et conseils scientifiques, leur aide, et leur patiente face aux difficultés que j’ai rencontré pendant mon travail de thèse. Je voudrais remercier Monsieur Rodolphe VAUZELLE, Monsieur Pierre COMBEAU, Monsieur Frédéric LAUNAY et Madame Anne-Marie POUSSARD pour leurs conseils. Les discussions scientifiques avec eux m’ont été très utiles pour mes recherches. Je remercie également Monsieur Christian CHATELLIER, Monsieur Patrick PAILLER et Monsieur Yoann HILAIRET de la société Wytek, pour avoir, non seulement mis à ma disposition leur matériel pour les besoins pratiques de mes travaux, mais aussi pour les explications et les conseils qu’ils m’ont prodigués. Je tiens à remercier également Monsieur Jean-Pierre RICHARD et Monsieur Rodolphe VAUZELLE pour l’intérêt qu’ils ont porté à mes travaux de recherche en acceptant de participer à mon jury. Je remercie profondément Monsieur Jean-Pierre BARBOT et Monsieur Christophe PRIEUR, d’avoir accepté d’être rapporteurs de mes travaux. Merci pour leur lecture et leurs remarques qu’ils ont porté à mon mémoire. Ces quelques lignes sont dédiées à ma famille. J’adresse un grand merci à mes parents et à ma sœur qui m’ont encouragé et soutenu dans les moments difficiles. Enfin, je ne remercierai jamais assez ma femme pour m’avoir accompagné, aidé et soutenu tout au long du difficile parcours de la thèse, ainsi que mon fils qui illumine désormais nos vies.Table des matières Introduction générale 1 Abréviation 3 1 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil 7 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Les réseaux sans fil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.1 Définition des réseaux sans fils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.2 Le réseau de téléphonie mobile et la norme LTE . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.2.1 Le réseau de téléphonie mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.2.2 La norme LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.3 Le WLAN et la norme WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.3.1 Le WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.3.2 La norme WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.4 Le WSN et la norme ZigBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.4.1 Le WSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.4.2 La norme ZigBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2.5 L’architecture du modèle OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3 Chaîne de transmission numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3.1 Codage de source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.2 Codage de canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.3 Modulation et démodulation numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.4 Canal de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3.4.1 Canal de propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3.4.2 Modèles de canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.3.4.3 Temps de cohérence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.4 Les Indicateurs de QoS au niveau de la couche physique . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.1 Le SINR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.2 Le BER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.3 Le RSSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.5 Problématiques autour des réseaux sans fil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.5.1 Efficacité énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.5.2 Amélioration de la QoS par le contrôle de la puissance . . . . . . . . . . . 26 1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27vi TABLE DES MATIÈRES 2 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique 29 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2 Algorithme TPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.1 Algorithme 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2.2 Algorithme 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2.3 Algorithme 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3 Modèle dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.1 Équation de l’évolution du SINR en LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.2 Équation du SNR pour les WLANs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.3.3 Équation du RSSI pour les WSNs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : synthèse d’une loi de commande 43 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.2 La stabilité d’un système discret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2.2 La stabilité d’un système linéaire discret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2.3 Stabilité au sens de Lyapunov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3 Contrôle anti-windup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3.1 Position du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3.2 Recherche d’un correcteur Kc stabilisant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.3.3 Prise en compte de l’anti-windup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3.4 Résultats de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4 La MPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.4.1 Commande prédictive sans contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.4.2 Commande prédictive sous contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.5 Construction de la PFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5.1 Système nominal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5.2 Système perturbé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.5.2.1 Système perturbé avec k1 = − 1 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.5.2.2 Système perturbé avec −1 2 < k1 < 0 . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.5.3 Systèmes avec entrée retardée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5.3.1 Transformation d’Arstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.5.3.2 PFC avec entrée retardée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4 Essais numériques et expérimentaux 71 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2 Résultats de simulation en LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3 Résultats de simulation pour les WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.4 Résultats expérimentaux pour le WSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Conclusion générale et perspectives 85Table des figures 1.1 (a) Réseau cellulaire avec une antenne omnidirectionnelle ; (b) Réseau cellulaire avec une antenne directionnelle ; (c) Réutilisation des fréquences dans le réseau cellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Structure d’une trame en LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3 Ressource . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 Les topologies du réseau WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.5 (a) Trame de demande ; (b) trame de rapport pour le contrôle de puissance . . . 14 1.6 Architecture d’un WSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.7 La topologie du réseau ZigBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.8 Architecture du modèle OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.9 Principe d’une chaîne de transmission numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.10 Phénomènes de propagation de l’onde radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.11 Evanouissement du signal reçu dans un canal radio mobile . . . . . . . . . . . . . 21 1.12 BER vs SNR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1 Prise en compte du retard de propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2 L’algorithme TPC pour les WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3 La communication de la liaison montant en LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.4 Schéma bloc du système de contrôle de la puissance en LTE . . . . . . . . . . . . 38 3.1 Illustration géométrique de la fonction de Lyapunov . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2 Système en boucle fermée avec anti-windup sur la sortie . . . . . . . . . . . . . . 48 3.3 La perturbation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.4 Le correcteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.5 La sortie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.6 L’entrée et la sortie du système double intégrateur. . . . . . . . . . . . . . . . . . 54viii TABLE DES FIGURES 3.7 L’entrée et la sortie du double intégrateur avec une contrainte sur la commande. . 55 3.8 L’entrée et la sortie du double intégrateur sous contraintes sur la commande et l’état. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.9 (a) : u(n) en fonction de x(n); (b) : x(n + 1) en fonction de x(n) . . . . . . . . . 59 4.1 Le BLER vs SINR (dB) pour différents types de modulation [72] . . . . . . . . . 72 4.2 Le SINR d’UE avec une vitesse de déplacement de 5km.h −1 . . . . . . . . . . . . 73 4.3 Le SINR d’UE avec une vitesse de déplacement de 260km.h −1 . . . . . . . . . . . 73 4.4 Le SINR d’UE avec une vitesse de déplacement de 260km.h −1 , sans prendre en compte les retards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.5 Temps d’exécution pour une période de temps simulé de 10s . . . . . . . . . . . . 74 4.6 Le BER vs SNR pour différents types de modulation . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.7 Evolution de SINR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.8 SINR avec la commande PFC, k1 = −0.05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.9 Temps d’exécution pour une période de 1000s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.10 Le WSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.11 Site de l’expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.12 RSSI vs puissance de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.15 Evolution de la puissance émise et du RSSI pour le capteur WS3 avec la condition initiale de 8dBm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.13 Evolution de la puissance émise et du RSSI pour le capteur WS1 avec la condition initiale de 8dBm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.16 Evolution de la puissance émise et du RSSI pour le capteur WS4 avec la condition initiale de 8dBm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.14 Evolution de la puissance émise et du RSSI pour le capteur WS2 avec la condition initiale de 8dBm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.17 Temps d’exécution des contrôleurs sur une période de temps d’une journée . . . . 82 4.18 Evolution de la puissance d’émission et du RSSI pour le capteur WS4 avec obstacle 83 4.19 Comsomation énergétique d’un capteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Liste des tableaux 1.1 Les types de modulation utilisés en LTE, WiFi, et ZigBee . . . . . . . . . . . . . 20 2.1 Tableau ATPC au nœud numéro 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.1 Les paramètres de simulation en LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2 Valeurs des paramètres bi pour le WSi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.3 Puissance de transmission pour chaque capteur WSi . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.4 Economie d’énergie avec la commande PFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84x LISTE DES TABLEAUXINTRODUCTION GÉNÉRALE Motivation des travaux Aujourd’hui, la communauté scientifique s’intéresse de plus en plus à l’utilisation de méthodes avancées de l’automatique, que ce soit en identification ou en commande, pour répondre à des problèmes liés aux télécommunications. Il apparaît en effet que les réseaux de communication constituent un domaine dans lequel l’automatique peut apporter une contribution significative [10, 70, 65]. Par exemple, le problème de la sécurité des réseaux communication a été abordé par une approche automaticienne dans [95]. Dans [73, 32, 41] les auteurs ont développé une stratégie de contrôle pour les systèmes distants à travers le réseau internet. Parmi les problèmes posés, le contrôle de la puissance dans les réseaux sans fil peut être traité par des approches issues de l’automatique. Le contrôle de la puissance doit satisfaire trois objectifs principaux : – assurer une bonne Qualité de Service QoS (Quality of Service) entre l’émetteur et le récepteur, – réduire la consommation énergétique des nœuds de communication, – réduire la pollution électromagnétique pour répondre aux contraintes environnementales. En effet, l’impact d’un champ électromagnétique sur la santé humaine est un domaine de recherche actif [1, 2]. C’est ce problème qui a motivé ce travail. L’objectif est de concevoir une nouvelle commande permettant d’une part d’améliorer la QoS, et d’autre part de réduire la puissance de transmission des nœuds. L’amélioration de la QoS est une question cruciale en télécommunication. Il s’agit de garantir la continuité du lien radio entre l’émetteur et le récepteur et de respecter un débit minimum dépendant de l’application. La réduction de la puissance de transmission diminue globalement les interférences des autres appareils. Elle permet également de diminuer la consommation énergétique des nœuds et donc d’augmenter leur autonomie. Ce dernier point est d’autant plus crucial que le volume des données échangées est important. En effet, dans un réseau sans fil, l’impact d’une réduction de puissance de transmission d’un nœud se fait essentiellement sentir durant la phase de transmission des données. Un autre point important pour un système embarqué porte sur la simplicité de la stratégie de contrôle. Une commande simple aura un temps d’exécution réduit, ce qui peut être un facteur important pour certaines applications. Notons par exemple le cas du LTE (Long Term Evolution) où la commande est rafraîchie toutes les millisecondes et où le nombre de nœuds est important. La simplicité de la commande est un des critères que nous retiendrons pour le contrôle de la puissance.2 Introduction générale Positionnement des travaux Depuis plusieurs années, le développement croissant des réseaux sans fil et le problème de l’autonomie énergétique des nœuds communicants a encouragé la communauté scientifique à développer plusieurs stratégies de contrôle de la puissance de transmission pour la liaison montante [22, 28, 42, 76, 82, 83, 88, 93]. On peut citer entre autres la stratégie TPC qui est basée sur une approche algorithmique. Elle a été développée pour la nouvelle norme LTE [53, 55, 79, 2]. D’autres algorithmes optimisés pour les normes WiFi et ZigBee ont été respectivement proposés dans [75, 38, 51] et [14, 45, 5]. Certains de ces algorithmes seront détaillés dans le chapitre 2. Notre travail se situe dans le cas particulier des réseaux cellulaires, pour lequel les nœuds ne communiquent qu’avec un nœud central, appelé coordinateur dans le cas des réseaux de capteurs, ou station de base pour les réseaux de téléphonie. Nous montrerons que dans ce cadre, le contrôle de la puissance pour la liaison montante peut être modélisé comme un problème de stabilisation d’un système SISO linéaire discret avec une contrainte sur l’état et un retard sur la commande, et soumis à une perturbation bornée. Nous présenterons différentes techniques de commande existantes susceptibles de résoudre ce problème de stabilisation. Nous montrerons qu’aucune ne satisfait pleinement à l’ensemble des critères définis précédemment. C’est pourquoi nous proposerons une nouvelle approche basée sur une commande par potentiel dénommée PFC (Potential Feedback Control). À l’origine, le PFC a été développée pour des applications liées à la robotique pour éviter les collisions avec des obstacles [66, 56, 44]. L’idée était de mettre en place un potentiel virtuel répulsif autour des obstacles. Nous avons repris cette idée et nous l’avons adaptée à notre problème. Nous montrerons que le PFC, qui est une commande non linéaire, assure que pour un système SISO discret la sortie du système reste toujours supérieure à une limite inférieure. La principale difficulté de cette stratégie est due à la non linéarité introduite par la commande. La preuve de stabilité sera obtenue en utilisant la théorie de Lyapunov. Présentation du mémoire Ce mémoire s’articule autour de quatre chapitres : Chapitre 1 Le premier chapitre introduit les notions de base utiles pour la compréhension des réseaux sans fil. Nous présenterons les différents types de réseaux sans fils, tels que le réseau de téléphonie cellulaire, le réseau local WLAN, le réseau de capteurs WSN et nous donnerons un bref aperçu des normes de communication associées telles que le LTE, le WiFi et le ZigBee. Nous décrirons ensuite le modèle OSI qui est commun à tous ces réseaux. Nous détaillerons par la suite la chaîne de communication classique, en insistant particulièrement sur la couche physique et le canal de transmission. Nous nous intéresserons également aux indicateurs de QoS au niveau de la couche physique. Enfin, nous présenterons les problématiques propres aux réseaux sans fil telles que l’efficacité énergétique et l’amélioration de la QoS par le contrôle de la puissance.Introduction générale 3 Chapitre 2 Le deuxième chapitre propose une étude bibliographique sur les algorithmes de contrôle de la puissance actuellement utilisés en télécommunication. Ces algorithmes sont basés sur des indicateurs de QoS et une valeur de QoS minimale en-dessous de laquelle le lien radio est coupé. Nous proposerons ensuite une modélisation des réseaux cellulaires pour le contrôle de la puissance. Le modèle dynamique obtenu est linéaire et discret, SISO, et présente dans le cas général un retard sur la commande. Sa sortie est perturbée par un bruit borné. Chapitre 3 Le troisième chapitre débute par un bref rappel de la stabilité au sens de Lyapunov pour un système discret. Nous présenterons ensuite deux techniques de commande applicables à un système linéaire discret avec contrainte sur l’état. La première méthode envisagée est une commande avec un mécanisme d’anti-windup sur l’état. Cette technique est couramment utilisée lorsque la commande du système est saturée. Nous en proposons une adaptation dans le cas d’une contrainte sur l’état. La deuxième approche envisagée est une technique MPC, bien adaptée aux problèmes présentant des contraintes sur l’état et la commande. Nous montrerons cependant que ces deux techniques ne sont pas forcément bien adaptées à notre problème. Nous proposerons en dernière partie une approche originale basée sur une commande par potentiel (PFC) qui répond à la fois aux critères de simplicité de mise en œuvre et de contrainte. Chapitre 4 Le quatrième chapitre est dédié aux résultats numériques et expérimentaux de contrôle de puissance. Une comparaison des trois commandes développées précédemment, à savoir la TPC, la MPC et le PFC, permet d’évaluer leurs performances respectives en termes de temps d’exécution et de respect de la contrainte. Les résultats de simulation pour les normes LTE et WiFi sont exposés tandis qu’un résultat expérimental est donné pour la norme ZigBee. Une conclusion et quelques perspectives seront données à la fin de ce manuscrit.4 Introduction généraleABRÉVIATION AP Access Point ASK Amplitude-shift keying ATPC Adaptive Transmission Power Control BER Bit Error Rate BLER Block Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying BSS Basic Service Set CCK Complementary Code Keying CQI Channel Quality Indicator CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CDMA Code Division Multiple Access FDMA Frequency Division Multiple Access FFD Full Function Device GSM Global System for Mobile communications IBSS Independent Basic Service Set LLC Logical Link Control LQG Linear Quadratic Gaussian MAC Media Access Control MCS Modulation and Coding Scheme MPC Model Predictive Control NLOS Non Line Of Sight OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access OSI Open Systems Interconnection PAPR Peak-to-Average Power Ratio PFC Potential Feedback Control PID Proportional Integral Derivative PUSCH Physical Uplink Shared Channel PUSCH The Physical Uplink Shared Channel QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase-Shift Keying RFD Reduced Function Device6 Abréviation RSSI Received Signal Strength Indication SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access SINR Signal to Interference plus Noise Ratio SNR Signal to Noise Ratio SRS Sounding Reference Signal STA Station TDMA Time Division Multiple Access TPC Transmit Power Control UE User Equipment UMTS Universal Mobile Telecommunications System WLAN Wireless Local Area Network WSN Wireless Sensor NetworkChapitre 1 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil 1.1 Introduction Le déploiement des réseaux sans fil est en pleine expansion depuis quelques années. Ces réseaux sont constitués de nœuds distribués géographiquement. Chaque nœud est autonome et dispose de propriétés de mesure de son environnement et de communication radio. Les applications de ces réseaux sont multiples : téléphonie, médicales, véhicules communicants, surveillance de l’environnement, ... On peut distinguer deux classes de réseaux, suivant que les nœuds communiquent directement avec un nœud central (topologie en étoile) ou transmettent l’information de proche en proche (ré- seaux routés). Pour les deux classes, les nœuds sont alimentés par des batteries et disposent d’une autonomie énergétique limitée. La principale cause de dépense énergétique est la communication radio. Il est donc crucial de limiter la puissance de transmission sur chaque nœud. Néanmoins, si la puissance de transmission est trop faible, la communication sera mauvaise avec un taux d’erreur binaire (BER) élevé. Elle nécessitera des retransmissions, ce qui n’est pas efficace en terme d’économie d’énergie. D’un autre côté, transmettre avec une puissance élevée assure une bonne communication mais est également énergivore. Il faut donc contrôler la puissance d’émission de chaque nœud pour se placer à un minimum de puissance tout en conservant une bonne liaison radio. L’objectif de ce chapitre est d’introduire les notions de base en télécommunication afin de faciliter la compréhension de ce document et de présenter la problématique du contrôle de la puissance pour les réseaux sans fil. Ce chapitre est donc organisé de la façon suivante : dans la section 1.2 sont décrits les réseaux sans fil, en particulier les réseaux cellulaires de téléphonie et les réseaux de capteurs WLAN et WSN. Dans la section 1.3 nous présentons le principe d’une chaîne de transmission numérique en insistant sur les descriptions de la couche physique et du canal de transmission. La notion de qualité de service QoS au niveau de la couche physique sera introduite dans la section 1.4. Enfin, la problématique du contrôle de la puissance est présentée dans la section 1.5.8 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil 1.2 Les réseaux sans fil 1.2.1 Définition des réseaux sans fils Les réseaux sans fil sont des réseaux informatiques ou numériques dont les nœuds sont connectés par radio. L’information véhiculée entre l’émetteur et le récepteur n’utilise pas de canal guidé. Les réseaux sans fil présentent une infrastructure légère qui limite l’installation d’un câblage dans les locaux. Les autres avantages d’un réseau sans fil sont la mobilité et la flexibilité. Un utilisateur peut se connecter à un réseau existant et se déplacer librement tant qu’il reste sous la couverture radio du réseau. La flexibilité des réseaux sans fil se traduit par la rapidité de déploiement. Il existe différents types de réseaux sans fil, tels que les réseaux de téléphonie mobile, les réseaux ad’hoc et les réseaux de capteurs. 1.2.2 Le réseau de téléphonie mobile et la norme LTE 1.2.2.1 Le réseau de téléphonie mobile Un réseau de téléphonie mobile est un réseau sans fil distribué dans des zones terrestres appelées cellules. Chacune est desservie par au moins une station de base, qui connecte les appareils mobiles au réseau. L’assemblage de ces cellules fournit une couverture radio sur une large zone géographique. Cela permet à un grand nombre d’appareils portables de communiquer les uns avec les autres partout dans la zone de couverture en passant par les stations de base, même si certains des mobiles se déplacent d’une cellule à l’autre. Les opérateurs de télécommunication ont déployé des réseaux de téléphonie mobile sur la plupart des surfaces habitables de la planète. Cela permet aux utilisateurs de téléphones mobiles et d’appareils informatiques de se connecter au réseau téléphonique et à internet. Les stations de base peuvent être équipées d’antennes omnidirectionnelles ou d’antennes directionnelles. Une station de base équipée d’antennes omnidirectionnelles est placée au centre d’une cellule. Elle transmet un même signal pour tous les mobiles. Une station de base équipée d’antennes directionnelles est placée aux coins de l’hexagone où trois cellules convergent. Chaque station de base comporte trois ensembles d’antennes directionnelles qui visent trois directions différentes avec 120 degrés pour chaque cellule (totalisant 360 degrés) et la réception/transmission dans trois cellules différentes à des fréquences différentes. Ceci permet d’obtenir un minimum de trois canaux, et trois stations de base pour chaque cellule, ce qui augmente la probabilité de recevoir un signal utilisable à partir d’au moins une direction. Les figures 1.1 (a) et (b) illustrent la différence entre une cellule avec une antenne omnidirectionnelle et celle avec une antenne directionnelle.1.2 Les réseaux sans fil 9 Figure 1.1 – (a) Réseau cellulaire avec une antenne omnidirectionnelle ; (b) Réseau cellulaire avec une antenne directionnelle ; (c) Réutilisation des fréquences dans le réseau cellulaire La principale caractéristique d’un réseau de téléphonie mobile est sa capacité à réutiliser des fréquences pour augmenter sa couverture et sa capacité. Chaque cellule utilise une bande de fréquences différentes de celles des cellules voisines afin d’éviter toute interférence. Cette bande de fréquence peut cependant être utilisée par une cellule non adjacente. La figure 1.1 (c) représente un exemple de réutilisation des fréquences. Nous constatons que la bande de fréquence F1 est utilisée dans deux cellules séparées par les cellules utilisant la bande de fréquence F2, F4. La réutilisation de fréquences est également appelée la réutilisation de canaux. 1.2.2.2 La norme LTE Les premiers systèmes de communication mobile ont été commercialisés dans les années 1980 et sont connus sous la dénomination de systèmes de première génération (1G). La 1G utilisait la technologie analogique et différentes solutions technologiques ont été développées indépendamment dans le monde entier en l’absence d’espace normatif. Le premier réseau de téléphonie mobile commun au monde entier a été normalisé grâce à la coopération entre les communautés de télécommunication. C’est le système dit de deuxième génération (2G) plus connu sous le nom de GSM (Global System for Mobile communications). Contrairement à la 1G, la 2G utilise la technologie de communication numérique. Avec les progrès de la technologie des téléphones mobiles qui a conduit à la miniaturisation des terminaux et à une augmentation de leur autonomie, la norme GSM a connu un succès qui a dépassé les attentes initiales et qui a contribué à créer un nouveau marché. Le GSM a permis d’avoir une communication téléphonique simple et fiable, ce qui n’était pas possible auparavant. À ses débuts, la 2G ne fournissait que des communications vocales et SMS. Dans ses versions ultérieures, de nouvelles capacités ont été introduites pour supporter la transmission de données. L’union internationale des télécommunications a ouvert la voie de l’évolution vers la 3G, l’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Bien que la technologie 3G a augmenté de manière significative les débits, la pléthore d’applications et de services mobiles nécessite le déploiement d’un nouveau système : le LTE. La norme LTE10 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil supporte une bande passante flexible entre 1.4 MHz et 20 MHz et fournit un débit théorique jusqu’à 300 Mbps pour le lien descendant et 50 Mbps pour le lien montant [72]. De plus, le LTE améliore le temps de latence (le temps nécessaire pour faire un aller-retour entre émetteur et récepteur) proche de 10 ms (contre 70 ms à 200 ms en UMTS). La norme LTE utilise le procédé de codage OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), qui est connu par sa capacité à lutter contre les canaux sélectifs en fréquence en permettant une égalisation de faible complexité. De plus, l’utilisation de l’OFDM pour les liaisons montante et descendante permet d’éviter les interférences entre les mobiles qui se trouvent dans la même cellule, dénommée l’interférence intra-cellulaire [72]. Notons que la 2G et la 3G utilisent respectivement le procédé de codage TDMA/FDMA (Time Division Multiple Access/Frequency-Division Multiple Access) et CDMA (Code Division Multiple Access). Enfin, la norme LTE possède la capacité de permettre à un plus grand nombre d’utilisateurs d’accéder au réseau sans fil à grand débit sans compromettre les performances. La norme LTE peut prendre en charge plus de 200 terminaux actifs simultané- ment dans chaque cellule tandis que le nombre de terminaux actifs, pour la norme 3G, est limité à 60. Certaines notions telles que le procédé de codage SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access), la structure de trame, les ressources de la couche physique sont brièvement décrites dans les sections suivantes afin de mieux comprendre le problème de contrôle de la puissance en LTE. Couche physique en LTE Le multiplexage L’OFDMA et le SC-FDMA sont respectivement deux modèles qui gèrent l’accès multi-utilisateurs à une ressource partagée pour les liaisons descendante et montante. Le SC-FDMA est une forme modifiée de l’OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access). Comme la consommation électrique est un facteur clé pour les terminaux mobiles, la réduction du PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) et la perte de l’efficacité de l’OFDM sont des préoccupations majeures. Le SC-FDMA est donc modifié à partir de l’OFDMA afin d’obtenir un PAPR inférieur à celui de OFDMA. De plus, le SC-FDMA permet d’éviter d’interférences intra-cellule [72, 37, 79]. Structure de trame Les transmissions en LTE sont segmentées en trames. Une trame de 10 ms est composée de 10 sous-trames de 1 ms dont chacune est divisée en deux slots de 0.5 ms. Chaque slot se compose de sept symboles OFDM. La figure 1.2 représente la structure d’une trame en LTE. Bloc de ressource physique Dans la norme LTE, la ressource élémentaire est le plus petit élément de l’allocation des ressources attribuée par l’ordonnanceur de la station de base. Un bloc de ressource physique est défini comme une ressource de 180 kHz dans le domaine fréquentiel et de 0.5 ms (un slot) dans le domaine temporel. Étant donné que l’espace entre les sous-porteuses est de 15 kHz, chaque bloc de ressource physique est composé de 12 sous-porteuses dans le domaine fréquentiel. La figure 1.3 illustre les ressources en LTE.1.2 Les réseaux sans fil 11 Figure 1.2 – Structure d’une trame en LTE Figure 1.3 – Ressource Contrôle de la puissance PP USCH Le contrôle de la puissance de la liaison montante en LTE est assuré par un algorithme alimenté par un ensemble de paramètres transmis dans les différents canaux physiques de la liaison montante. L’algorithme assure une puissance suffisante à la station de base permettant la démodulation correcte des informations. Il existe plusieurs types de canaux physiques de liaison montante tels que : - Le PUCCH (Physical Uplink Control Channel) qui est utilisé pour supporter la transmission des ACK (Acknowledgement), de l’ordonnancement, de l’indicateur de la qualité de canal CQI (Channel Quality Indicator ) et du SRS (Sounding Reference Signal) qui est utilisé à la station de base pour l’estimation du canal ; - Le PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) qui est le canal physique principal utilisé pour la transmission des données ; Nous nous intéressons au contrôle de la puissance du canal PUSCH qui est le canal principal de la couche physique. La puissance de transmission depuis un équipement utilisateur UE pour le canal PUSCH est définie comme ci-dessous [2] PP USCH,c(j) = min(PCMAX,c, 10 log10MP USCH,c(j) + PO,P USCH,c(β) +αc(β) · P Lc(j) + ΘT F,c(j) + Fc(j)) (1.1)12 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil où j est le numéro de la sous-trame, β = 0, 1, 2 un paramètre spécifique au LTE, PCMAX,c la puissance maximale dans la cellule c, MP USCH(j) le nombre de blocs de ressource pour la soustrame j et la cellule c, PO,P USCH,c(β) un paramètre signalé par la couche haute qui représente la puissance d’un bloc de ressource, αc(β) ∈ [0, 1] un paramètre spécifique de la cellule permettant de compenser partiellement le path-loss et est fourni par la couche haute, P Lc l’estimation de path-loss de la liaison descendante calculée au niveau UE, ΘT F,c est un paramètre de l’UE dépendant du type de modulation et du codage MCS, Fc(j) l’ajustement de la puissance de P USCH défini par Fc(j) = Fc(j − 1) + ∆P USCH(j − KP USCH(j)) (1.2) où ∆P USCH(j − KP USCH(j)) est une valeur de correction qui est donnée dans la sous-trame (j − KP USCH(j)), KP USCH(j) ∈ {4, · · · , 7} le retard en liaison descendante correspondant au temps de propagation et au temps de calcul du processeur. Le contrôle de la puissance de PUSCH est basé sur la valeur du SINR mesurée à la station de base. La technique classique utilisée en télécommunication est l’algorithme TPC (Transmit Power Control) qui sera présenté dans le chapitre 2. 1.2.3 Le WLAN et la norme WiFi Les réseaux locaux sans fils WLAN existent depuis des décennies. La norme 802.11 a été ratifiée en 1997, mais les WLAN ne se sont démocratisés que depuis quelques années avec l’augmentation de la bande passante et la diminution des coûts. Les premiers WLAN, comme Aloha, ARDIS, et Ricochet, offraient un débit de données de seulement 1 Mbps. La norme 802.11 propose un débit de 2 Mbps. La ratification de la norme 802.11b en 1999 a permis d’atteindre un débit de 11 Mbps, en comparaison avec un débit de 10 Mbps pour le réseau filaire Ethernet. Les normes 802.11a et 802.11g offrent des débits de données jusqu’à 54 Mbps [68]. Le WLAN est devenu un réseau très utilisé car il est très facile à implémenter et à utiliser. Dans cette section, nous allons présenter les WLAN, puis la norme WiFi. 1.2.3.1 Le WLAN Un réseau local sans fil est un système de transmission de données conçu pour fournir un accès réseau indépendant de l’emplacement entre les dispositifs informatiques en utilisant des ondes radio plutôt qu’une infrastructure câblée [1]. Un WLAN peut couvrir l’équivalent d’un réseau local d’entreprise, soit une portée d’environ une centaine de mètres. Un système WLAN peut être déployé en tant que réseau autonome ou en parallèle à un réseau câblé. Par rapport à un réseau câblé, un WLAN offre plusieurs avantages ainsi que quelques inconvénients. Pour le côté positif, un WLAN permet la mobilité et la flexibilité. Pour les infrastructures existantes, en particulier celles ayant une densité élevée d’utilisateurs (les chambres d’hôtel, les résidences universitaires), il offre un coût plus bas et une méthode plus souple de connectivité. Pour l’aspect négatif, un système WLAN n’est généralement pas aussi sûr qu’une connexion filaire. Le fait que le milieu soit partagé par de nombreux utilisateurs et qu’aucune connexion physique ne soit nécessaire pour attaquer le réseau rend le WLAN plus sensible aux piratages.1.2 Les réseaux sans fil 13 Les réseaux sans fil ont de nombreuses applications dans le monde réel. Ils sont fréquemment utilisés pour étendre un réseau filaire, mais ne le remplace pas complètement. Nous pouvons décrire quelques applications des WLAN : – la santé : les médecins et infirmiers équipés d’ordinateurs portables peuvent consulter rapidement les états de santé des patients. En outre, dans une situation d’urgence, ils peuvent communiquer avec d’autres départements au sein de l’hôpital en utilisant le WLAN afin de fournir un diagnostic rapide. C’est un domaine où le WLAN est déjà beaucoup utilisé. Comme dans la plupart des cas, le WLAN est utilisé pour améliorer un réseau filaire déjà existant. – en entreprise : les échanges d’informations sont aisés et rapides, voir presque immédiats. Lors d’une réunion avec un client, le directeur d’une entreprise peut lui transmettre les données relatives à sa présentation directement sur son ordinateur portable (au lieu d’utiliser un support papier qui peut être plus limité dans sa capacité à véhiculer certaines informations). Dans le même temps, le PDG reste accessible au reste de ses employés qui peuvent le contacter par e-mails afin qu’il puisse prendre des décisions rapides et suivre en temps réel d’autres activités de l’entreprise. 1.2.3.2 La norme WiFi La norme WiFi est utilisée pour désigner un produit ou une service qui utilise la technologie 802.11. Le réseaux WiFi fonctionne dans les bandes de fréquence sans licence de 2.4 GHz et de 5 GHz. Le débit de données de ce réseau peut atteindre jusqu’à 54 Mbps. Dans cette section, nous allons présenter brièvement la topologie de la norme WiFi et le problème du contrôle de la puissance. Les topologies du réseau WiFi La topologie de base du réseau se compose de deux ou plusieurs nœuds ou stations STA à l’interface sans fil. Chacune reconnaît l’autre et établit des communications. Les STA sont des équipements informatiques à interfaces sans fil. Typiquement, les STA sont des téléphones portables, ordinateurs portables ou ordinateurs de bureau. Dans la configuration la plus simple, les STA communiquent directement entre eux en mode pair à pair. Ce type de réseau est appelé un réseau ad hoc ou IBSS (Independent Basic Service Set). Dans la plupart des cas, l’ensemble des services de base BSS (Basic Service Set) contient un point d’accès AP (Access Point). La fonction principale d’un AP est de former un pont entre le réseau sans fil et le réseau filaire. Le point d’accès est analogue à la station de base utilisée dans les réseaux de téléphonie. Quand un AP est présent, les stations ne communiquent pas en mode pair à pair. Toutes les communications entre stations ou entre une station et un réseau filaire passent par l’AP. Les AP ne sont pas mobiles et font partie de l’infrastructure du réseau câblé. La figure 1.4 illustre deux type de topologies du réseau WiFi. Dans le cas de notre travail, nous considérons seulement la topologie BSS. Contrôle de puissance pour la norme WiFi Un STA associe et communique uniquement avec l’AP le plus proche en réduisant au minimum la puissance d’émission de l’AP et de ses STA à un niveau qui assure une bonne QoS. De plus, l’interférence avec d’autres transmissions dans le voisinage peut être minimisée en profitant de l’atténuation de la puissance du signal émis avec la distance. Donc, les autres AP et les STA associés, à une certaine distance, peuvent14 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil Figure 1.4 – Les topologies du réseau WiFi réutiliser le même canal sans interférence. Ce principe permet à de nombreuses paires AP-STA de communiquer en même temps dans une zone donnée tout en utilisant seulement un nombre limité de canaux sans fil. Si la puissance d’émission est faible, l’intervalle spatial nécessaire pour réutiliser le même canal sans interférence sera réduit. Ceci assure une augmentation de la capacité globale du réseau dans une zone de déploiement dense. Par exemple, dans les réseaux cellulaires, les tailles de cellules plus petites avec une puissance d’émission plus faible conduit à l’augmentation de la capacité globale du réseau. L’objectif du contrôle de la puissance d’une STA est d’utiliser la puissance d’émission minimale tout en répondant aux exigences en matière de débit et de BER. Le contrôle de puissance permet de réduire les interférences avec d’autres appareils, d’améliorer la réutilisation des canaux, et éventuellement d’augmenter la capacité globale des réseaux sans fil. Bien sûr, le contrôle de puissance contribue également à économiser l’énergie et à améliorer la vie de la batterie des appareils mobiles. Un émetteur peut utiliser une faible puissance pour transmettre des données lorsque le récepteur est près de lui et si les conditions du canal sont bonnes. Cependant, lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur est relativement importante et que le canal est dégradé, l’émetteur a besoin d’utiliser une puissance plus élevée pour transmettre ses données afin d’assurer que les données soient reçues correctement par le récepteur. Le défi est de savoir comment un émetteur détermine et adapte (si la condition de canal change) sa puissance d’émission pour transmettre ses données à un récepteur. Pour la norme WiFi 802.11h, les AP et STA sont capables d’ajuster leur puissance de transmission. Pour régler sa puissance d’émission, le STA envoie une trame de demande à l’AP pour connaître l’état du canal. Après avoir reçu la trame de demande, l’AP mesure la puissance reçue et envoie une trame de rapport au STA. La trame de rapport contient l’information sur la puissance d’émission et la marge de ligne. La puissance d’émission est la puissance nécessaire pour envoyer la trame de rapport, en dBm. La marge de ligne est la marge de sécurité demandée par le STA. Par exemple, si la puissance minimale acceptable est de -70 dBm, et la puissance reçue mesurée par l’AP est de -60 dBm, la marge de sécurité est donc 10 dBm [24]. Selon l’information de la trame de rapport, le STA ajuste sa puissance d’émission. Si la marge de sécurité est élevée, le STA peut diminuer sa puissance. La figure 1.5 illustre les trames de demande et de rapport pour la norme WiFi. De plus, l’AP fournit également la puissance maximale que le STA1.2 Les réseaux sans fil 15 ne peut pas dépasser [24]. Pour réaliser le contrôle de la puissance en liaison montante pour la norme WiFi, on utilise le SINR comme l’indicateur de QoS. Comme pour la norme ZigBee, la norme WiFi utilise le protocole d’accès multiple CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) pour éviter les interférences. Figure 1.5 – (a) Trame de demande ; (b) trame de rapport pour le contrôle de puissance 1.2.4 Le WSN et la norme ZigBee Le développement des réseaux de capteurs sans fil WSN (Wireless Sensor Networks) a beaucoup intéressé les chercheurs ainsi que les industriels du fait de ses nombreuses applications. On peut citer par exemple le domaine de la sécurité publique, le monde médical, etc. De plus, le WSN est un réseau de faible coût et de faible puissance. Un WSN se compose de capteurs de petite taille, dont chacun est capable de mesurer des grandeurs physiques et de communiquer avec tout ou une partie des autres capteurs via une communication sans fil. Dans cette section, nous proposons une présentation générale des réseaux de capteurs sans fils, utilisant le ZigBee, en expliquant leur principe de fonctionnement et les applications. 1.2.4.1 Le WSN Un réseau de capteur est une infrastructure ayant pour objectifs de capter (détecter), calculer et communiquer des éléments, permettant à un administrateur d’observer, d’estimer et de réagir face à des événements ou des phénomènes dans un environnement spécifique. L’administrateur peut être une entité civile, gouvernementale, commerciale ou industrielle. L’environnement peut être le monde physique, un système biologique ou dans un cadre de technologie de l’information [78]. Un WSN est un réseau de capteurs dans lequel tous les dispositifs communiquent via les ondes radio. L’objectif d’un WSN est de surveiller les conditions physiques ou environnementales telles que la température, le son, la pression, etc. En effet, les capteurs mesurent les conditions physiques ou environnementales, puis transfèrent leurs données à une station de base (coordinateur). Celle-ci est connectée en général à une infrastructure réseau lui permettant un accès plus vaste. Les données collectées sont enfin reçues par une application afin de subir le traitement approprié. La16 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil figure 1.6 illustre l’acheminement des données à partir de capteurs jusqu’au centre de gestion des données. Figure 1.6 – Architecture d’un WSN Un WSN se compose de coordinateur et de capteurs dont le nombre peut atteindre jusqu’à plusieurs milliers. Chaque capteur peut se connecter à un ou plusieurs autres capteurs. Un capteur est capable d’exercer au moins une des fonctions suivantes : détection, relais ou échange de données avec les réseaux externes. Un capteur de mesure qui peut seulement envoyer des données est appelé “capteur de détection”, celui pour relayer des données “routeur”, et celui pour échanger des données avec les autres réseaux “coordinateur”. Un WSN a un large domaine d’application. Initialement utilisé dans le cadre d’applications haut de gamme telles que les systèmes de détection de danger dans les centrales nucléaires, ces réseaux se sont démocratisés à mesure que leur coût a diminué. Actuellement, les WSN sont utilisés pour la surveillance de l’environnement, dans les bâtiments intelligents, en robotique, etc. Les applications des WSN peuvent être classées en deux catégories : la télésurveillance et le suivi des objets mobiles. Contrairement aux applications de suivi des objets mobiles, qui demande des mises à jour en temps réel des résultats, les applications de télésurveillance mesurent périodiquement les conditions d’environnement et peuvent envoyer leurs données selon trois modes : – périodique à un interval de temps prédéfini ; – à la suite d’un événement spécifique : cela se produit souvent lorsque la valeur d’une mesure spécifique atteint un seuil prédéfini ; – en réponse à une interrogation d’un utilisateur. 1.2.4.2 La norme ZigBee Le ZigBee est une norme qui définit un ensemble de protocoles de communication pour un débit de données faible à courte portée [19]. Les capteurs fonctionnent dans les bandes de fréquence de 868 MHz, 915 MHz, et 2.4 GHz. Le débit de données maximum est de 250 kbps. Le ZigBee est destiné principalement aux applications dont les capteurs sont alimentés par batterie. La longévité de vie de la batterie est donc l’exigence principale. Dans cette section, nous allons présenter brièvement la topologie du ZigBee et le problème du contrôle de la puissance.1.2 Les réseaux sans fil 17 La topologie de la norme ZigBee La norme ZigBee distingue les dispositifs selon leur complexité matérielle et leur capacité. Par conséquent, la norme définit deux catégories de dispositifs physiques : un dispositif toutes fonctions (FFD) et un dispositif à fonction réduite (RFD). Un FFD est doté de ressources adéquates, de la capacité de mémoire pour gérer toutes les fonctionnalités et les caractéristiques spécifiées par la norme. Il peut donc assumer de nombreuses responsabilités au sein du réseau. Il peut également communiquer avec tout autre appareil du réseau. Un RFD est un dispositif simple qui couvre un ensemble réduit de fonctions, pour un moindre coût et une complexité réduite. En outre, il ne peut s’associer et communiquer qu’avec un FFD [92]. En tant que WSN, le ZigBee a également 3 types de composants : le coordinateur, le routeur, et le dispositif d’extrémité (le capteur de détection). – Le coordinateur : c’est un dispositif FFD responsable de la mise en place et du contrôle du réseau. Le coordinateur est chargé de choisir les paramètres essentiels de la configuration et du démarrage du réseau. Il stocke également des informations concernant le réseau et agit en tant que référentiel pour les clés de sécurité. Tout réseau ZigBee doit avoir un et un seul coordinateur ZigBee. – Le routeur : c’est un dispositif FFD en charge du routage de données, notamment en agissant comme un dispositif intermédiaire pour lier les différents composants du réseau et du transfert des messages entre les périphériques distants à travers des chemins multi-sauts. – Dispositifs d’extrémité : c’est un dispositif RFD qui contient juste assez de fonctionnalités pour communiquer avec son nœud parent ; le coordinateur du réseau ou un routeur. Un dispositif d’extrémité ne possède pas la capacité de relayer des messages de données à d’autres dispositifs d’extrémité [92]. Un réseau ZigBee peut être organisé selon une des trois topologies suivantes : en étoile, en arbre, ou en maille. La figure 1.7 illustre ces trois topologies. Figure 1.7 – La topologie du réseau ZigBee – Topologie en étoile : tous les routeurs et dispositifs d’extrémité ne se connectent qu’au coordinateur. Cette topologie est adaptée pour les transmissions RF en dynamique où la latence n’est pas acceptée. Par contre, elle n’ est pas adaptée pour les applications à grande échelle à cause de la faible portée de ZigBee (entre 10 et 100 m) [43]. Le défaut principal de cette18 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil topologie est que l’échec du coordinateur aura une incidence sur l’ensemble du réseau. – Topologie en arbre : un dispositif d’extrémité se joint à l’arbre par l’intermédiaire d’un routeur, et ce dernier se joint à l’arbre par l’intermédiaire d’un autre dispositif routeur (le coordinateur ZigBee peut être utilisé aussi en tant que routeur). L’avantage de cette topologie est qu’elle est applicable pour les applications de grande échelle. L’inconvénient est qu’il n’y a aucun itinéraire alternatif disponible si l’un des liens sur la route échoue. – Topologie en maille : Tous les routeurs sont autorisés à communiquer les uns avec les autres sans avoir besoin de passer par le premier parent commun. L’algorithme de routage est donc capable de prendre un autre itinéraire parmi les options disponibles lorsque certaines routes échouent. L’inconvénient de cette topologie est la complexité de mise en œuvre du routage. Problème de contrôle de la puissance Un réseau ZigBee est composé de capteurs fonctionnant avec des batteries de faible puissance et il n’est généralement pas possible de remplacer ou de recharger les batteries en raison du nombre de nœuds déployés ou de conditions d’accès difficiles. L’autonomie de la batterie est donc un problème critique pour prolonger la durée de vie du réseau. Afin de réduire la consommation d’énergie, l’idée est de concevoir un contrôle de puissance pour chaque nœud. Cependant, une transmission de puissance faible peut entraîner des erreurs dans des paquets transmis qui nécessitent alors une retransmission. Ceci augmente la consommation d’énergie. D’autre part, une transmission de puissance élevée permet d’obtenir une bonne transmission des données, mais consomme de l’énergie. Donc, un bon contrôle de la puissance conduit à un compromis entre la consommation d’énergie et un faible BER. Dans ce travail, nous nous concentrons sur le contrôle de la puissance de la liaison montante pour la norme ZigBee. De plus, nous supposons que le WSN a une topologie en étoile avec un coordinateur et plusieurs capteurs de mesure. Nous ne considérons pas le routage entre les capteurs. Avec la topologie de réseau en étoile, le serveur central et tous les capteurs sont fixes. En général, le concepteur du réseau règle la puissance d’émission de chaque capteur à la puissance maximale. Le fait que la transmission de puissance soit toujours à la puissance maximale pour une liaison entre le coordinateur et les capteurs nous motive à développer un contrôleur permettant de réduire la puissance d’émission en gardant la QoS entre chaque lien. Pour réaliser le contrôle de la puissance de la liaison montante dans les réseaux de capteurs, on utilise l’indicateur de la qualité de transmission RSSI. Dans un réseau ZigBee, les capteurs vérifient si le canal est libre avant d’envoyer des données en utilisant le protocole CSMA-CA pour éviter les interférences. Malgré ce mécanisme de protection, il existe toujours des interférences provoquées par d’autres systèmes sans fil opérant sur une bande de fréquence similaire et coexistant dans le même voisinage. Cet effet peut réduire considérablement les performances des réseaux de capteurs. Dans les réseaux de communication y compris le LTE, WLAN et WSN, il est nécessaire de mettre en place une interface d’accès au réseau commune afin de gérer l’interopérabilité entre les UE des différents constructeurs. Une structure commune de l’architecture d’un réseau, appelé le modèle OSI (Open Systems Interconnection), a été construit par l’organisme ISO ( International Organization for Standardization). La description de l’architecture du modèle OSI est l’objectif de la section suivante.1.2 Les réseaux sans fil 19 1.2.5 L’architecture du modèle OSI Le modèle OSI est un modèle conceptuel qui caractérise et normalise les fonctions internes d’un système de communication. C’est un modèle commun à tous les réseaux. Le modèle OSI contient sept couches dont chacune fournit des services spécifiques et communique avec la couche suivante [89]. L’architecture du modèle OSI est présentée par la figure 1.8. La couche application fournit différents services aux applications. L’information de la source est d’abord traitée dans cette couche avant d’être envoyée au destinataire via les autres couches. La couche présentation sert à traduire l’information envoyée par la couche application en un langage commun au réseau. La couche session crée, gère et met fin aux connexions entre les applications, c’est-à-dire entre la source et la destination. La couche transport sert à vérifier la fiabilité de la connexion et à assurer un transfert de données complet. La couche réseau assure le routage des paquets et régule les transmissions de données. La couche liaison de données assure une liaison fiable entre émetteur et récepteur à travers un lien direct par la détection et la correction des erreurs qui peuvent se produire dans la couche physique. La couche liaison de données est divisée en deux sous-couches : MAC (Media Access Control) et LLC (Logical Link Control). La sous-couche MAC sert à accéder et à communiquer avec la couche physique. La sous-couche LLC contrôle la synchronisation de trame, le contrôle de flux et de vérification d’erreur. Enfin, c’est au niveau de la couche physique que les bits sont convertis en signaux électriques avant d’être transmis au canal radio. En général, chacune des couches communique uniquement avec ses voisines sauf les mécanismes, dits crosslayer transparentes, permettant aux couches non voisines d’échanger l’information [36]. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons seulement au canal de transmission et à la couche physique car le contrôle de la puissance est réalisé au niveau de cette couche. Le réglage de la puissance d’émission dépend en particulier de la qualité du canal de transmission que nous allons présenter. Ces éléments sont des blocs élémentaires d’une chaîne de communication numérique présentée dans la section suivante.20 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil Couche application Interface vers les services réseaux Couche présentation Mise en forme des données Couche session Gestion de connexion Couche transport Vérification des données Couche réseau Routage des données Couche liaison de données LLC & MAC Couche physique Codage de canal & modulation Message Paquet Trame Bit Figure 1.8 – Architecture du modèle OSI 1.3 Chaîne de transmission numérique Le schéma de principe d’une chaîne de transmission numérique est représenté sur la figure 1.9. Elle se compose de plusieurs blocs tels que le codage de source, le codage de canal, la modulation numérique au niveau de l’émetteur, la démodulation, le décodage canal, le décodage de source au niveau du récepteur, et le canal de transmission [74, 34]. Les blocs du codage/décodage de source se situent au niveau de la couche application, tandis que les blocs du codage/décodage de canal et de la modulation/démodulation se positionnent au niveau de la couche physique. L’information de la source est traitée séparément par chacun de ces blocs avant d’être reconstituée une fois arrivée à destination. Nous rappelons qu’une communication directe entre la couche application et la couche physique peut être réalisée par l’approche cross-layer. Nous allons décrire brièvement ces éléments en partant de la source vers la destination.1.3 Chaîne de transmission numérique 21 Figure 1.9 – Principe d’une chaîne de transmission numérique 1.3.1 Codage de source L’objectif du codage de source est de représenter le signal d’information sous forme binaire afin qu’il puisse être transmis par un système de communication numérique [61]. Une autre propriété de ce codage est de représenter l’information par le moins de bits possible. Cela permet d’améliorer le débit utile de la transmission défini comme le nombre d’éléments binaires transmis par unité de temps. La qualité du codage de source est jugée par le taux de compression qui est le rapport entre la taille de l’information avant et après l’opération. 1.3.2 Codage de canal Le codage de canal permet de protéger l’information venant du codeur de source vis à vis des bruits du canal de transmission. Le codage de canal est une fonction spécifique de la transmission numérique qui consiste à insérer des éléments binaires redondants dans le message d’une façon contrôlée [15]. A la réception, la redondance est utilisée par le décodeur de canal pour détecter et corriger les erreurs de transmission sous certaines conditions. La qualité d’un codeur de canal est jugée par son gain de codage par rapport à un système sans codage de canal. 1.3.3 Modulation et démodulation numérique La modulation et son opération inverse, la démodulation, sont des étapes importantes de la couche physique du modèle OSI. La modulation consiste à transformer un signal issu d’une source en un signal adapté au canal de transmission. La modulation peut être réalisée en codant l’information à transmettre dans l’amplitude, la phase, la fréquence d’un signal de haute fréquence, la porteuse. Il existe plusieurs type de modulation numérique. Chaque type de modulation propose un débit de transmission adapté au canal. Si les conditions de transmission s’améliorent, un autre type de modulation est choisit de façon à offrir un plus haut débit. Pour chaque type de modulation, un symbole contient un nombre fixe de bit d’information. Plus ce nombre de bit dans un symbole est important et plus le débit de transmission est élevé. Par exemple, la modulation 64QAM (64 Quadrature Amplitude Modulation) avec un symbole de 6 bits admet un débit plus élevé que la 16QAM qui ne possède que 4 bits par symbole. Le tableau 1.1 représente les différents types de modulations utilisées en LTE, WiFi et ZigBee [72, 26, 19]. Dans le cadre de notre travail, nous nous placerons par la suite dans un cas de modulation fixe.22 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil Norme Modulation LTE QPSK, 16QAM, 64QAM WiFi QPSK, BPSK, 16QAM, 64QAM, CCK, OFDM ZigBee QPSK, BPSK, ASK Table 1.1 – Les types de modulation utilisés en LTE, WiFi, et ZigBee 1.3.4 Canal de transmission Le canal de transmission est le lien physique permettant de transmettre l’information entre un émetteur et un récepteur. Il peut être un câble physique ou l’espace libre. La principale différence entre un système de communication sans fil et un système filaire est le canal. Un câble a des caractéristiques fixes, tandis que le canal radio change avec le temps étant donné que le milieu entre l’émetteur et le récepteur change. Dans le cas de la communication sans fil, le canal est sensible au bruit produit par les interférences des autres communications radio, aux obstacles et à la distance entre l’émetteur et le récepteur. De plus, le canal est non stationnaire, et d’autant plus si les différents nœuds de communication sont en mouvement. Nous allons présenter les phénomènes physiques qui caractérisent la variation d’un canal sans fil et les modèles correspondants. 1.3.4.1 Canal de propagation Dans un système de communication mobile, l’atténuation de la puissance d’un signal reçu dépend du gain de canal qui varie dans l’espace et dans le temps. Le gain d’un canal radio mobile est défini par l’équation (1.3) g = pr pt = gg · gm · gp (1.3) où pr, pt sont les puissances reçues et transmises, gg, gm, gp des termes modélisant l’effet de l’atténuation à grande échelle, à moyenne échelle, et à petite échelle. L’atténuation à grande échelle correspond à l’atténuation due à la distance qui évolue proportionnellement à l’inverse du carré de la distance en espace libre entre émetteur-récepteur. De plus, la puissance du signal reçu varie également en fonction de l’environnement où se situe l’émetteur et le récepteur. Les obstacles entre émetteur et récepteur entraînent une variation lente du signal reçu. Cette variation lente est dite atténuation à moyenne échelle. Enfin, la puissance reçue fluctue sous l’effet des trajets multiples. La figure 1.10 illustre les trois phénomènes de propagation multi-trajet dans le cas du lien descendant (de la station de base vers le mobile) dans un environment urbain.1.3 Chaîne de transmission numérique 23 Récepteur Emetteur A B C D A : diffraction B : trajet direct C : dispersion D : réflexion Figure 1.10 – Phénomènes de propagation de l’onde radio Un signal transmis à travers un canal sans fil est affecté par les différents phénomènes tels que la réflexion, la diffraction et la dispersion. Ces effets de propagation conduisent à des fluctuations du signal reçu. La réflexion se produit lorsque l’onde radio se propage et rencontre une surface de grande dimension par rapport à la longueur d’onde du signal (les toits de maison, la surface de la Terre, ...). La diffraction se produit lorsqu’un obstacle conséquent obstrue le trajet radio entre l’émetteur et le récepteur, ce qui provoque des ondes secondaires derrière l’obstacle qui se propagent vers le récepteur. Les obstacles peuvent être un immeuble vitré, des angles de maçonnerie, des structures routières, .... La dispersion se produit lorsque l’onde radio rencontre des petits objets dont la surface est irrégulière, ce qui provoque des réflexions dans toutes les directions. Dans un environnement dense, le trajet direct entre un émetteur et un récepteur est peu fréquent . Le signal reçu est donc la combinaison de différents signaux ayant suivi des trajets différents. L’effet des trajets multiples implique une variation rapide du signal. Cette variation est dite atténuation à petite échelle. La figure 1.11 illustre l’évanouissement de la puissance du signal reçu à grande échelle, moyenne échelle, et petite échelle.24 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil Distance (échelle logarithmique) Evanouissement du signal (dB) évanouissements à grande échelle évanouissements à moyenne échelle évanouissements à petite échelle Figure 1.11 – Evanouissement du signal reçu dans un canal radio mobile Dans la pratique, un canal sans fil peut présenter un ou plusieurs comportements d’évanouissement en fonction de l’environnement où l’onde radio se propage. 1.3.4.2 Modèles de canal Les différents modèles ont été établis afin de prédire le comportement du canal de transmission. En général, ces modèles sont identifiés suivant le type de variation qu’ils modélisent. Dans cette section, nous allons aborder les modèles de canal les plus courants. Modèle en espace libre Le modèle en espace libre est utilisé afin de prédire la puissance reçue lorsque l’émetteur et le récepteur sont en visibilité directe. Comme la plupart des modèles de propagation à grande échelle, ce modèle prédit que la puissance reçue est inversement proportionnelle au carré de la distance entre l’émetteur et récepteur. La puissance reçue est donnée par l’équation de Friis pr = pt · gt · gr ·  λ 4πd2 (1.4) où pr et pt représentent respectivement les puissances reçue et transmise en Watt, gr et gt sont les gains de l’antenne de transmission et de réception, d la distance entre l’émetteur et le récepteur en mètre et λ la longueur d’onde en mètre [62]. La longueur d’onde est définie par l’équation λ = c fc (1.5) où c est la vitesse de la lumière et fc la fréquence de la porteuse fixée pour la norme de transmission. D’après l’équation (1.4), la puissance reçue s’atténue avec un facteur en d 2 . Cela implique que la pente d’atténuation de la puissance reçue est de -20 dB/décade. Le modèle en espace libre est aussi représenté par les pertes de trajet (path-loss) qui représentent l’atténuation du signal en valeur positive. C’est la différence (en dB) entre la puissance transmise1.3 Chaîne de transmission numérique 25 et la puissance reçue. Elle peut être prise en compte dans le gain de l’antenne. L’expression du path-loss dans l’espace libre est donnée par l’équation suivante P L(dB) = 10 log pt pr = −10 log  gt · gr · λ 2 (4π) 2d 2  . (1.6) Supposons que les gains d’antenne sont pris unitaires, l’équation (1.6) devient P L(dB) = 10 log pt pr = 10 log  (4π) 2d 2 λ2  . (1.7) Ce modèle est valable pour le champ lointain pour lequel l’angle entre l’émetteur et le récepteur est indépendant de la distance, c’est à dire pour une distance entre émetteur et récepteur suffisamment grande. Modèle à exposant Le modèle à exposant est un autre modèle qui modélise l’atténuation à grande échelle du canal de transmission. Ce modèle est une extension du modèle en espace libre car il peut prendre en compte la nature de l’environnement de propagation. Le path-loss du modèle à exposant est donné par l’expression suivante P L(dB) = P L(d0) + 10β log  d d0  (1.8) où P L(d0) est le path-loss de modèle en espace libre pour une distance de référence d0 généralement fixée à 1 mètre [62]. D’après l’équation (1.8), la pente d’atténuation de P L est de 10β dB/dec. La valeur de β dépend de l’environnement de propagation. Par exemple, dans l’espace libre β prend la valeur 2 tandis que dans un environnement urbain, β varie dans l’intervalle [1.447; 6] selon la densité de l’environnement [62]. Modèle log-normale Shadowing Le modèle log-normale Shadowing modélise l’atténuation à moyenne échelle du canal. La plupart des études empiriques montrent que la variation à moyenne échelle évolue suivant la distribution log-normale à cause de l’effet de shadowing (ombrage) [71]. Le path-loss du modèle à exposant est donné par l’équation suivante P L(dB) = P L(d0) + 10β log  d d0  + Xσ (1.9) où Xσ est une variable gaussienne de valeur moyenne nulle et de variance σ. Les terme P L(d0) et 10β log  d d0  sont identiques à ceux du modèle à exposant (1.8). La valeur de la variance σ doit être déterminée empiriquement en fonction de l’environnement. En général, elle varie dans l’intervalle [3; 13] [48]. Modèle de Rayleigh Le modèle de Rayleigh permet de modéliser les variations rapides du canal radio mobile dues à l’effet multi-trajet. Ce modèle est utilisé dans le cas d’une communication sans trajet prédominant NLOS (Non Line Of Sight). En effet, dans un environnement riche en multi-trajet, la réponse impulsionnelle du signal reçu Y est la somme vectorielle des amplitudes des signaux impulsionnels |yi | associées à une phase φi pour chacun des trajets. Les amplitudes26 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil des signaux |yi | sont du même ordre de grandeur et les phases φi sont uniformément distribuées entre −π et π. Nous pouvons donc considérer |yi | et φi comme deux variables aléatoires gaussiennes indépendantes. En appliquant le théorème central limite, la densité de probabilité de la somme des yi est aussi gaussienne. L’amplitude Z du signal reçu Y est définie par la densité de probabilité de Rayleigh PZ(z) = z σ 2 exp  − z 2 2σ 2  ; z ≥ 0 (1.10) avec σ 2 la puissance moyenne du signal reçu [62]. Modèle de Rice Le modèle de Rice est aussi utilisé pour modéliser la variation à petite échelle comme le modèle de Rayleigh. Par contre, le modèle de Rice est appliqué pour un environnement de propagation où l’émetteur et le récepteur possèdent un trajet prédominant LOS (Line Of Sight). Il existe donc un signal dominant à la reception. Le modèle de Rice suit la densité de probabilité de Rice donnée par PZ(z) = z σ 2 exp  − z 2 + A2 2σ 2  I0  Az σ 2  ; z ≥ 0, A ≥ 0 (1.11) où A est l’amplitude du signal dominant et I0(.) est une fonction de Bessel modifiée de première espèce d’ordre 0 [62]. Le facteur de Rice est défini par KR = A2 2σ2 . Nous remarquons que si KR = 0 nous retrouvons le modèle de Rayleigh. 1.3.4.3 Temps de cohérence Le temps de cohérence est le temps durant lequel le canal de transmission est quasi invariant. Ce paramètre dépend de la vitesse de déplacement de l’UE (User Equipment) et des obstacles sur le trajet entre l’émetteur et le récepteur. Le temps de cohérence dans un environnement intérieur est donné par Tc ≈ 1 2fD (1.12) où fD = 2fcv c est l’écart Doppler maximale avec fc la fréquence de la porteuse, v la vitesse de déplacement de l’UE et des obstacles et c la vitesse de la lumière dans le vide [77]. Dans un environnement extérieur, le temps de cohérence est donné par Tc = s 9 16πf 2 D = 0.423 fD (1.13) avec fD = v λ [62]. Comme le canal est quasiment invariant pendant un intervalle de temps Tc, le contrôle de la puissance doit être rafraîchit à une période d’échantillonnage Te telle que Te ≤ Tc. 1.4 Les Indicateurs de QoS au niveau de la couche physique La qualité de service QoS caractérise la performance globale d’un réseau. Elle peut être calculée ou mesurée à différents niveaux. Pour mesurer quantitativement la qualité du service, plusieurs1.4 Les Indicateurs de QoS au niveau de la couche physique 27 aspects sont considérés comme les taux d’erreur binaire (BER), la bande passante, le débit, le délai de transmission, la fiabilité, etc. Dans le cadre du contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires, nous nous intéressons aux indicateurs de QoS au niveau de la couche physique tels que le BER, le rapport signal sur interférence plus bruit (SINR) et l’indication de grandeur de la puissance reçue (RSSI). 1.4.1 Le SINR Le SINR est couramment utilisé en téléphonie mobile comme un moyen pour mesurer la qualité de transmission. Le SINR pour un lien montant du mobile i à la station de base k est donné par xik(n) = X gik(n) · pik(n) j6=i gjk(n) · pjk(n) + σ 2 ik(n) (1.14) où gjk, pjk sont respectivement les gains du canal, les puissances d’émission du lien montant entre les mobiles j et la station de base k, la somme X j6=i gjk(n) · pjk(n) représente l’interférence sur le canal et σ 2 est le bruit thermique. Notons que le gain du canal est décrit dans la section 1.3.4.1. Le SINR est une quantité utilisée afin de donner la valeur théorique maximale de capacité du canal, en bits par seconde, dans les systèmes de communication sans fil. Cette valeur indique le débit maximal que le canal peut supporter pour une communication fiable. La capacité du canal entre le mobile i et la station de base k est donnée par la formule de Shannon Csh = WB log2 (1 + xik) (1.15) où WB est la bande passante. La capacité du canal dépend de deux paramètres WB et xik. Nous constatons dans l’équation (1.15) que l’augmentation de ces deux paramètres entraîne l’amélioration de la capacité du canal. La bande passante est limitée selon la norme de communication, tandis que nous pouvons contrôler la valeur de SINR via un contrôle de la puissance d’émission, ce qui est l’objectif du manuscrit. Nous remarquons que le SINR devient le rapport signal sur bruit (SNR) dans le cas d’absence d’interférence dans le canal de transmission. 1.4.2 Le BER Le BER est une mesure de la performance de la transmission. C’est le rapport entre le nombre de bits erronés et le nombre total de bits transmis pendant un intervalle de temps étudié. Si le BER dépasse un seuil critique BERmax désigné pour une application, la réception est dégradée. Le BER s’exprime en puissance négative. Par exemple, 10−4 signifie que l’on a une erreur binaire pour dix mille bits transmis. Par conséquent, plus la valeur du BER est petite, plus la transmission est bonne. Le BER peut être affecté par le bruit du canal de transmission, les interférences, le phénomène de multi-trajet, le masquage, la mobilité. Le BER peut être amélioré en choisissant un type de modulation plus robuste. L’équation de BER est donnée par BER = 1 2 erfc r Eb N0 ! (1.16)28 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil 0 2 4 6 8 10 12 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 SNR (dB) BER BPSK Figure 1.12 – BER vs SNR où Eb, N0, erfc(.) sont respectivement la densité spectrale de l’énergie par bit, le bruit et la fonction erreur complémentaire [20]. Le terme Eb N0 est le SNR normalisé. Il existe donc une relation entre le BER et le SNR. La figure 1.12 illustre la courbe de BER en fonction de SNR d’un canal à bruit blanc gaussien additif avec une modulation BPSK. 1.4.3 Le RSSI Le RSSI est la densité du signal reçu dans un environnement sans fil. C’est une indication du niveau de puissance reçue par l’antenne. La valeur du RSSI est généralement représentée comme une valeur négative en dBm. Par conséquent, plus la valeur du RSSI est proche de zéro, plus la communication est bonne. La variation du RSSI dépend aussi de l’environnement. L’expression du RSSI liée à l’atténuation s’écrit RSSI[dBm] = 10 log pt prf (1.17) où pt , pr sont respectivement la puissance émise et la puissance de référence en Watt [29]. Le RSSI est une mesure instantanée, souvent utilisée dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN) dont les nœuds ne possèdent que des processeurs simples. Le RSSI ne permet pas d’estimer le SINR comme dans un réseau de téléphonie mobile. Le RSSI est aussi un indicateur pour de nombreuses applications telles que la localisation du nœud, le routage. 1.5 Problématiques autour des réseaux sans fil Deux problèmes majeurs en télécommunication sans fil sont l’efficacité énergétique et l’amélioration de la QoS. En effet, les appareils sans fil ont une utilité maximale s’ils peuvent être utilisés “n’importe où et n’importe quand”. Cependant, une des plus grandes limitations de cet objectif est la capacité finie de la batterie. Comme les batteries fournissent une puissance limitée, la gestion de l’énergie est un des problèmes les plus difficiles dans la communication sans fil. D’autre1.5 Problématiques autour des réseaux sans fil 29 part, l’amélioration de la QoS en terme de fiabilité de connexion est également importante car elle permet au réseau de fonctionner correctement malgré les perturbations extérieures tel que l’interférence, le bruit, etc. Dans cette section, nous allons présenter ces deux problèmes cruciaux et les solutions envisageables. 1.5.1 Efficacité énergétique Une bonne compréhension des sources de consommation énergétique dans les réseaux est indispensable pour développer une méthode qui optimise cette consommation. L’origine de la consommation énergétique dans les réseaux sans fil peut être classée en deux types : la communication et le traitement [35]. La consommation énergétique pour la communication concerne l’utilisation de l’émetteur, du récepteur, et des nœuds intermédiaires. L’émetteur est utilisé pour l’envoi du contrôle, des paquets de données. Le récepteur est utilisé pour recevoir des paquets de données et effectuer le contrôle. Un terminal mobile typique peut exister sous trois modes : transmettre, recevoir et se mettre en veille. La puissance maximale consommée est maximale dans le mode d’émission, et minimale en veille. La consommation énergétique pour le traitement concerne les aspects de traitement de protocole. Par exemple, les techniques de compression de données peuvent entraîner une augmentation de la consommation d’énergie due à l’augmentation des calculs. Afin d’optimiser la consommation énergétique, plusieurs stratégies sont développées [35]. Nous pouvons les classer en deux catégories : l’optimisation au niveau matériel et l’optimisation au niveau logiciel. L’optimisation au niveau matériel consiste à prolonger la durée de vie du terminal mobile qui est souvent alimenté par une batterie par le choix du matériel ou de la technologie. En effet, si un terminal mobile contient des composants électroniques qui consomment moins d’énergie, il sera meilleur en efficacité énergétique. De plus, les nouvelles technologies permettent également d’améliorer l’efficacité énergétique, par exemple en utilisant des antennes directives. Nous savons que l’antenne omnidirectionnelle a un angle de couverture de 360 degrés et n’a pas besoin de pointer/viser le récepteur afin de communiquer. De cette façon, une quantité importante d’énergie est gaspillée car la puissance est diffusée dans toutes les directions [80]. Il peut donc être avantageux d’utiliser des antennes directionnelles qui visent une zone précise. Les antennes directionnelles permettent d’améliorer le SINR et de réduire l’interférence et l’effet de multi-trajet car il n’y a quasiment plus de retard en réception. Une autre solution est d’utiliser des batteries solaires pour les terminaux mobiles ou les capteurs, ce qui mènera à la quasi suppression des limites de la batterie, problème considéré comme crucial pour ces réseaux. L’optimisation au niveau logiciel consiste en un ensemble de techniques et d’algorithmes permettant de réduire la consommation énergétique aussi bien sur la station de base que sur le terminal mobile. Il existe de nombreux d’algorithmes d’optimisation pour chaque couche du modèle OSI [35]. Nous avons vu qu’au niveau de la couche physique en LTE, la technique de codage basée sur l’OFDM permettait d’éviter l’interférence entre les terminaux mobiles dans une cellule. Ceci implique la réduction de la puissance de transmission du signal. Au niveau de la sous-couche MAC de la norme 802.11, le type d’accès multiple est le CSMA-CA et il permet également d’éviter les interférences. De plus, la norme 802.11 recommande une technique pour la conservation d’énergie pour la sous-couche MAC [35]. Des techniques qui maximisent l’efficacité énergétique au niveau de la sous-couche LLC et optimisent le routage au niveau de la couche réseau sont également proposées dans [35]. Enfin, une autre solution est de mettre en place un contrôle de30 Problématiques des réseaux cellulaires sans fil la puissance qui minimise la puissance de transmission des terminaux mobiles. 1.5.2 Amélioration de la QoS par le contrôle de la puissance L’amélioration de la QoS est un problème majeur en télécommunication. Comme le problème de l’efficacité énergétique, des solutions au niveau matériels ou logiciels sont développées pour atteindre cet objectif. La plupart des solutions proposées ont pour but d’éviter ou de réduire les interférences, ce qui permet d’améliorer la QoS du système. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche au niveau logiciel, basée sur le contrôle de la puissance. Le contrôle de la puissance permet d’améliorer la QoS pour le système de communication sans fil. Concrètement, d’une part, il consiste à mettre en place un contrôleur de puissance sur les terminaux mobiles pour maintenir le SINR ou le RSSI au dessus d’une limite. En dessous de cette limite la communication est interrompue. D’autre part, il consiste à réduire au minimum l’ensemble de la puissance transmise dans une cellule pour minimiser les interférences entre les utilisateurs du système et de maximiser la durée de vie de la batterie du terminal mobile/capteur. Il existe plusieurs stratégies de contrôle de la puissance pour les réseaux sans fil. La stratégie la plus utilisée en télécommunication est l’algorithme TPC. Son principe est basé sur l’intensité du signal reçu par rapport au signal désiré. Une étude plus précise de cette stratégie sera détaillée dans le chapitre 2. L’objectif principal du contrôle de la puissance est d’assurer dans la mesure du possible le maintien du lien radio entre l’émetteur et le récepteur tout en maintenant une puissance d’émission minimale. Du point de vue du système dynamique, cela se traduit par une contrainte sur l’état. Les stratégies existantes en automatique comme la commande prédictive et l’anti-windup seront également étudiées dans le chapitre 2. Enfin, notre stratégie PFC (Potential Feedback Control) qui transforme le problème de contrainte sur l’état en un problème de commande non linéaire sur un système non contraint sera présenté dans le chapitre 3. 1.6 Conclusion Dans ce chapitre nous avons vu les notions de base en télécommunication. Ces notions nous permettent de mieux comprendre les phénomènes physiques en télécommunication afin d’aborder le contrôle de la puissance. Dans le cadre de ce travail, nous supposons des réseaux en topologie étoile. De plus, le fait d’utiliser un code orthogonal OFDM en LTE et un protocole multi-accès CSMA-CA en WiFi et ZigBee implique l’absence d’interférence entre les terminaux d’une même cellule. Cependant, il existe toujours des interférences dues aux réseaux voisins qui utilisent la même bande de fréquence. Nous avons également abordé les problèmes de l’efficacité énergétique et de l’amélioration de la QoS. Une stratégie au niveau logiciel permettant d’aborder l’ensemble de ces problèmes va être proposée. Par la suite, nous allons étudier précisément les différences stratégies de contrôle de la puissance, puis les comparer.Chapitre 2 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique 2.1 Introduction Le contrôle de la puissance pour les réseaux sans fil a été largement étudié au cours des dernières années. Nous pouvons citer ici un nombre d’étude sur le contrôle de la puissance pour le réseau cellulaire. Dans [91], les auteurs ont développé un algorithme qui est basé sur le concept de la microéconomie et la théorie des jeux. Dans [21, 94], les auteurs ont proposé des stratégies du contrôle de la puissance, nommés Foschini-Mijanic algorithme, dédié au système CDMA en supposant avoir une connaissance parfaite du niveau de puissance des interférences. Ces stratégies ne sont plus adaptées pour la norme LTE qui utilise OFDM afin d’éviter l’inter-celle interférences. En outre, le contrôle de la puissance en LTE est basé sur une stratégie discrète tandis que la stratégie Foschini-Mijanic est en continue. L’objectif de ce chapitre est de présenter les différents algorithmes du contrôle de la puissance, dits TPC, utilisés actuellement dans les réseaux sans fil comme le LTE, WLAN, et WSN. L’objectif principal de la méthode TPC est d’assurer dans la mesure du possible le maintien du lien radio entre l’émetteur et le récepteur tout en maintenant une puissance d’émission minimum [75, 45]. Le fait d’ajuster la puissance de transmission en fonction de l’état du canal au cours du temps permet de réduire la consommation énergétique des appareils mobiles, donc d’améliorer la durée de vie de la batterie. C’est la différence majeure par rapport à ce qui était d’usage antérieurement et qui consistait à fixer la puissance de transmission à sa valeur maximale [30, 25]. A noter que le contrôle de puissance par la méthode TPC prend tout son sens dans le cas où le canal varie, et donc essentiellement pour les applications de réseaux mobiles. Du point de vue du système dynamique, le problème de contrôle de la puissance pour les réseaux sans fil peut être résolu par une approche automaticienne. En effet, l’objectif du contrôle de puissance peut être interprété comme un problème de synthèse d’un correcteur avec une contrainte sur l’état. Les approches issues de l’automatique nécessitent un modèle dynamique du système. Cette modélisation, obtenue à partir de considérations physiques sur la façon dont un nœud32 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique communique dans le réseau, fait l’objet de la deuxième partie de ce chapitre. Le chapitre 2 est structuré de la façon suivante : dans la section 2.2 sont décrits les différents algorithmes de TPC utilisés en télécommunication. Dans la section 2.3, nous établissons des modèles dynamiques à partir des équations spécifiques des réseaux sans fil. Cette modélisation permettra de traiter le problème de contrôle de la puissance par des approches d’automatique qui seront développées dans le chapitre 3. 2.2 Algorithme TPC L’approche la plus commune pour ajuster la puissance de transmission dans les réseaux sans fil, qu’ils soient cellulaires ou non, est algorithmique. Plusieurs algorithmes ont été développés pour s’adapter au type de réseau et à la norme de transmission, cependant leur principe est toujours basé sur l’intensité du signal reçu par rapport au signal désiré. L’avantage de cette approche réside dans sa simplicité de conception et d’implémentation. Elle ne nécessite pas de modèle mathématique du système pour ajuster la puissance de transmission au contraire des approches systèmes en automatique qui s’appuient sur un modèle dynamique. Cette approche algorithmique connue sous le nom générique de TPC (Transmit Power Control) reste néanmoins incontournable dans les réseaux sans fil. C’est pourquoi nous allons présenter les trois principaux algorithmes actuellement utilisés. 2.2.1 Algorithme 1 Cet algorithme est plus particulièrement utilisé dans la norme LTE. Le contrôle de la puissance par une méthode TPC en LTE se base sur un certain nombre de paramètres spécifiques à cette norme (cf chapitre 1). La correction de puissance est déterminée par la station de base puis envoyée à l’appareil mobile qui augmente ou diminue sa puissance de transmission [2, 55]. La station de base calcule la correction de la puissance de la manière suivante : elle compare le SINR reçu avec un SINRmin désiré puis décide de la valeur de correction qui peut prendre une des quatre valeurs  −1, 0, 1, 3 dB [2]. Soit err(n) = SINR(n) − SINRmin et ∆(n) la valeur de correction de puissance. Si err(n) ≥ 2 alors ∆(n) = −1, si 1 ≤ err(n) < 2 alors ∆(n) = 0, si 0 ≤ err(n) < 1 alors ∆(n) = 1, et si err(n) < 0 alors ∆(n) = 3. L’algorithme s’écrit :2.2 Algorithme TPC 33 if err(n) ≥ 2 then ∆(n) = −1 ; else if 1 ≤ err(n) < 2 then ∆(n) = 0 ; else if 0 ≤ err(n) < 1 then ∆(n) = 1 ; else if err(n) < 0 then ∆(n) = 3 ; else end end end end Cet algorithme développé dans [55] ne prend pas en compte le retard dû au temps de propagation des ondes radio ni au temps de calcul du processeur. Cependant, dans [53, 79], les auteurs ont proposé un algorithme afin de résoudre le problème de retard dans la commande. Comme le temps de propagation d’un aller-retour, y compris le temps de calcul du processeur, est constant et vaut M = 10ms [16, 52], la station de base doit prendre en compte les mises à jour de la puissance aux instants précédents. Illustrons ce principe sur un exemple simple, où un UE doit ajuster sa puissance d’émission par une commande de +1dB délivrée par la station de base à l’instant t = 0ms. L’UE reçoit l’information et ajuste sa puissance d’émission à l’instant t = 5ms correspondant au temps de propagation du lien descendant. Entre 0 et 5ms, si la station de base continue à demander à l’UE d’augmenter sa puissance sans tenir compte des ordres précédents, l’UE va augmenter sa puissance de +5dB au lieu de +1dB. Afin d’éviter ce problème, la somme des incréments de la puissance aux instants précédents est calculée et réinjectée dans l’algorithme TPC pour générer correctement la nouvelle commande. La figure 2.1 illustre cet algorithme.34 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique Figure 2.1 – Prise en compte du retard de propagation Cet algorithme possède une étape de plus par rapport au premier. Il prend en compte le retard sur les incréments de puissance aux instants précédents. L’algorithme fonctionne de la manière suivante. Premièrement, il compare le SINR reçu et le SINRmin afin de pré-déterminer l’incrément de puissance ∆(n). Cette étape est identique à celle du premier algorithme. Dans un deuxième temps, il compare la valeur de l’incrément pré-déterminé avec la somme des incréments aux instants précédents PKP USCH i=1 ∆(n − i) afin de décider de la valeur finale ∆(n) à envoyer à l’UE. Si ∆(n) > PKP USCH i=1 ∆(n − i) alors ∆(n) = ∆(n), si ∆(n) = PKP USCH i=1 ∆(n − i) alors ∆(n) = 0, si ∆(n) < PKP USCH i=1 ∆(n − i) alors ∆(n) = −1. L’algorithme s’écrit maintenant2.2 Algorithme TPC 35 Algorithm 1 Algorithme TPC prenant en compte le retard de propagation if err(n) ≥ 2 then ∆(n) = −1 ; else if 1 ≤ err(n) < 2 then ∆(n) = 0 ; else if 0 ≤ err(n) < 1 then ∆(n) = 1 ; else if err(n) < 0 then ∆(n) = 3 ; else end end end end if ∆(n) > PKP USCH i=1 ∆(n − i) then ∆(n) = ∆(n); else if ∆(n) = PKP USCH i=1 ∆(n − i) then ∆(n) = 0 ; else if ∆(n) < PKP USCH i=1 ∆(n − i) then ∆(n) = −1 ; else end end end Ces approches seront comparées aux approches automaticiennes dans le chapitre 4. 2.2.2 Algorithme 2 La conception des systèmes de communication mobile pose un grand nombre de défis techniques. On peut citer par exemple les téléphones mobiles qui, contrairement aux ordinateurs, ont souvent des ressources limitées en termes de mémoire, de processeur et d’autonomie énergétique. Afin de prolonger l’autonomie, il est proposé dans [75] un algorithme de contrôle de la puissance pour les WLAN. Cet algorithme permet de réduire la puissance de transmission tout en assurant une bonne réception des données. Cet algorithme est basé sur la connaissance de l’atténuation du canal qui peut être représentée par la différence entre la puissance émise Ptx et la puissance reçue Prx : P athLoss = Ptx − Prx. (2.1)36 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique Dans cette expression, PathLoss représente l’ensemble des pertes dans le canal de transmission telles que les atténuations de grande, moyenne, et petite échelle. Cet algorithme est également basé sur une puissance de seuil Pthresh, fixée par le constructeur, endessous de laquelle la réception des données n’est plus assurée. En effet, une puissance inférieure à Pthresh implique une petite valeur de SNR et une augmentation de taux d’erreur binaire BER, ce qui entraîne une retransmission des données. En tenant compte de l’atténuation du canal, la puissance transmise optimale est calculée par PT xOpt = P athLoss + Pthresh. (2.2) Le principle du contrôle de la puissance entre l’émetteur STA et le récepteur AP est illustré dans la figure 2.2. La procédure du contrôle de la puissance de STA se compose de 4 étapes comme indiqué ci-dessous : 1. La STA envoie des données telle que par exemple la puissance transmise à l’AP. 2. En utilisant la puissance émise de STA et sa puissance reçue, l’AP calcule le PathLoss, QoS, et enfin la puissance PT xOpt à l’aide de l’équation (2.1) et (2.2). 3. L’AP envoie l’information de la puissance de transmission optimale PT xOpt à la STA. 4. La STA met à jour sa puissance de transmission. Figure 2.2 – L’algorithme TPC pour les WLAN L’AP recalcule PT xOpt dans le cas où il y a un changement significatif de la QoS correspondant à une modification du PathLoss. Comme le montre la relation (2.2), un changement du PathLoss entraîne le changement de la valeur de PT xOpt. L’AP recalcule alors PT xOpt avant de l’envoyer de nouveau à l’émetteur. Cet algorithme sera également comparé avec des approches issues de l’automatique au chapitre 4.2.2 Algorithme TPC 37 2.2.3 Algorithme 3 Le troisième algorithme, dit ATPC (Adaptive Transmission Power Control), a été proposé dans [45] pour un WSN dont chacun des nœuds peut envoyer et recevoir des données. Dans l’algorithme ATPC, chaque nœud construit un modèle pour chacun de ses voisins, en décrivant la relation entre la puissance de transmission et la qualité de la liaison RSSI. À partir de ce modèle, un algorithme de contrôle de la puissance maintient le RSSI au-dessus d’un seuil. Le fait d’ajuster la puissance de transmission en fonction de la qualité de la liaison entre l’émetteur et le récepteur permet d’améliorer l’efficacité énergétique en comparaison avec le cas où la puissance est toujours fixée à sa valeur maximale. C’est le cas des WSN, où la puissance de transmission est souvent réglée à la puissance maximale pour assurer une bonne transmission des données [30, 25], mais cette situation implique une forte consommation d’énergie, souvent inutile. Dans l’algorithme ATPC, une table de voisinage est maintenue sur chaque nœud et une boucle de retour pour le contrôle de la puissance est mise en place entre une paire de nœuds. Le table de voisinage contient les puissances de transmission que le nœud utilise pour envoyer ses données aux nœuds voisins. Les puissances de transmission sont définies comme la puissance minimale nécessaire à une bonne liaison entre une paire de nœuds. Cette table contient également des modèles linéaires qui sont déterminés par une campagne de mesure. Les auteurs de [45] ont montré expérimentalement que la corrélation entre la puissance de transmission et le RSSI est généralement monotone et continue : le RSSI augmente linéairement lorsque la puissance de transmission augmente. Un modèle linéaire est utilisé pour décrire la relation entre les puissances de transmission et la qualité de la liaison RSSI. L’identification des paramètres du modèle au cours du temps permet de déterminer la puissance de transmission. Le tableau 2.1 représente la situation où le nœud numéro 1 se connecte aux nœuds 2, 3, et 4. Numéro de nœud Puissance Modèle 2 12 0.5TP+23 3 27 0.8TP+49 4 6 0.4TP+32 Table 2.1 – Tableau ATPC au nœud numéro 1 La formulation du modèle mathématique est établie de la manière suivante. Ce modèle utilise un vecteur T P qui contient les L différents niveaux de puissance de transmission et une matrice de RSSI notée R : T P = {tp1, tp2, ..., tpL} R = {R1, R2, ..., Rl} T (2.3) où Ri est un vecteur de RSSI pour le voisin i. Il y a autant de vecteur Ri que de nœuds voisins. La composition de Ri est définie par Ri =  r 1 i , r2 i , ..., rL i (2.4) où r j i est le RSSI mesuré correspondant à la puissance de transmission tpj . L’équation algébrique linéaire du modèle qui caractérise la relation entre la puissance de transmission et le RSSI d’une38 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique paire de nœuds s’écrit ri(tpj ) = aitpj + bi (2.5) où ai , bi sont deux paramètres du modèle. À partir des mesures, les paramètres ai , bi sont identifiés par une méthode des moindres carrées en minimisant S 2 . X ri(tpj ) − r j i ) 2  = S 2 . (2.6) Les paramètres ai et bi peuvent être obtenus par l’équation (2.7)  ai bi  = 1 L PL j=1(tpj ) 2 − PL j=1 tpj 2 "PL j=1 r j i PL j=1(tpj ) 2 − PL j=1 tpj PL j=1 tpjr j i L PL j=1 tpjr j i − PL j=1 tpj PL j=1 r j i # . (2.7) En utilisant ai , bi , et le RSSImin déterminé expérimentalement qui assure une bonne liaison entre une paire de nœuds donnée, on en déduit la puissance de transmission désirée tpj = RSSImin − bi ai . (2.8) Dans l’algorithme ATPC, l’équation (2.8) utilise les valeurs initiales de ai , bi . Une mise à jour permanente de ces paramètres est nécessaire, en particulier lorsque l’environnement change. La mise à jour de ces valeurs se fait à l’aide des dernières valeurs de la puissance de transmission tpj et du RSSI mesurés r j i . Cependant, il a été constaté que ai reste quasiment constant pendant trois jours d’expérimentation alors que la valeur de bi change significativement au cours du temps. La mise à jour du seul paramètre bi(n) suffit. bi(n) est calculé à partir des dernières valeurs de la puissance de transmission et du RSSI comme ci-dessous bi(n) = PKm n=1 [RSSImin − ri(n − 1)] Km (2.9) où ri(n − 1) est la valeur de RSSI à l’instant (n − 1) et Km est le nombre de mesures. La détermination de bi(n) permet de calculer la puissance de transmission d’après l’équation (2.7). Une comparaison de cet algorithme ATPC avec les approches issues de l’automatique sera également présentée dans le chapitre 4. 2.3 Modèle dynamique Le problème du contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil peut également être vu comme un problème de commande. Dans ce cas, une étape préalable consiste à trouver un modèle dynamique du système [83, 82, 81]. Dans [83], les auteurs ont d’abord modélisé l’évolution du SINR par une équation de récurrence, puis proposé une commande afin de réguler le SINR d’un réseau cellulaire utilisant le CDMA. Une autre modélisation prenant en compte la congestion dans le réseau a été développée dans [82, 81]. Le contrôle de la puissance était assuré par une commande linéaire quadratique gaussienne (LQG). Dans cette section, nous allons établir les équations des systèmes dynamiques pour les normes LTE, WIFI et Zigbee.2.3 Modèle dynamique 39 2.3.1 Équation de l’évolution du SINR en LTE En LTE, le contrôle de la puissance du lien montant est calculé au niveau de la station de base, puis cette dernière indique à l’UE d’augmenter ou de diminuer sa puissance. Par conséquent, chaque station de base gère la puissance de transmission de l’ensemble des UE qui se trouvent dans sa cellule. Une station de base ne gère pas la puissance de transmission des UE des cellules voisines car elle ne connaît pas les gains des canaux des UE de ses voisines. Cependant, elle peut mesurer l’ensemble des perturbations venant des cellules voisines, que l’on appelle l’interfé- rence inter-cellules. De plus, dû au fait que les UE utilisent des codes orthogonaux pour les liens montant et descendant, l’interférence intra-cellule est négligeable. Par conséquent, nous avons un système dynamique de type SISO correspondant à un processus de contrôle de la puissance entre la station de base et l’UE contrôlée par cette station. Les données en LTE sont regroupées dans des trames et des sous trames qui sont envoyées toutes les 1ms. Il s’agit donc d’un système à temps discret. Le modèle dynamique recherché est donc SISO et discret. La figure 2.3 illustre la communication de la liaison montante d’un UE et l’interférence venant des cellules voisines. Figure 2.3 – La communication de la liaison montant en LTE Le SINR est couramment utilisé en téléphonie mobile comme mesure de la qualité de transmission. Le SINR pour un lien montant du mobile i à la station de base k dans le domaine linéaire est donné par l’équation (1.14) que nous rappelons ci-dessous. xik(n) = X gik(n) · pik(n) j6=i gjk(n) · pjk(n) + σ 2 ik(n) . Le terme X j6=i gjk(n)·pjk(n) de l’équation (1.14) correspond à l’interférence inter-cellule car l’utilisation de l’OFDM en LTE permet d’éviter l’interférence intra-cellule [72, 37, 79]. Par conséquent, après la synchronisation de fréquence, seules les interférences inter-cellules affectent le SINR. Nous40 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique pouvons donc réécrire l’équation (1.14) du SINR dans le domaine linéaire comme ci-dessous xik(n) = gik(n) · pik(n) iik(n) + σ 2 ik(n) (2.10) où iik(n) = X j6=i gjk(n) · pjk(n) est l’interférence inter-cellule. Dans le domaine linéaire, le pathloss pl et le terme iot sont définis par plik(n) = 1 gik(n) iotik(n) = iik(n)+σ 2 ik(n) σ 2 ik(n) Nous pouvons réécrire l’équation (2.10) comme ci-dessous xik(n) = pik(n) plik(n) · σ 2 ik(n) · iotik(n) . (2.11) Soit Xik(n) le SINR dans le domaine logarithmique défini par Xik(n) = 10 log10 xik(n). (2.12) À partir des équations (2.11) et (2.12) nous obtenons l’équation du SINR dans le domaine logarithmique Xik(n) = Pik(n) − P Lik(n) − Σ 2 ik(n) − IoTik(n) (2.13) Pik(n), P Lik(n), Σ 2 ik(n), IoTik(n) sont les paramètres dans le domaine logarithmique de pik(n), plik(n), σ 2 ik(n), et iotik(n). Dans le domaine linéaire, l’interférence iik et le bruit thermique σ 2 ik sont mesurés par la station de base [40]. Nous avons donc les termes Σ 2 ik(n) et IoTik(n). La puissance Pik est connue à la station de base et le terme P Lik est estimé par le SRS. Nous obtenons donc le SINR Xik à la station de base en utilisant l’équation (2.13). La puissance Pik(n) correspond à la puissance PP USCH de l’équation (1.1). Dans cette section, nous allons remplacer le numéro de sous trame j de l’équation (1.1) par une variable de temps n car les trames et les sous-trames sont envoyées successivement dans le temps. Pour simplifier l’écriture, les indices c, P USCH, T F de l’équation (1.1) et les indices i, k de l’équation (2.13) seront omis. Nous replaçons également le terme ∆P USCH par U. Par conséquent, l’équation (1.2) devient F(n) = F(n − 1) + U(n − K). (2.14) Nous utilisons la transformation en z pour l’équation (2.14) et nous obtenons F(z) = z −K 1 − z−1 U(z). (2.15) Notons que le paramètre K ne varie pas en fonction du temps, mais il prend une valeur entière connue dans l’intervalle {4, · · · , 7}.2.3 Modèle dynamique 41 Par la suite, et dans un souci de clarté, le terme de saturation PCMAX donné par l’équation (1.1) sera omis mais il sera pris en compte dans la simulation du chapitre 4. À partir de l’équation (1.1), nous avons P(z) = W1(z) + F(z) = W1(z) + z −K 1 − z−1 U(z) (2.16) où W1(z) = 10 log10M(z) + P0(z) + α(j) · P L(z) + Θ(z). Comme le retard total M, qui est la somme du retard de la liaison descendant et de la liaison montante, peut être considéré constant (voir [16, 52]), le retard en liaison montante est donc égal à M − K avec K ∈ {4, · · · , 7}. En ajoutant le retard de propagation à l’équation (2.13) nous avons X(z) = (W2(z) + P(z))z −(M−K) (2.17) où W2(z) = −P L(z) − Σ 2 (z) − IoT(z). Nous remplaçons l’équation (2.16) dans l’équation (2.17) et nous obtenons X(z) = z −M 1 − z−1 U(z) + (W1(z) + W2(z))z −(M−K) . (2.18) En multipliant les deux côtés de l’équation (2.18) par (1 − z −1 ), nous avons (1 − z −1 )X(z) = z −MU(z) + (W1(z) + W2(z))(1 − z −1 )z −(M−K) . En utilisant la transformation inverse en z, nous obtenons un système scalaire discret comme ci-dessous X(n) = X(n − 1) + U(n − M) + H(n − 1) (2.19) avec l’entrée connue H(n − 1) = W2(n − (M − K)) − W2(n − (M − K) − 1) + W1(n − (M − K)) − W1(n − (M − K) − 1) et un retard constant M − 1 en la commande. Il faut noter que les valeurs de K ∈ {4, · · · , 7} sont connues. En LTE, le temps de propagation d’un aller-retour, y compris le temps de calcul du processeur, peut être considérée comme constant avec M = 10ms [16, 52]. Soit Hˆ (n) l’estimation de l’entrée exogène telle que    H(n) − Hˆ (n)    < ǫ. Nous allons réécrire (2.19) comme ci-dessous X(n) = X(n − 1) + µ(n − M) − Hˆ (n − 1) + H(n − 1) où µ(n − M) = U(n − M) + Hˆ (n − 1) est une nouvelle commande. Cela implique que X(n) = X(n − 1) + µ(n − M) + D(n − 1) (2.20)42 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique où D(n − 1) = H(n − 1) − Hˆ (n − 1) (2.21) est la perturbation du système dynamique (2.20). La figure 2.4 illustre le scénario du contrôle de la puissance en LTE. Le récepteur est la station de base servant à calculer la puissance de transmission de l’émetteur. L’émetteur est l’UE qui règle sa puissance de transmission en fonction de l’information venant de la station de base. Figure 2.4 – Schéma bloc du système de contrôle de la puissance en LTE L’objectif du contrôle de la puissance en LTE est de garantir que le SINR reste strictement supérieur au SINRmin. Du point de vue de la commande, il s’agit d’un problème de stabilisation d’un système SISO discret avec un retard sur la commande et une contrainte sur l’état. 2.3.2 Équation du SNR pour les WLANs Dans les WLAN, chaque STA envoie ses données à l’AP à son tour en utilisant le protocole CSMA-CA pour éviter les collisions avec ses voisines [24]. Là encore, le contrôle de la puissance pour un WLAN peut être formulé comme un problème de stabilisation d’un système SISO discret avec une contrainte sur l’état. De plus, comme l’interférence peut être négligée dans la topologie BSS, la qualité de transmission est basée sur la grandeur de SNR [62]. Le SNR de la liaison montante entre la STA i et l’AP k dans le domaine linéaire est déduit à partir de l’équation de SINR 1.14, nous avons xik(n) = gik(n) · pik(n) σ 2 ik(n) . (2.22) D’après l’équation (2.22), nous remarquons que le SINR xik(n) est proportionnel à la puissance d’émission pik(n). Cependant, un niveau de puissance d’émission élevé peut être la source de l’interférence des réseaux voisins qui utilisent la même bande de fréquence. Ce type de perturbation n’est pas désirable en WLAN. De plus, un niveau de puissance trop élevé n’est pas nécessaire2.3 Modèle dynamique 43 lorsque le canal de transmission est de bonne qualité. Cela implique un gaspillage énergétique et une diminution de la durée de vie de la batterie. L’objectif du contrôle de la puissance est donc de maintenir le SNR en-dessus de SNRmin avec un niveau de puissance le plus bas possible. Le gain de canal gik(n) de l’équation (2.22) s’écrit gik(n) = 1 plik(n) (2.23) où pl est le pathloss dans le domaine linéaire. Nous déduisons l’équation du SNR dans le domaine logarithmique comme ci-dessous Xik(n) = Pik(n) − P Lik(n) − Σ 2 ik(n) (2.24) où Pik et P Lik sont respectivement la puissance de transmission de la STA i et le pathloss de la STA i à l’AP k, Σ 2 ik est le bruit blanc gaussien à l’antenne de l’AP k. Le P Lik(n) peut être déterminé en choisissant le modèle log-normale Shadowing de l’équation (1.9). Dans la suite, et pour des raisons de simplicité, nous allons omettre les indices i et k dans les équations. L’équation (2.22) devient X(n) = P(n) − P L(n) − Σ 2 (n). (2.25) Dans un WLAN, chaque STA ajuste sa puissance de transmission selon les informations provenant de l’AP [38]. Nous avons l’équation dynamique classique pour la puissance de transmission comme ci-dessous P(n + 1) = P(n) + U(n) (2.26) où U(n) est l’incrément ou le décrément de puissance. C’est également la commande de notre système dynamique. De la même manière, nous supposons que P L(n + 1) = P L(n) + ∆P L(n) Σ 2 (n + 1) = Σ2 (n) + ∆Σ2 (n) (2.27) À partir des équations (2.25), (2.26) et (2.27), nous avons X(n + 1) = P(n + 1) − P L(n + 1) − Σ 2 (n + 1) = P(n) + U(n) − P L(n) − ∆P L(n) − Σ 2 (n) − ∆Σ2 (n) Nous déduisons que X(n + 1) = X(n) + U(n) − ∆P L(n) − ∆Σ2 (n) (2.28) où encore X(n + 1) = X(n) + U(n) + D(n) (2.29) avec D(n) = −∆P L(n) − ∆Σ2 (n) la variation du canal et du bruit. La quantité D(n) est bornée par ǫ. La borne ǫ dépend de l’environnement et du temps d’échantillonnage du système dynamique (2.29) et peut être ajustée à partir des mesures. En résumé, nous obtenons un système dynamique SISO discret avec une perturbation bornée et une contrainte sur l’état.44 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamique 2.3.3 Équation du RSSI pour les WSNs Le contrôle de la puissance d’un WSN est basé sur l’indicateur RSSI qui est une mesure instantanée car les nœuds ne possèdent que des processeurs simples qui ne permettent pas d’estimer le SINR comme dans un réseau de téléphonie mobile ou un WLAN. Dans cette sous section, nous allons déterminer une équation de récurrence pour le RSSI à partir de la relation linéaire entre la puissance de transmission et le RSSI. Pour tenir compte des erreurs de modélisation du modèle linéaire, nous ajoutons un bruit. Nous avons donc une relation entre le RSSI et la puissance de transmission comme ci-dessous X(n) = aP(n) + b(n) + N(n) (2.30) où X est le RSSI, P la puissance de transmission, n le temps de transmission, a, b les paramètres du modèle mathématique. La constante a dépend du choix de l’équipement et de la norme de télécommunication, et est indépendante de l’environnement. Le paramètre b dépend de la position du capteur par rapport au coordinateur auquel il se connecte. Un changement de l’environnement où se situe le capteur et le coordinateur entraîne un changement de la valeur de b. Pour un WSN, le fait que les capteurs communiquent alternativement avec le coordinateur implique un système SISO. De plus, les capteurs sont configurés pour envoyer leurs données périodiquement selon l’application. Dans l’exemple que nous présenterons au chapitre 4, les capteurs envoient leurs données au coordinateur toutes les cinq secondes. Pour les WSN, chaque capteur peut ajuster sa puissance de transmission en fonction de l’information donnée par le coordinateur. L’équation dynamique de la puissance de transmission est définie par P(n + 1) = P(n) + ∆P(n) (2.31) où ∆P(n) est l’incrément de puissance. Nous supposons aussi que N(n + 1) = N(n) + ∆N(n) b(n + 1) = b(n) + ∆b(n) (2.32) À partir de l’équation (2.30), (2.31) et (2.32), nous avons l’expression du RSSI à l’instant n + 1 X(n + 1) = aP(n + 1) + b(n + 1) + N(n + 1) = P(n) + u(n) + b(n) + ∆b(n) + N(n) + ∆N(n) Nous déduisons X(n + 1) = X(n) + a∆P(n) + ∆N(n) + ∆b(n). Nous négligeons ∆b(n) car le WSN est en environnement stationnaire, ce qui implique X(n + 1) = X(n) + U(n) + D(n) (2.33) où U(n) = a∆P(n) D(n) = ∆N(n) sont la commande et la perturbation du système dynamique (2.33). Nous supposons que D(n) est bornée par une valeur ǫ. Cette borne ǫ dépend de l’environnement dans lequel se trouve les équipements.2.4 Conclusion 45 En résumé, nous avons un système dynamique SISO discret avec une perturbation bornée et une contrainte sur l’état. Différentes commandes seront proposées et mises en œuvre dans les chapitres qui suivent. 2.4 Conclusion Nous avons vu les différents algorithmes TPC qui sont actuellement utilisés pour le contrôle de la puissance dans les réseaux sans fil. Ces algorithmes sont implémentés dans les nœuds du réseau afin de réduire la consommation énergétique et d’augmenter la durée de vie moyenne de la batterie. Ces approches algorithmiques n’utilisent pas de modèles dynamiques du système mais ne sont pas optimales et ne garantissent pas que l’état ne passe pas en dessous de sa contrainte, ce qui implique une coupure de la liaison. L’écriture d’un modèle dynamique traduisant l’évolution du SINR (ou du RSSI) en fonction de la puissance d’émission va permettre d’aborder ce problème comme un problème de stabilisation d’un système SISO discret perturbé avec retard sur l’entrée et contrainte sur l’état. C’est l’objet du prochain chapitre, où nous développerons plusieurs commandes à même de stabiliser ce système.46 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : approches algorithmiques, modélisation dynamiqueChapitre 3 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : synthèse d’une loi de commande 3.1 Introduction Dans le chapitre 2, nous avons étudié les approches courantes en télécommunications utilisées pour le contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires. Nous allons étudier dans ce chapitre des approches basées sur un correcteur pour résoudre le problème de contrôle de la puissance. Nous présenterons tout d’abord des approches classiques aptes à résoudre un problème de contrôle avec contrainte sur l’état telles que l’anti-windup et la commande prédictive MPC (Model Predictive Control). Nous proposerons ensuite une nouvelle stratégie, que nous nommerons par la suite commande par potentiel ou PFC (Potential Feedback Control) [59, 60]. Cette commande a été développée pour un système SISO comme une solution alternative à la MPC et à la TPC. Il s’agit d’une approche dans laquelle le problème de stabilisation d’un système SISO linéaire avec une contrainte sur l’état est transformé en un problème de stabilisation d’un système non linéaire en boucle fermée mais sans contrainte. À l’origine, les commandes par potentiel ont été développées pour la robotique afin d’éviter les collisions avec des obstacles [66, 56, 44]. L’idée était de générer un potentiel répulsif autour de l’obstacle. À notre connaissance, c’est la première fois qu’une commande par potentiel est utilisée pour un système à temps discret. Le terme “potentiel” désigne un potentiel de Coulomb qui va constituer une barrière infranchissable. En télécommunications, cette barrière est une valeur du SINR en dessous de laquelle la communication est interrompue. La commande par potentiel, qui est une commande non linéaire, assure que la sortie du système soit toujours supérieure à une limite inférieure. L’application de cette approche pour les réseaux cellulaires conduit à l’ajustement de deux paramètres pour chaque UE. La principale difficulté de cette stratégie est due à la non linéarité introduite par la commande. La preuve de stabilité est obtenue en utilisant une fonction de Lyapunov. À partir d’une certaine mobilité, il faut tenir compte de la variation du canal entre deux échantillons de commande. Cela se traduit pas l’ajout d’un retard sur l’entrée correspondant au temps de propagation et à la latence du matériel. Nous utilisons donc la transformation d’Artstein pour les systèmes discrets afin de résoudre ce problème [6, 31]. Le chapitre 3 est organisé de la façon suivante : dans la section 3.2 sont décrites les notions de48 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : synthèse d’une loi de commande base de la stabilité pour un système discret, en particulier la stabilité au sens de Lyapunov. Le contrôle anti-windup et la commande prédictive sont présentés dans les sections 3.3 et 3.4. Dans la section 3.5, nous proposons la synthèse d’une loi de commande potentielle pour le système nominal, pour le système perturbé et pour le système perturbé avec retard sur l’entrée. 3.2 La stabilité d’un système discret La notion de stabilité est très importante pour l’analyse d’un système dynamique. Dans cette section, nous allons présenter les définitions de base de la stabilité d’un système dynamique discret qui sont données dans [7]. 3.2.1 Définitions Nous rappelons ci-dessous quelques notions mathématiques. Définition 1. Une fonction γ : R≥0 → R≥0 est une K-fonction si elle est continue, strictement croissante et si γ(0) = 0. Elle est une K∞-fonction si elle est une K-fonction et si γ(s) → ∞ lorsque s → ∞. Nous abordons maintenant les définitions de stabilité d’un système autonome. Soit la représentation d’état d’un système discret x(n + 1) = f(x(n)), n ∈ N (3.1) où f : R p → R p est une fonction continue. Supposons que x¯ est un point d’équilibre du système (3.1). Il est donc solution de l’équation suivante x¯ = f(¯x). L’objectif est de caractériser et d’étudier la stabilité de x¯. Par convention, nous considérons que le point d’équilibre est l’origine, c’est-à-dire x¯ = 0. Cette convention est possible, sans perte de généralité, parce que tous les points d’équilibre peuvent être ramenés à l’origine par un changement de variables. Supposons que x¯ 6= 0 et considérons un changement de variable y = x − x¯, nous avons que y(n + 1) = x(n + 1) − x¯ = f(x(n)) − x¯ = f(y(n) + ¯x) − x¯ = g(y(n)), où g(0) = 0. Avec la nouvelle variable, le système a le point d’équilibre à l’origine. Par conséquent, sans perte de généralité, nous pouvons toujours assumer que f(0) = 0 et étudier la stabilité à l’origine x¯ = 0. Définition 2. Le point d’équilibre x = 0 du système (3.1) est stable si pour tout ǫ > 0 donné, il existe δ(ǫ) > 0 tel que si |x(0)| < δ, alors |x(n)| < ǫ pour tout n ∈ N.3.2 La stabilité d’un système discret 49 Définition 3. Le point d’équilibre x = 0 du système (3.1) est asymptotiquement stable s’il est stable et si δ peut être choisi de manière que |x(0)| < δ implique |x(n)| → 0 lorsque n → ∞. À partir des définitions précédentes, on définit en général la stabilité pour un point d’équilibre et non pas pour le système. Cela implique que la stabilité est une notion locale. L’interprétation des définitions 2 et 3 est que le système est (asymptotiquement) stable si les trajectoires restent proches lorsque la condition initiale est légèrement changée. 3.2.2 La stabilité d’un système linéaire discret Soit un système linéaire x(n + 1) = Ax(n), x(0) = x0 (3.2) Le système (3.2) admet la solution x(n) = A nx(0). (3.3) S’il est possible de diagonaliser A, alors la solution est une combinaison des termes λ n i , où λi (i = 1, 2, ..., m) sont les valeurs propres de A. Dans le cas général, lorsque A ne peut pas être diagonalisée, la solution est une combinaison linéaire des termes pi(n)λ n i , où pi(n) sont des polynômes en n. Pour obtenir la stabilité asymptotique, toutes les solutions doivent tendre vers zéro quand n tend vers l’infini, ce qui implique que toutes les valeurs propres de A sont telles que |λi | < 1 i = 1, 2, ...m (3.4) ce qui est formulé par le théorème ci-dessous [7] : Théorème 1. Le système linéaire invariant discret (3.2) est asymptotiquement stable si et seulement si toutes les valeurs propres de A sont strictement comprises dans le disque unité. 3.2.3 Stabilité au sens de Lyapunov Dans les paragraphes précédents, nous avons vu les notions de base de la stabilité pour un système linéaire invariant discret. Nous allons maintenant introduire la stabilité au sens de Lyapunov qui est un outil pratique pour déterminer la stabilité des systèmes dynamiques. À l’origine, Lyapunov a développé cette théorie pour les équations différentielles [46], puis elle a ensuite été étendue aux relations de récurrence. L’idée principale est d’introduire une fonction énergétique généralisée, appelée fonction de Lyapunov, qui est nulle au point d’équilibre et positive partout ailleurs. Le point d’équilibre sera asymptotiquement stable si la fonction de Lyapunov est strictement décroissante tout au long des trajectoires du système. Dans cette section, nous rappelons la théorie de Lyapunov pour un système discret [7]. La première étape consiste à trouver une fonction de Lyapunov, qui est définie comme ci-dessous [7] : Définition 4. V : R p → R≥0 est une fonction de Lyapunov pour le système x(n + 1) = f(x(n)) (3.5) où f : R p → R p est une fonction continue telle que f(0) = 0 si50 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : synthèse d’une loi de commande 1. V est continue et V (0) = 0. 2. V est définie positive ; i.e. V (x) > 0 sauf V (0) = 0. 3. ∆V (x) = V (f(x)) − V (x) est définie négative ; i.e. ∆V (x 6= 0) < 0 sauf ∆V (0) = 0. Une illustration géométrique simple de la définition précédente est donnée sur la figure 3.1. Les courbes de niveau d’une fonction définie positive V : R 2 → R≥0 sont des courbes fermées au voisinage de l’origine. La troisième condition implique que la dynamique du système est telle que la solution se déplace toujours vers les courbes de niveau de valeur plus petite. Toutes les courbes de niveau encerclent l’origine et ne se croisent pas. Figure 3.1 – Illustration géométrique de la fonction de Lyapunov Cette interprétation géométrique montre que l’existence d’une fonction de Lyapunov assure la stabilité asymptotique du système dynamique. Le théorème ci-dessous est un énoncé précis de ce fait [7] : Théorème 2. L’origine du système (3.5) est asymptotiquement stable s’il existe une fonction de Lyapunov pour le système (3.5). De plus, si 0 < ϕ(|x|) < V (x) (3.6) où ϕ(.) est une K∞-fonction alors l’origine est globalement asymptotiquement stable. La difficulté principale de l’utilisation de la théorie de Lyapunov est de trouver une fonction de Lyapunov qui convient pour le système. C’est en général un problème difficile. Un système dynamique est souvent perturbé par des entrées exogènes. Dans [33], les auteurs ont développé la notion de stabilité dans un intervalle pour un système discret avec une perturbation bornée. Pour mieux comprendre ces travaux, nous allons commencer par introduire la notion de stabilité sur un intervalle puis donner l’énoncé du théorème.3.2 La stabilité d’un système discret 51 Considérons le système perturbé suivant x(n + 1) = f(x(n), d(n)), n ∈ N (3.7) où x(.) ∈ R p , la perturbation d(.) ∈ Ω avec Ω ∈ R m et la fonction f : R p × Ω → R p est continue. Supposons que l’ensemble Ω soit compact. Soit MΩ l’ensemble de toutes les fonctions de N vers Ω. Soit x(., ξ, d) la solution de (3.7) pour l’état initial x(0) = ξ et la perturbation d ∈ MΩ. Soit un sous ensemble A fermé non vide de R p . Cet ensemble est dit invariant si, pour chaque ξ ∈ A, x(n, ξ, d) ∈ A pour tout n ≥ 0. Nous noterons |ξ|A = d(ξ, A) = inf η∈A |ξ − η| , (3.8) où |.| représente la norme euclidienne. Nous introduisons maintenant la notion de stabilité du système (3.7). Définition 5. Soit un ensemble fermé invariant A du système (3.7). Le système (3.7) est globalement asymptotiquement stable par rapport à A si les deux propriétés suivantes sont vérifiées : 1. Stabilité : pour tout ǫ > 0, il existe une K-fonction δ(.) telle que si |ξ|A ≤ δ(ǫ) , alors |x(n, ξ, d)|A ≤ ǫ pour tout n ∈ N et d ∈ MΩ. 2. Attraction : pour tout r > 0 et ǫ > 0, il existe T ∈ N tel que, si |ξ|A ≤ r, alors |x(n, ξ, d)|A ≤ ǫ pour tout n ≥ T et d ∈ MΩ. La définition d’une fonction de Lyapunov pour le système (3.7) par rapport à l’ensemble A est donnée dans [33] de la façon suivante : Définition 6. Soit un ensemble fermé invariant A du système (3.7). Une fonction continue V : N × R p → R≥0 est une fonction de Lyapunov pour le système (3.7) par rapport à l’ensemble A si 1. il existe deux K∞-fonctions α1 et α2 telles que pour tout ξ ∈ R p et tout n ∈ N α1(|ξ|A) ≤ V (n, ξ) ≤ α1(|ξ|A). (3.9) 2. il existe une fonction continue, définie positive α3 telle que pour tout ξ ∈ R p et tout n ∈ N V (n + 1, f(ξ, µ)) − V (n, ξ) ≤ −α3(|ξ|A). (3.10) Le résultat principal de [33] est le théorème ci-dessous : Théorème 3. Le système (3.7) est globalement asymptotiquement stable par rapport à A si et seulement si il admet une fonction de Lyapunov par rapport à A. La démonstration de ce théorème et le détail des résultats sont donnés dans [33].52 Contrôle de la puissance dans les réseaux cellulaires sans fil : synthèse d’une loi de commande 3.3 Contrôle anti-windup Les techniques d’anti-windup ont initialement été développées pour les systèmes présentant des saturations sur la commande. Lorsque la commande sature, le système se retrouve en boucle ouverte et n’est plus commandable, ce qui peut conduire à une instabilité. Le contrôle anti-windup est une stratégie originale qui peut résoudre ce problème. On peut citer entre autres le correcteur proportionnel intégral dérivé (PID) sous contrainte. Sans le compensateur anti-windup, en cas de saturation le PID ne reçoit pas la sortie correspondant à la commande fournie par lui-même à l’instant précédent et l’action intégrale diverge. Dans le meilleur des cas, cette divergence entraîne un long régime transitoire et des dépassements importants. Cet effet est appelé windup. Pour résoudre ce problème, un compensateur anti-windup recalcule la commande si cette dernière est en saturation [27, 39]. Il existe dans la littérature un nombre très important d’études sur l’antiwindup qui prennent en compte la contrainte sur la commande pour les systèmes continus et discrets [87, 39, 54, 84, 86, 85]. L’utilisation de l’anti-windup pour des contraintes sur l’état est beaucoup plus restreinte et a été très peu étudiée. À notre connaissance, il existe seulement une référence sur ce sujet [57] qui utilise le schéma conventionnel de l’anti-windup dans le cas d’un système continu. Une autre tentative qui utilise l’anti-windup pour des contraintes sur l’état a été proposée dans [67], mais cette approche relève davantage de la MPC. Dans cette section, nous allons présenter une commande par anti-windup pour résoudre un problème de contrainte sur l’état dans le cas d’un système discret. 3.3.1 Position du problème Soit un système linéaire discret de représentation d’état x(n + 1) = Ax(n) + Bu(n) y(n) = Cx(n) (3.11) où A ∈ R p×p , B ∈ R p×m, C ∈ R q×p , x(n) ∈ R p , y(n) ∈ R q , u(n) ∈ R m, et n ∈ N sont respectivement la matrice d’état, la matrice de commande, le vecteur d’état, la sortie, la commande et l’indice de temps. Nous cherchons un correcteur dynamique qui est représenté par xc(n + 1) = Acxc(n) + Bc (y(n) − yref (n)) + Λ1ξ(n) u(n) = Ccxc(n) + Dc (y(n) − yref (n)) + Λ2ξ(n) (3.12) où Ac ∈ R pc×pc est la matrice d’état, Bc ∈ R pc×q est la matrice de commande, Cc ∈ R m×pc est la matrice d’observation, Dc ∈ R m×q est la matrice d’action directe, xc(n) ∈ R pc est le vecteur d’état, u(n) ∈ R m est la sortie du correcteur, yref est le consigne, et Λ1, Λ2 sont le compensateur anti-windup. Le compensateur anti-windup est actif si la sortie du système (3.11) est en-dessous d’une valeur minimale ymin. Nous avons donc ξ(n) =  0 si y(n) ≥ ymin y(n) − ymin si y(n) < ymin (3.13) Le schéma du système en boucle fermée avec l’anti-windup sur la sortie est représenté sur la figure suivante3.3 Contrôle anti-windup 53 Figure 3.2 – Système en boucle fermée avec anti-windup sur la sortie En boucle fermée, le système s’écrit x(n + 1) = (A + BDcC) x(n) + BCcxc(n) − BDcyref (n) + BΛ2ξ(n) xc(n + 1) = BcCx(n) + Acxc(n) − Bcyref (n) + Λ1ξ(n) (3.14) Notre objectif de commande est de trouver un correcteur Kc =  Dc Cc Bc Ac  et un gain d’antiwindup Λ =  Λ1 0 Λ2 0  qui stabilisent le système en boucle fermée. 3.3.2 Recherche d’un correcteur Kc stabilisant Le système en boucle fermée avec ξ(n) = 0 s’écrit ζ(n + 1) = A¯ + BK¯ cC¯
ζ(n) − Γ¯yref (3.15) avec ζ(n) T = x(n) xc(n) T et A¯ =  A 0 0 0  B¯ =  B 0 0 I  C¯ =  C 0 0 I  Γ =¯  BDc Bc  . Nous considérons le changement de variable ζb(n) = ζ(n) − ¯ζ (3.16) où ¯ζ = − I − A¯ + BK¯ cC¯

−1 Γ¯yref est le point d’équilibre de (3.15). Nous avons ζb(n + 1) = A¯ + BK¯ cC¯
ζb(n). (3.17) Soit V (n) = ζ T b (n)P ζb(n) une fonction candidate de Lyappunov avec P = P T > 0. Le système (3.17) sera stable si et seulement si V (n + 1) − V (n) < 0, soit en posant Abf = A¯ + BK¯ cC¯ A T bfP Abf − P < 0 Approche algorithmique pour l’am´elioration des performances du syst`eme de d´etection d’intrusions PIGA Pierre Clairet To cite this version: Pierre Clairet. Approche algorithmique pour l’am´elioration des performances du syst`eme de d´etection d’intrusions PIGA. Other. Universit´e d’Orl´eans, 2014. French. . HAL Id: tel-01080541 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01080541 Submitted on 5 Nov 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.UNIVERSITÉ D’ORLÉANS ÉCOLE DOCTORALE MATHEMATIQUES, INFORMATIQUE, PHYSIQUE THEORIQUE et INGENIERIE DES SYSTEMES LABORATOIRE D’INFORMATIQUE FONDAMENTALE D’ORLEANS THÈSE présentée par : Pierre CLAIRET soutenue le : 24 juin 2014 pour obtenir le grade de : Docteur de l’université d’Orléans Discipline/ Spécialité : INFORMATIQUE Approche algorithmique pour l’amélioration des performances du système de détection d’intrusions PIGA THÈSE dirigée par : Pascal BERTHOMÉ Professeur, INSA Centre Val de Loire RAPPORTEURS : Dominique BARTH Professeur, Université de Versailles Christophe ROSENBERGER Professeur, ENSICAEN JURY : Dominique BARTH Professeur des Universités, Université Versailles Saint Quentin Pascal BERTHOMÉ Professeur des Universités, INSA CVL Jérémy BRIFFAUT Maître de conférences, INSA CVL Fabien DE MONTGOLFIER Maître de conférences, Université Paris 7 Sébastien LIMET Professeur des Universités, Université d’Orléans Christophe ROSENBERGER Professeur des Universités, ENSICAENREMERCIEMENTS Remerciements Je remercie Dominique Barth et Christophe Rosenberger d’avoir accepté d’être mes rapporteurs et ainsi d’évaluer mes travaux de thèse. Je remercie Jérémy Briffaut, Fabien De Montgolfier et Sébastien Limet d’avoir accepté de faire partie de mon jury de soutenance. Je tiens également à remercier mon directeur de thèse, Pascal Berthomé, pour son soutien durant ces quatre années de thèse, mais aussi le Laboratoire d’Informatique Fondamentale d’Orléans, notamment l’équipe Sécurité et Distribution des Systèmes, ainsi que l’INSA Centre Val de Loire pour son accueil. Je remercie Christian Toinard et ma compagne Aurélie Leday pour avoir pris le temps de relire ce manuscrit. Merci à Jérémy pour la documentation très fournie de PIGA. Merci à Damien Gros, Maxime Fonda et Jonathan Rouzaud-Cornabas pour l’ambiance dans le bureau des doctorants pendant ma première année de thèse. Merci à Damien, Maxime, Thibault, Aurélie, André, Christel, Adam, Céline, Momo, Aurélien, Guillaume, Perrine ainsi que la Brasserie BOS pour toutes les soirées et vacances qui ont animé mes quatre années de thèse. Merci ma famille, à Aurélie et à mon chat de m’avoir soutenu tout au long de ma thèse. iREMERCIEMENTS iiTable des matières Introduction 1 I État de l’art 3 1 PIGA 5 1.1 Fonctionnement général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.1 PIGA, un système de détection d’intrusions . . . . . . . . . . 5 1.1.2 Propriété de sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.3 Base de comportements malicieux . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.4 Utilisation d’un système de contrôle mandataire . . . . . . . . 9 1.1.5 Génération de signatures et détection des comportements illicites 10 1.2 Graphe d’interactions et graphes dérivés . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.1 Graphe d’interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.2 Graphes dérivés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3 Mécanisme de génération de signatures . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.1 Signatures pour PIGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.2 Cas particulier : la propriété de confidentialité . . . . . . . . . 16 1.3.3 Autres propriétés de sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4 Mécanisme de détection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4.1 Fonctionnement général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4.2 Monitoring et progression des signatures . . . . . . . . . . . . 22 1.5 Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.1 Honeypot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.2 Défi sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.5.3 Adaptation de PIGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6.1 Efficacité de PIGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6.2 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2 Décomposition modulaire 33 2.1 Fondements théoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.1.1 Partition et graphe quotient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.1.2 Famille partitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1.3 Permutations factorisantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2 Module d’un graphe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 iiiTABLE DES MATIÈRES 2.2.1 Définition d’un module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.2.2 Arbre de décomposition modulaire . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.2.3 Graphe quotient modulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.2.4 Types de modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.3 Algorithme de décomposition modulaire . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3.1 Calcul d’une permutation factorisante d’un graphe non-orienté 41 2.3.2 Calcul d’une permutation factorisante d’un graphe orienté . . 43 2.3.3 Calcul de l’arbre de décomposition à partir d’une permutation factorisante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.4.1 Applications sur la théorie des graphes . . . . . . . . . . . . . 45 2.4.2 Applications sur des problèmes pratiques . . . . . . . . . . . . 46 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 II Application de la décomposition modulaire à PIGAIDS 49 3 Modification du système de génération de signatures 51 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.2 Application de la décomposition modulaire . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.2.1 Utilisation de la décomposition modulaire non-orientée . . . . 52 3.2.2 Principe général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2.3 Extraction d’une paire source/destination . . . . . . . . . . . 55 3.2.4 Applications des algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.2.5 Gestion des boucles sur module . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.2.6 Compression théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.2.7 Équivalence des systèmes de génération . . . . . . . . . . . . . 65 3.3 Expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3.1 Processus d’expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.3.2 Expérimentation sur un graphe exemple . . . . . . . . . . . . 66 3.3.3 Expérimentation sur des graphes réels . . . . . . . . . . . . . 67 3.4 Simplification par inclusion de signatures . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.5 Limites d’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.5.1 Application de la décomposition modulaire . . . . . . . . . . . 73 3.5.2 Suppression par inclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4 Modification du système de détection 75 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.2 Nouveaux cas engendrés par les méthodes de compression . . . . . . . 76 4.2.1 Analyse des nouveaux cas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2.2 Gestion théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3 Mise en œuvre algorithmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.3.1 Algorithmes de détection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.3.2 Analyse de complexité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.3.3 Équivalence des systèmes de détection . . . . . . . . . . . . . 86 ivTABLE DES MATIÈRES 4.4 Expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.4.1 Création d’un générateur de trace semi-aléatoire . . . . . . . . 87 4.4.2 Expérimentations sur un graphe d’interactions réel . . . . . . 87 4.5 Gestion de modules consécutifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.5.1 Analyse des nouveaux cas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.5.2 Gestion théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.6 Gestion des exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Conclusion 101 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Améliorations de l’intégration à PIGA . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Améliorations algorithmiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Bibliographie 105 vTABLE DES MATIÈRES viTable des figures 1.1 Fonctionnement de la génération de la base de comportements malicieux de PIGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2 Fonctionnement de la génération de signatures . . . . . . . . . . . . . 11 1.3 Le graphe d’interactions généré à partir de la table 1.1 . . . . . . . . 12 1.4 Le graphe de flux associé au graphe d’interactions de la figure 1.3 . . 14 1.5 Le graphe de transition associé au graphe d’interactions de la figure 1.3 15 2.1 Graphe G et le graphe quotient GP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.2 Famille partitive F et son arbre d’inclusion des éléments forts . . . . 36 2.3 Un graphe avec les modules forts et son arbre de décomposition modulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4 Le graphe quotient modulaire du graphe de la figure 2.3 et le graphe induit de chacun de ses modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.5 Graphe induit d’un module série, son arbre de décomposition modulaire et le graphe quotient associé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.6 Graphe induit d’un module parallèle, son arbre de décomposition modulaire et le graphe quotient associé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.7 Graphe induit d’un module premier, son arbre de décomposition modulaire et le graphe quotient associé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.8 Graphe induit d’un module ordre, son arbre de décomposition modulaire et son graphe quotient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.9 Applications de l’algorithme sur le graphe de la figure 2.3 . . . . . . . 42 3.1 Graphe quotient d’interaction obtenu par application de la décomposition modulaire non-orientée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2 Graphe quotient de flux obtenu par application de la décomposition modulaire orientée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3 Le graphe de flux symétrisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.4 L’arbre de décomposition modulaire généré à partir du graphe symétrisé 54 3.5 Graphe quotient d’interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.6 Graphe quotient de flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.7 Ajout des marqueurs au graphe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.8 Graphe exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.9 Extraction des sommets 2 et 8 en utilisant l’algorithme 4 . . . . . . . 61 3.10 Extraction des sommets 2 et 8 en utilisant l’algorithme 5 . . . . . . . 62 3.11 Fonctionnement de la génération de signatures utilisant la décomposition modulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 viiTABLE DES FIGURES 3.12 Décomposition du module premier du graphe de flux . . . . . . . . . 68 3.13 Distribution cumulative des signatures en fonction de leur longueur . 70 3.14 Distribution cumulative des signatures en fonction de leur longueur . 72 3.15 Distribution cumulative des signatures en fonction de leur longueur . 73 viiiListe des tableaux 1.1 Exemple simplifié d’ensemble de vecteurs d’interactions . . . . . . . . 12 1.2 Exemple de table de changement d’états . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 Table de changement d’états de flux avec un mapping de 35 . . . . . 13 1.4 Table de changement d’états de flux avec un mapping de 42 . . . . . 13 1.5 Table de changement d’états de flux utilisée pour générer le graphe représenté par la figure 1.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.6 Table de correspondance des transferts d’informations et des interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.7 Construction des signatures à partir des séquences de transitions . . . 19 1.8 Table de correspondance des signatures simples . . . . . . . . . . . . 23 1.9 Table de correspondance des signatures composées . . . . . . . . . . . 26 3.1 Taux de compression pour le graphe exemple (figure 3.8a) . . . . . . 67 3.2 Paires source/destination analysées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.3 Taux de compression pour le graphe de flux . . . . . . . . . . . . . . 69 3.4 Résultat du calcul de signatures avec un mapping de 35 . . . . . . . . 69 3.5 Composition des niveaux de l’arbre de décomposition modulaire du graphe de processus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.6 Comparaison du nombre de signatures et de la taille de la base suivant les combinaisons de méthode utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 ixLISTE DES TABLEAUX xListe des Algorithmes 1 Création du graphe d’interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2 Algorithme de détection des signatures simples . . . . . . . . . . . . . 24 3 Génération du graphe quotient orienté . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4 Extraction des sommets par modification du graphe . . . . . . . . . . 56 5 Extraction d’un sommet par modification de l’arbre de décomposition modulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 6 Fonction faisant avancer une signature : Avancer(ALERTES, S, I) . 82 7 Algorithme de détection des signatures pouvant contenir des modules non-consécutifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 8 Algorithme de détection des signatures gérant les boucles sur module 84 xiLISTE DES ALGORITHMES xiiIntroduction Du début de la démocratisation d’Internet à aujourd’hui, de Datacrime à l’affaire Snowden, la sécurité des systèmes informatiques a toujours été un sujet d’actualité. De nos jours, avec l’utilisation massive d’Internet et des périphériques de stockage externes, les affaires de piratages ou d’attaques informatiques se multiplient. Elles touchent les entreprises avec des attaques par déni de service (DOS et DDOS) ou des vols de données. Par exemple, Sony Online Entertainment en 2011 ou Orange en 2014 ont été victimes de vols de données, tandis que le site WikiLeaks a été victime d’une attaque de déni de service en 2012. Mais les attaques informatiques sont maintenant utilisées par les états contre d’autres états. Une des premières attaques contre un état eut lieu en 2007 contre l’Estonie. Elle rendit notamment indisponibles les sites gouvernementaux et les sites des banques. Plus récemment, le virus Stuxnet aurait eu pour objectif de mettre une centrale nucléaire iranienne hors service. Que ce soit contre une entreprise ou contre un état, les conséquences économiques des cyberattaques peuvent être très importantes. Ces cyberattaques profitent souvent de vulnérabilités des logiciels présents sur les systèmes informatiques. Or, les systèmes d’exploitation et leurs applications sont de plus en plus complexes. Cette augmentation de complexité a pour effet de multiplier les moyens de s’introduire dans le système. Ainsi, les comportements intrusifs sont nombreux et peuvent être très différents. Les systèmes de détection d’intrusions ont pour objectif de détecter toute tentative d’intrusion sur un système d’exploitation. Parmi ces systèmes de détection d’intrusions, PIGA a la particularité de générer une signature pour chaque comportement intrusif possible sur un système d’exploitation. Une fois ces signatures générées, il est possible de détecter les tentatives d’intrusion. Cependant, l’augmentation du nombre de comportements intrusifs possibles conduit à générer une base de signatures de plus en plus volumineuse. Celle-ci devant être stockée en mémoire lors de la détection, les performances du système d’exploitation, sur lequel PIGA est utilisé, s’en trouvent amoindries. L’objectif de cette thèse est de réduire la quantité de mémoire utilisée par PIGA pour la détection d’intrusion. Nous avons réduit ce problème, à une diminution du volume de la base de signatures, son stockage étant la principale source d’utilisation de la mémoire. Pour cela, nous proposons deux méthodes. La première réduit les graphes à partir desquels les signatures sont générées. La seconde réduit directement la base de signatures en supprimant des signatures inutiles suivant le contexte. 1INTRODUCTION Ce manuscrit est composé de deux parties regroupant quatre chapitres. La première partie décrit le fonctionnement des deux outils avec lesquels nous avons travaillé. La seconde partie présente les deux grandes étapes de notre contribution. Le premier chapitre décrit le fonctionnement de PIGA. Il présente, notamment, les mécanismes de génération de signatures et de détection. Nous y définissons également la problématique principale de cette thèse : la réduction de la base de signatures. Enfin, nous proposons deux solutions différentes à ce problème. Le deuxième chapitre présente la décomposition modulaire. Cette décomposition est un outil de la théorie des graphes pouvant être utilisé pour réduire un graphe en minimisant les pertes d’informations. Ce chapitre présente, en particulier, les différentes structures liées à la décomposition modulaire, ainsi que le fonctionnement des algorithmes l’appliquant. Nous montrons également l’intérêt de cet outil pour notre problématique. Le troisième chapitre détaille la première partie de notre contribution : la modifi- cation du système de génération de signatures. Nous y présentons nos deux méthodes pour réduire le nombre de signatures : une application de la décomposition modulaire et la suppression par inclusion. Nous montrons que le nouveau système décrit les mêmes comportements, sans perte ou ajout d’informations, dans le cas de système dit « propre ». Dans les autres cas, les comportements ajoutés ne sont pas signifiants pour le système et permettent ainsi d’avoir une bonne réduction de la taille de la base. Ensuite, nous détaillons plusieurs expérimentations afin d’évaluer ces méthodes. Enfin, nous montrons les limites d’utilisation de ces méthodes. Le dernier chapitre décrit la deuxième partie de notre contribution : la modifi- cation du système de détection. Nous y détaillons les nouveaux cas engendrés par la nouvelle forme des signatures, ainsi qu’un algorithme de détection permettant de gérer ces cas. Puis, nous évaluons les performances, en termes de temps d’exécution et de consommation mémoire, de notre nouveau système de détection. Nous présentons ensuite une conclusion dans laquelle nous proposons différentes perspectives à notre travail. 2Première partie État de l’art 3Chapitre 1 PIGA 1.1 Fonctionnement général Dans cette section, nous verrons tout d’abord comment PIGA se place par rapport aux autres systèmes de détection d’intrusions. Nous présenterons les types de systèmes de détection d’intrusions, les principales méthodes de détection et les critères d’évaluation de l’efficacité de la détection. Nous reviendrons sur certaines notions de sécurité telles que les propriétés de sécurité ou les bases de comportements. Enfin, nous expliquerons le principe de fonctionnement général de PIGA. 1.1.1 PIGA, un système de détection d’intrusions PIGA (Policy Interaction Graph Analysis) est un système de détection d’intrusions (IDS) qui a été développé par l’équipe Sécurité et Distribution des Systèmes du Laboratoire d’Informatique Fondamentale d’Orléans, en particulier durant la thèse de J. Briffaut. Les types de systèmes de détection d’intrusions Le but d’un système de détection d’intrusions est de détecter tout comportement intrusif effectué par un utilisateur ou un service, sur le système surveillé. Un système de détection d’intrusions fonctionne par analyse de données, les données dépendant du type du système de détection d’intrusions. Il existe deux types d’IDS : les systèmes de détection d’intrusions réseau (Network IDS ou NIDS) et les systèmes de détection d’intrusions système (Host IDS ou HIDS). Les HIDS, tels que Samhain [WPRW05] ou OSSEC [Cid04], analysent les données fournies par le système. Ces données peuvent être, par exemple, des séquences d’appels système ou des logs, du système d’exploitation ou d’un service en particulier. PIGA est un système de détection d’intrusions système. Les NIDS, tels que Snort [Roe99] ou Bro [Pax99], analysent les paquets transitant sur le réseau. Un des avantages des NIDS est qu’il est possible de protéger plusieurs systèmes appartenant au même réseau avec un seul HIDS. 51.1. FONCTIONNEMENT GÉNÉRAL Les méthodes de détection Il existe deux principales méthodes de détection : la détection par comportement et la détection par signature. Le principe de la détection par comportement est de détecter toute utilisation anormale d’un service ou d’une application [Co80, Den87]. Pour cela, il est d’abord nécessaire de définir le comportement normal des services et des applications pré- sents sur le système. Cela passe par une phase d’apprentissage durant laquelle les services et applications sont utilisés normalement. Cette méthode de détection permet théoriquement de détecter toutes les attaques, qu’elles soient connues ou non. Cependant, elle est très dépendante de la qualité et de l’exhaustivité de la phase d’apprentissage. L’IDS McPAD [PAF+09] utilise ce type de méthode de détection. Le but de la détection par signature est de détecter les attaques connues [HLR92]. Pour cela, cette méthode utilise une base de signatures d’attaques. La base permet alors de détecter toutes les attaques dont elle possède la signature. Cependant, cette méthode ne permet de détecter les attaques inconnues et demande une mise à jour fréquente de la base de signature. L’IDS ASAX [HLCMM92] utilise ce type de mé- thode. PIGA utilise la détection paramétrée par une politique. Cette méthode se rapproche de la détection par comportement car elle va détecter les attaques grâce à leur comportement. Cependant, elle ne nécessite pas d’apprentissage. En effet, un comportement est considéré comme une attaque s’il viole la politique. La principale difficulté dans l’utilisation de cette méthode est la définition de la politique qui demande une grande connaissance du système sur lequel l’IDS est installé. L’IDS décrit dans [KR02] utilise cette méthode. Critères d’efficacité L’efficacité d’un système de détection d’intrusions peut être évalué grâce à deux indicateurs : le taux de faux-positifs et le taux de faux-négatifs. Un faux-positif correspond à une alerte levée alors qu’il n’y a pas eu d’intrusion, c’est-à-dire une fausse alerte. Un faux-négatif correspond à l’absence d’alerte levée alors qu’il y a eu une intrusion, c’est-à-dire une intrusion non détectée. Pour ces deux indicateurs, plus le taux est bas, plus le système de détection d’intrusions est efficace. 1.1.2 Propriété de sécurité Nous considérons un système d’informations comme un automate à états finis. Afin de pouvoir détecter une intrusion, il est nécessaire de pouvoir reconnaître les comportements intrusifs. Un comportement est considéré comme intrusif s’il ne respecte pas les conditions établies dans la politique du système de détection d’intrusions. Ces conditions sont appelées propriétés de sécurité. Les propriétés de sécurité permettent de définir, de manière concrète, la frontière entre les états sûrs d’un système et les états non-sûrs. Elles sont généralement définies par l’administrateur et constituent la politique de sécurité du système. L’intégrité, la confidentialité et la 61.1. FONCTIONNEMENT GÉNÉRAL disponibilité sont les propriétés de sécurité les plus communes [Dep85]. Dans cette section, nous utiliserons les termes généraux information, entité et ressource. De façon générale, une information peut notamment correspondre à une donnée ou au contenu d’un fichier. Une entité peut, par exemple, faire référence à un utilisateur ou un processus et une ressource, à un service, un fichier ou un composant matériel. Confidentialité La confidentialité est la garantie qu’une entité ne peut pas accéder à une information sans en avoir l’autorisation. La propriété de confidentialité peut être définie comme suit : Définition 1 (Confidentialité [Off91, Dep85, Bis03]) Soit I de l’information et soit X un ensemble d’entités non autorisées à accéder à I. La propriété de confidentialité de X envers I est respectée si aucun membre de X ne peut obtenir l’information I de manière entière ou partielle. La propriété de confidentialité doit empêcher les entités non autorisées à accéder à l’information confidentielle, tout en permettant aux entités autorisées d’y accéder. On dit qu’une information est confidentielle pour une entité, si celle-ci ne peut pas y accéder. Intégrité L’intégrité d’une information est la garantie que celle-ci ne peut pas être modifiée ou détruite, volontairement ou non, par une entité non autorisée. L’intégrité d’une ressource désigne le fait que celle-ci « fonctionne » correctement. La propriété d’intégrité peut être définie comme suit : Définition 2 (Intégrité [Off91, Dep85, Bis03]) Soit X un ensemble d’entités et soit I de l’information ou une ressource. Alors la propriété d’intégrité de X envers I est respectée si aucun membre de X ne peut modifier I. La propriété d’intégrité permet d’empêcher toute modification d’une information ou d’une ressource par une entité non autorisée. Disponibilité La disponibilité est la garantie qu’un ensemble d’entités peut utiliser une information ou une ressource. La propriété de disponibilité peut être définie comme suit : Définition 3 (Disponibilité [Off91, Dep85, Bis03]) Soit X un ensemble d’entités et soit I une ressource. Alors la propriété de disponibilité de X envers I est respectée si tous les membres de X ont accès à I. 71.1. FONCTIONNEMENT GÉNÉRAL Séparation des privilèges Il existe également un ensemble de propriétés correspondant à des cas particuliers. Cet ensemble correspond aux propriétés d’abus de privilèges. Parmi celles-ci, nous trouvons la séparation des privilèges. La séparation des privilèges d’une entité sur un objet empêche l’entité d’exécuter l’objet si elle l’a modifié précédemment. La propriété de séparation des privilèges peut être définie comme suit : Définition 4 (Séparation des privilèges) Soit X un ensemble d’entités et soit O un objet exécutable. Alors la propriété de séparation des privilèges de X envers O est respectée si aucun membre de X ne peut exécuter O après l’avoir modifié. Support des propriétés de PIGA PIGA est capable de supporter les propriétés précédentes, plus d’autres proprié- tés telles que : – La propriété d’absence de changement de contexte. – La propriété d’exécutables de confiance. – La propriété de respect des règles de contrôle d’accès. Cependant, le principe de PIGA réside dans son extensibilité puisqu’il peut facilement supporter de nouvelles propriétés exprimables au moyen du langage PIGASPL. 1.1.3 Base de comportements malicieux Afin d’identifier les comportements allant à l’encontre des propriétés de sécurité, il est nécessaire d’avoir un moyen de les représenter. L’objet représentant l’ensemble des comportements malicieux est la base de tous les comportements malicieux possibles. Définition 5 (Base de comportements malicieux) Une base de comportements malicieux est un objet qui identifie l’ensemble des comportements illicites pour un système et une politique de sécurité donnés. Une base de comportements malicieux peut être vue comme une boîte noire qui, pour un comportement donné, indique si le comportement est licite ou non. La liste exhaustive de tous les comportements violant la politique de sécurité sur un système est l’exemple le plus simple de base de comportements malicieux. Le système de signatures de PIGA, générées à partir de plusieurs graphes représentant le système ainsi que d’une politique de sécurité, est également un exemple de base de comportements malicieux. Cette base énumère exhaustivement toutes les activités système qui sont autorisées par la politique MAC et qui violent les propriétés définissant la politique PIGA. L’énumération est possible lorsque l’analyseur PIGA prend, en entrée, une politique MAC restreignant les états possibles du système. Sur cet ensemble restreint d’états, l’analyseur PIGA cherche les activités qui correspondent à la violation d’une propriété. 81.1. FONCTIONNEMENT GÉNÉRAL Figure 1.1 – Fonctionnement de la génération de la base de comportements malicieux de PIGA Définition 6 (Équivalence des bases de comportements malicieux) Deux bases de comportements malicieux sont équivalentes si, pour un même comportement donné, celui-ci est soit illicite pour les deux bases, soit licite. 1.1.4 Utilisation d’un système de contrôle mandataire PIGA fonctionne comme une surcouche d’un système de contrôle d’accès mandataire (MAC). Un système de contrôle d’accès mandataire permet de définir une politique de d’accès qui ne peut pas être modifiée par les utilisateurs. Les droits définis par la politique sur un objet ne peuvent pas être modifiés par un utilisateur, même si celui-ci est propriétaire de cet objet. Ce système s’oppose au système de contrôle d’accès discrétionnaire (DAC), dans lequel chaque utilisateur définit les droits d’accès des objets qu’il possède. Une politique de système de contrôle d’accès mandataire définit les actions autorisées. Ainsi, tout ce qui n’est pas dans la politique est considéré comme interdit. L’avantage de PIGA est de permettre de discriminer plus précisément, pour l’ensemble des états autorisés par un système MAC, les comportements licites et ceux illicites. Durant sa thèse [Bri07], J. Briffaut a implémenté PIGA sur deux systèmes de contrôle d’accès mandataire : SELinux et GRSECURITY [AEKBT+05, BBLT06, BBC+06b, BBC+06a]. PIGA utilise la politique du système de contrôle d’accès mandataire pour ré- cupérer l’ensemble des actions autorisées par le système. Ces actions sont appelées interactions et sont définies grâce à trois éléments : scsrc le contexte de sécurité source, sccible le contexte de sécurité cible et eo l’opération élémentaire. Un contexte de sécurité est une étiquette regroupant des objets du système. Un contexte peut regrouper un ou plusieurs objets du système mais un objet n’appartient qu’à un seul contexte. Il existe deux ensembles disjoints de contexte de sécurité : les contextes sujets et les contextes objets. L’ensemble des contextes sujets représente les contextes pouvant effectuer des opérations élémentaires. Les contextes ne pou- 91.1. FONCTIONNEMENT GÉNÉRAL vant pas effectuer d’opération élémentaire appartiennent à l’ensemble des contextes objets. Une opération élémentaire peut être soit un appel système, soit une opération spécifique au système de contrôle mandataire. Elle peut être seule (e.g., {write}) ou être associée à une classe (e.g., {file:write}). Cet exemple signifie que l’autorisation d’écriture ne s’applique qu’aux fichiers. Ainsi, on peut lire une interaction it = (scsrc, sccible, eo) de cette manière : un objet du contexte scsrc est autorisé à effectuer l’opération élémentaire eo sur un objet appartenant au contexte sccible. Par exemple, l’interaction it = (admin_d, shadow_t, write) signifie que les éléments du contexte admin_t ont l’autorisation d’écriture sur les éléments du contexte shadow_t. Les administrateurs peuvent donc modifier le fichier shadow. À partir des interactions récupérées de la politique du système de contrôle d’accès mandataire, il est possible de générer des vecteurs d’interactions. Un vecteur d’interactions contient toutes les opérations élémentaires autorisées pour un contexte source et un contexte cible donnés. Le vecteur d’interactions iv du contexte sci sur scj contient toutes les opérations élémentaires autorisées de sci sur scj . Ces opérations sont représentées par un ensemble EOS tel que, si eo ∈ EOS, alors l’interaction it = (sci , scj , eo) est autorisée par la politique du système MAC. Ce vecteur d’interactions est noté iv = (sci , scj , EOS). 1.1.5 Génération de signatures et détection des comportements illicites Grâce aux vecteurs d’interactions, PIGA génère un graphe nommé graphe d’interactions qui représente l’ensemble des interactions autorisées. Il est ensuite possible de dériver de ce graphe d’autres graphes, tels que le graphe de flux d’informations ou le graphe de transition. Nous détaillons ces différents graphes ainsi que leur gé- nération dans la section 1.2. À partir des différents graphes, PIGA génère les signatures correspondant à l’ensemble des comportements permettant de violer les propriétés de sécurité décrites dans sa politique. Suivant le type des propriétés de sécurité, les graphes utilisés dans la génération des signatures correspondantes sont différents. Le mécanisme de génération de signatures de PIGA est détaillé dans la section 1.3 La base de signatures obtenue permet à PIGA de détecter les comportements violant une ou plusieurs propriétés. Le mécanisme de détection de PIGA est détaillé dans la section 1.4 La génération des graphes et le calcul des signatures sont effectués une seule fois en mode hors-ligne avant que le système ne soit utilisé. Le système de détection est en ligne. Durant son utilisation, la base de signatures est chargée en mémoire afin de détecter, en direct, les comportements violant la politique de sécurité. La figure 1.2 schématise la génération de signatures liées aux propriétés de confi- dentialité. 101.2. GRAPHE D’INTERACTIONS ET GRAPHES DÉRIVÉS Figure 1.2 – Fonctionnement de la génération de signatures 1.2 Graphe d’interactions et graphes dérivés 1.2.1 Graphe d’interactions PIGA modélise l’ensemble des autorisations, définies par la politique du système de contrôle d’accès mandataire, sous forme d’un graphe nommé graphe d’interactions. Ce graphe orienté est construit à partir de l’ensemble des vecteurs d’interactions issus de la politique du système MAC. On peut donc définir le graphe d’interactions G = (V, A), tel que : – V représente l’ensemble des contextes de sécurité impliqués dans une autorisation, et – A l’ensemble des autorisations entre ces contextes. De plus, chaque arc de ce graphe est étiqueté. L’étiquette de l’arc entre le contexte de sécurité sc1 et le contexte de sécurité sc2 représente l’ensemble des opérations élémentaires de sc1 sur sc2 autorisées par la politique MAC du système. user_u:user_r:xserver_t system_u:object_r:mtrr_device_t file { write read }; L’exemple ci-dessus représente les opérations élémentaires possibles du contexte user_u:user_r:xserver_t sur system_u:object_r:mtrr_device_t. C’est-à-dire que n’importe quel élément, ayant user_u:user_r:xserver_t comme contexte de sécurité, peut effectuer des opérations de type lecture ou écriture sur les fichiers du contexte system_u:object_r:mtrr_device_t. SELinux fournit un grand nombre d’opérations pouvant être autorisées entre différents contextes. La figure 1.3 présente un graphe d’interactions généré à partir de la table 1.1 présentant un ensemble simplifié de vecteurs d’interactions. Ce graphe représente les différents mécanismes de connexion ainsi que les moyens d’accès possibles pour les utilisateurs aux commandes Linux (contexte bin). L’algorithme 1 est utilisé pour construire le graphe d’interactions à partir des vecteurs d’interactions produits par la politique du système de contrôle d’accès mandataire. 111.2. GRAPHE D’INTERACTIONS ET GRAPHES DÉRIVÉS iv1 ( passwd_d,shadow_t,{read} ) iv2 ( passwd_d,login_d,{transition,signal} ) iv3 ( passwd_d,ssh_d,{transition,signal} ) iv4 ( login_d,admin_d,{transition,write} ) iv5 ( login_d,user_d,{transition,write} ) iv6 ( ssh_d,admin_d,{transition,write} ) iv7 ( ssh_d,user_d,{transition,write} ) iv8 ( user_d,admin_d,{transition,write} ) iv9 ( admin_d,bin_t,{read,write,execute} ) iv10 ( user_d,bin_t,{read,execute} ) Table 1.1 – Exemple simplifié d’ensemble de vecteurs d’interactions Figure 1.3 – Le graphe d’interactions généré à partir de la table 1.1 1.2.2 Graphes dérivés Table de changement d’état À partir du graphe d’interactions, nous pouvons générer d’autres graphes utilisés pour la génération de signatures. Ces nouveaux graphes sont obtenus en filtrant le graphe d’interactions sur l’étiquetage. Ces opérations de filtrage peuvent avoir des conséquences différentes sur les arcs : un arc peut être supprimé du graphe si son étiquette, une fois filtrée, est vide ; un arc peut aussi changer d’orientation. Le filtrage est effectué à partir de tables de changement d’état qui diffèrent suivant le graphe que l’on veut obtenir. Ces tables de changement d’états associent à une opération Algorithme 1 Création du graphe d’interactions Entrée: IV S, l’ensemble des vecteur d’interactions de la politique MAC Sortie: Le graphe d’interactions G = (V, A) pour tout vecteur d’interactions iv = (scsrc, sccible, EOS) ∈ IV S faire V ← V ∪ {scsrc} ∪ {sccible} e ← (scsrc, sccible) A ← A ∪ {e} ajoutEtiquette(e,EOS) retourner G = (V, A) 121.2. GRAPHE D’INTERACTIONS ET GRAPHES DÉRIVÉS eo1 ֌ eo2 ֌ eo3 ֋ eo4 ֋ Table 1.2 – Exemple de table de changement d’états blk_file : read ֋ chr_file : read ֋ dir:read ֋ fifo_file:read ֋ file:read ֋ lnk_file:read ֋ blk_file:write ֌ chr_file:write ֌ dir:write ֌ fifo_file:write ֌ file:write ֌ lnk_file:write ֌ Table 1.3 – Table de changement d’états de flux avec un mapping de 35 élémentaire un sens d’arc. Si une opération n’apparaît pas dans la table, alors aucun arc ne la représentera. Par exemple, on considère un ensemble de 5 opérations élémentaires {eo1, ..., eo5}, et un graphe d’interactions donné. Pour générer un graphe dérivé à partir de la table 1.2 et d’un graphe d’interactions, il faut ajouter un arc sc1 → sc2 au graphe dérivé pour chaque arc sc1 eo1 −→ sc2 ou sc1 eo2 −→ sc2 du graphe d’interactions. Les arcs sc1 eo5 −→ sc2 n’entraînent pas l’ajout d’arc sur le graphe dérivé, car l’opération eo5 n’est pas présente dans la table. La table de changement d’états est déterminée en fonction d’un fichier de mapping ainsi que du niveau de sécurité souhaité. Le fichier de mapping associe, à chaque interaction, un type (w, r, b ou n) ainsi qu’un niveau de criticité. Plus ce niveau est élevé, plus l’interaction est critique. Le fichier de mapping est tiré de l’outil d’analyse de politique SELinux apol appartenant à la suite d’outils SETools. Ce fichier a été modifié par J. Briffaut afin de l’adapter à PIGA. La table 1.3 (resp. 1.4) montre la table de changement d’états correspondant à un niveau de sécurité de 35 (resp. 42). dir:read ֋ file:read ֋ dir:write ֌ file:write ֌ Table 1.4 – Table de changement d’états de flux avec un mapping de 42 131.2. GRAPHE D’INTERACTIONS ET GRAPHES DÉRIVÉS Graphe de flux Dans le cas de la propriété de confidentialité, la génération de signatures utilise le graphe de flux FG = (V, A) où V est l’ensemble des contextes de sécurité et A représente tous les transferts d’informations possibles entre deux contextes de sécurité. Le graphe de flux est généré à partir du graphe d’interactions, en supprimant les étiquettes n’impliquant pas de transfert d’informations. Les arcs restants repré- sentent des interactions de type read ou write. Si une interaction de type write existe de sc1 sur sc2, alors il y a un transfert d’informations de sc1 vers sc2 et un arc de sc1 vers sc2 apparaîtra sur le graphe de flux. Si une interaction de type read existe de sc1 sur sc2, alors il y a un transfert d’informations de sc2 vers sc1 et un arc de sc2 vers sc1 apparaîtra sur le graphe de flux. La figure 1.4 représente le graphe de flux généré à partir du graphe d’interactions de la figure 1.3 et de la table de changement d’états de flux 1.5. Lors des expérimentations sur les systèmes réels, nous avons utilisé les tables 1.3 et 1.4. Figure 1.4 – Le graphe de flux associé au graphe d’interactions de la figure 1.3 read ֋ write ֌ signal ֌ transition ֌ Table 1.5 – Table de changement d’états de flux utilisée pour générer le graphe représenté par la figure 1.4 Graphe de transition Le graphe de transition permet de représenter les transitions de contextes autorisées. Il est composé uniquement des contextes sujets du graphe d’interactions car une transition ne peut se faire qu’entre deux contextes sujets. De plus, ses arcs sont différents de ceux du graphe d’interactions. Pour chaque vecteur d’interactions iv = (scsrc, sccible, EOS), le graphe de transition possède un arc a = (scsrc, scdest) étiqueté par les opérations élémentaires de type transition. La table de changement d’état de transition indique donc si une opération élémentaire est de type transition. Si tel est le cas, l’opération élémentaire est associée à ֋. La figure 1.5 représente le graphe de transition correspondant au graphe d’interactions de la figure 1.3. 141.3. MÉCANISME DE GÉNÉRATION DE SIGNATURES Figure 1.5 – Le graphe de transition associé au graphe d’interactions de la figure 1.3 1.3 Mécanisme de génération de signatures 1.3.1 Signatures pour PIGA En utilisant les différents graphes qui ont été définis dans la section précédente, l’évolution réelle du système peut être vue comme la construction dynamique d’un graphe représentant les interactions déjà effectuées sur le système. Des informations temporelles peuvent y être ajoutées. Naturellement, ce graphe est un graphe partiel du graphe d’interactions défini par la politique MAC. Chaque opération élémentaire que l’on peut effectuer sur un système d’exploitation (commande système) génère des opérations système de plus ou moins bas niveau qui passeront par le filtre la politique MAC. À l’aide de la modélisation avec le graphe de flux, il est facile de suivre comment une information transite dans le système et, en particulier, si elle atteint une zone interdite si on considère une propriété de confidentialité. PIGA utilise, ainsi, des signatures afin d’identifier les comportements malicieux. Une signature est un objet permettant de représenter un ou plusieurs comportements allant à l’encontre d’une propriété de sécurité. Ainsi, une signature est associée à une propriété de sécurité, tandis qu’une propriété de sécurité engendre plusieurs signatures. Une signature est composée d’une suite d’actions ordonnée formant un comportement malicieux. Une signature représente un ensemble d’interactions ordonné. Théorème 1 La base de signatures de PIGA est équivalente à la liste exhaustive des comportements autorisés par le système MAC et violant les propriétés de sécurité de la politique PIGA. Ce théorème a été prouvé par J. Briffaut dans sa thèse [Bri07]. Les signatures sont calculées à partir des différents graphes générés par PIGA. Suivant les propriétés de sécurité, les graphes utilisés sont différents. Les signatures sont calculées pour chaque propriété de la politique de sécurité et forment ainsi la base de signatures. Afin de décrire la forme des comportements, nous utiliserons les notations suivantes : 151.3. MÉCANISME DE GÉNÉRATION DE SIGNATURES – sc1 eo −→ sc2 : une interaction du contexte sc1 sur le contexte sc2 effectuant l’opération élémentaire eo. – sc1 ⇒ sc2 : une séquence d’interactions quelconque du contexte sc1 vers le contexte sc2 – sc1 trans −−−→ sc2 : une transition du contexte sc1 vers le contexte sc2 – sc1 ⇒trans sc2 : une séquence de transitions du contexte sc1 vers le contexte sc2 – sc1 > sc2 : un transfert d’informations de sc1 vers sc2 – sc1 ≫ sc2 : un flux d’informations (une suite de transferts causalement dépendants) de sc1 vers sc2 De plus, certains types de signatures complexes sont composés de plusieurs comportements illicites ordonnés dans le temps. Pour les représenter, nous utiliserons la composition (◦). Ainsi sc3 eo2 −−→ sc4 ◦sc1 eo1 −−→ sc2 signifie que la signature est composée de l’interaction sc1 eo1 −−→ sc2 suivie de l’interaction sc3 eo2 −−→ sc4. 1.3.2 Cas particulier : la propriété de confidentialité Durant cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la confidentialité. Les expérimentations de [BRCTZ09] montrent que cette propriété génère le plus grand nombre de signatures. Dans les expérimentations du chapitre 3, nous verrons qu’une seule propriété de confidentialité peut engendrer plus de 85000 signatures. La propriété de confidentialité d’un contexte sc1 pour un contexte sc2 est violée par un comportement entraînant soit un transfert d’informations direct, soit un flux d’informations de sc1 vers sc2. Une signature associée à une propriété de confidentialité peut donc avoir deux formes : – sc1 > sc2 correspond un transfert d’informations de sc1 vers sc2 – sc1 ≫ sc2 correspond un flux d’informations de sc1 vers sc2 Une signature est donc une séquence représentant une succession de transferts d’informations possibles. Pour deux contextes de sécurité sc1 et sc2, sign(sc1, sc2) représente l’ensemble des signatures entre sc1 et sc2. sign(sc1, sc2) peut être calculé comme l’ensemble des chemins simples entre sc1 et sc2 sur le graphe de flux. Cette propriété a été prouvée dans la thèse de J.Briffaut [Bri07]. sign(sc1, sc2) = I chemins simples entre sc1 et sc2 dans le graphe de flux J (1.1) Par exemple, pour un système correspondant à la figure 1.3, l’administrateur souhaite s’assurer que tous les fichiers appartenant au contexte de sécurité shadow_t ne soient pas accessibles aux utilisateurs (appartenant au contexte user_d). En considérant le graphe de flux de la figure 1.4, il est possible que de l’information aille de shadow_t à user_d en seulement 3 étapes sans violer la politique SELinux. L’analyse du graphe de flux révèle 4 chemins simples violant cette propriété de sécurité : – shadow_t → passwd_d → ssh_d → user_d – shadow_t → passwd_d → login_d → user_d 161.3. MÉCANISME DE GÉNÉRATION DE SIGNATURES – shadow_t → passwd_d → ssh_d → admin_d → bin_t → user_d – shadow_t → passwd_d → login_d → admin_d → bin_t → user_d Tous les comportements ci-dessus sont de la forme shadow_t ≫ user_d et se décomposent en plusieurs transferts d’informations. Les comportements correspondants sont donc : – shadow_t > passwd_d > ssh_d > user_d – shadow_t > passwd_d > login_d > user_d – shadow_t > passwd_d > ssh_d > admin_d > bin_t > user_d – shadow_t > passwd_d > login_d > admin_d > bin_t > user_d Une fois les chemins obtenus, il est nécessaire, pour chacun d’eux, de connaître les interactions qui engendrent les transferts d’informations qui les composent. Pour cela, on utilise la table de changement d’état de flux, utilisée précédemment, pour générer le graphe de flux. Ici, nous considérerons la table 1.5. Un transfert d’informations sc1 > sc2 peut donc correspondre aux interaction sc1 write −−−→ sc2, sc1 trans −−−→ sc2 ou sc2 read −−→ sc1. La table 1.6 associe les transferts d’informations présents dans les comportements ci-dessus avec les interactions les engendrant. shadow_t > passwd_d passwd_d read −−→ shadow_t passwd_d > ssh_d passwd_d trans −−−→ ssh_d passwd_d > login_d passwd_d trans −−−→ login_d ssh_d > admin_d ssh_d write −−−→ admin_d, ssh_d trans −−−→ admin_d login_d > admin_d login_d write −−−→ admin_d, login_d trans −−−→ admin_d admin_d > bin_t admin_d write −−−→ bin_t ssh_d > user_d ssh_d write −−−→ user_d, ssh_d trans −−−→ user_d login_d > user_d login_d write −−−→ user_d, login_d trans −−−→ user_d bin_t > user_d user_d read −−→ bin_t Table 1.6 – Table de correspondance des transferts d’informations et des interactions Les signatures obtenues peuvent être générées en format XML afin d’être lisibles. Voici la signature XML correspondant au comportement : shadow_t > passwd_d > ssh_d > admin_d > bin_t > user_d. La signature XML possède un nom et se compose de plusieurs lignes. Le nom correspond au type de signature et à son numéro. Ici, la signature est la troisième de type flux d’informations (i.e., associée à une propriété de confidentialité), son nom est donc inf$3. Ensuite, chaque ligne est composée de plusieurs éléments : 171.3. MÉCANISME DE GÉNÉRATION DE SIGNATURES – cpt : le numéro du vecteur d’interactions dans la signature ; – scsource : le contexte de sécurité source du vecteur d’interactions ; – sctarget : le contexte de sécurité cible du vecteur d’interactions ; – IV : les opérations élémentaires du vecteur d’interactions. 1.3.3 Autres propriétés de sécurité Intégrité des objets La propriété d’intégrité des objets d’un contexte sc1 envers un contexte sc2 peut être violée de deux façons, soit par une écriture directe de sc1 sur sc2, soit par flux partant de sc1 et se terminant sur sc2. Par exemple, un accès à un contexte s’effectue grâce à une séquence de transitions. Ainsi, le contexte sc1 a accès au contexte sci s’il existe une séquence de transitions de sc1 à sci . On obtient au moins deux formes possibles pour les signatures associées à une propriété d’intégrité des objets de sc1 envers sc2 : – sc1 write −−−→ sc2 correspond à l’écriture directe de sc1 sur sc2 ; – sc1 ⇒trans sci write −−−→ sc2 correspond à l’accès de sc1 à sci puis à l’écriture directe de sci sur sc2. Ainsi, le calcul des signatures pour la propriété d’intégrité des objets nécessite le graphe d’interactions et le graphe de transition. Les signatures de la forme sc1 write −−−→ sc2 sont générées uniquement à partir du graphe d’interactions. Pour obtenir ces signatures, il suffit, pour chaque couple (sc1,sc2), d’analyser l’arc de sc1 vers sc2 puis de récupérer toutes les opérations élémentaires de cet arc impliquant une écriture. Ainsi, toutes ces signatures en format XML sont de la forme : Les signatures de la forme sc1 ⇒trans sci write −−−→ sc2 sont générées à partir du graphe de transition, pour la partie sc1 ⇒trans sci et à partir du graphe d’interactions, pour la partie sci write −−−→ sc2. La construction se fait donc en deux étapes. Premièrement, le graphe d’interactions est utilisé afin d’obtenir une liste de tous les voisins du contexte cible sc2 qui peuvent le modifier. Pour cela, pour chaque voisins scv de sc2, on ajoute ce voisin à la liste si une des opérations élémentaires étiquetant l’arc (scv,sc2) implique une écriture. Deuxièmement, le graphe de transition est utilisé pour obtenir toutes les sé- quences de transitions allant du contexte sc1 aux contextes de la liste générée précé- demment. Ces séquences de transitions sont des chemins dans le graphe de transition. À partir de ces séquences de transitions, les signatures sont construites en ajoutant, à la fin de chacune de ces séquences, l’interaction de type écriture du dernier contexte de cette séquence sur le contexte destination. Ainsi, pour chaque contexte intermédiaire sci , on obtiendra autant de signatures qu’il existe de séquences de transitions entre sc1 et sci . La table 1.7 montre la construction des signatures à partir des séquences de transitions. 181.3. MÉCANISME DE GÉNÉRATION DE SIGNATURES Séquences de transitions Interaction de type écriture Signatures obtenues sc1 ⇒trans1 sci sc1 ⇒trans1 sci write −−−→ sc2 sc1 ⇒trans2 sci sci write −−−→ sc2 sc1 ⇒trans2 sci write −−−→ sc2 sc1 ⇒trans3 sci sc1 ⇒trans3 sci write −−−→ sc2 Table 1.7 – Construction des signatures à partir des séquences de transitions Les signatures de la forme sc1 ⇒trans sci write −−−→ sc2 en format XML seront de la forme : ... Séparation des privilèges La propriété de séparation des privilèges d’un contexte sc1 envers un contexte sc2 est violée par deux comportements ordonnés dans le temps. Dans un premier temps, une modification du contexte sc2 par le contexte sc1 que ce soit directement ou par accès à un contexte intermédiaire sci . Dans un second temps, une exécution du contexte sc2 par le contexte sc1 que ce soit directement ou par accès à un contexte intermédiaire scj . On obtient notamment quatre formes possibles pour les signatures associées à une propriété de séparation des privilèges de sc1 envers sc2. Ces formes sont des compositions de la modification du contexte sc2 par sc1 et de son exécution : – sc1 execute −−−−→ sc2 ◦ sc1 write −−−→ sc2 – sc1 execute −−−−→ sc2 ◦ sc1 ⇒trans sci write −−−→ sc2 – sc1 ⇒trans scj execute −−−−→ sc2 ◦ sc1 write −−−→ sc2 – sc1 ⇒trans scj execute −−−−→ sc2 ◦ sc1 ⇒trans sci write −−−→ sc2 Le calcul des signatures pour les propriétés de séparation des privilèges nécessite donc les graphes de transition et d’interactions. De la même manière que pour les propriétés d’intégrité des objets, les exécutions directes (sc1 execute −−−−→ sc2) et les écritures directes (sc1 write −−−→ sc2) utilisent uniquement le graphe d’interactions. Les exécutions et écritures par accès à un contexte intermédiaire (sc1 ⇒trans scj execute −−−−→ sc2 et sc1 ⇒trans sci write −−−→ sc2 ) utilisent le graphe de transition pour la partie sc1 ⇒trans scj et le graphe d’interactions pour les parties sc1 execute −−−−→ sc2 et sc1 write −−−→ sc2. Les deux composantes des signatures associées à une propriété de séparation des privilèges peuvent donc être composées d’une à deux parties suivant que l’écriture et l’exécution s’effectuent de manière directe ou par accès à un contexte intermédiaire. 191.3. MÉCANISME DE GÉNÉRATION DE SIGNATURES La composante liée à la modification du contexte cible se construit de la même manière que les signatures associées à une propriété d’intégrité des objets. Cette composante a également la même forme que les signatures correspondant à une propriété d’intégrité des objets : – Si la composante est de la forme sc1 write −−−→ sc2, elle sera, sous format XML, de la forme : – Si la composante est de la forme sc1 ⇒trans sci write −−−→ sc2, elle sera, sous format XML, de la forme : ... La composante liée à l’exécution du contexte cible se construit de manière similaire à la composante précédente. En effet, si la composante est de la forme sc1 execute −−−−→ sc2, elle est générée à partir du graphe d’interactions. Pour obtenir ces composantes, il suffit, pour chaque couple (sc1, sc2), d’analyser l’arc de sc1 vers sc2 et de ne conserver que ceux impliquant une exécution. Ces composantes sont sous la forme suivante en format XML : Si la composante est de la forme sc1 ⇒trans sci execute −−−−→ sc2 , elle est générée à partir du graphe de transition pour la partie sc1 ⇒trans sci et à partir du graphe d’interactions pour la partie sci execute −−−−→ sc2. La construction se fait donc en deux étapes de la même manière que la composante liée à la modification. Ces composantes sont donc sous la forme suivante, en format XML : ... Ainsi, pour chaque propriété de séparation des privilèges, on obtient un ensemble de signatures pour chacune des deux composantes de la propriété. 201.4. MÉCANISME DE DÉTECTION 1.4 Mécanisme de détection 1.4.1 Fonctionnement général Afin de détecter la complétion des signatures, le mécanisme de détection utilise des traces d’interactions. Ces traces sont générées à partir de l’audit du noyau. Chaque fois qu’une interaction (un appel système) est réalisée au niveau du noyau, SELinux génère une trace contenant plusieurs informations et notamment : – la description de l’interaction, c’est-à-dire le contexte source et destination ainsi que l’opération élémentaire effectuée ; – la date à laquelle l’interaction a été effectuée. Le but du mécanisme de détection est de lancer des alertes chaque fois qu’une signature est reconnue, c’est-à-dire lorsque toutes les interactions qui la composent ont été effectuées dans l’ordre défini dans la signature. Pour chaque signature, on définit une interaction pendante qui correspond à la prochaine interaction qui fera progresser la signature. Dès que l’interaction pendante est effectuée, l’interaction suivante devient l’interaction pendante, la signature progresse. Lorsque la dernière interaction d’une signature est effectuée alors que celle-ci est pendante, une alerte est levée. En effet, aucune alerte n’est levée dans le cas où la dernière interaction d’une signature est effectué alors qu’elle n’est pas pendante, car cela signifie que toutes les interactions précédentes n’ont pas été effectuées ou qu’elles n’ont pas été effectuées dans l’ordre défini par la signature. Le mécanisme de détection de PIGA peut être utilisé dans deux modes différents. Le premier mode est le live qui permet de détecter en direct si une propriété de sé- curité est violée par un utilisateur. Si PIGA est configuré en tant qu’IDS, une alerte sera alors levée. Si PIGA est configuré en tant qu’IPS, l’action violant la propriété sera bloquée. Le second est le rejeu des traces. Ces traces représentent généralement la suite d’actions effectuées lors d’une session d’un utilisateur. Durant cette thèse, nous avons utilisé uniquement le mode rejeu de trace pour tester les performances du nouveau système de détection. Cela permet, en particulier, de comparer l’efficacité de deux systèmes sur exactement les mêmes actions. Voici les principaux éléments composant une ligne d’un fichier de trace : (1) Mar 25 14:58:15 (2) read (3) pid=2323 ppid=2322 (4) dpid=2442 dppid=2434 (5) scontext=passwd_d (6) tcontext=shadow_t (7) tclass=file Les 7 éléments correspondent à : – (1) La date et l’heure à laquelle l’interaction a été effectuée. – (2) L’opération élémentaire effectuée lors de l’interaction. – (3) Le numéro du processus (PID) ainsi que celui du processus parent (PPID) auquel appartient le contexte source. 211.4. MÉCANISME DE DÉTECTION – (4) Le numéro du processus (PID) ainsi que celui du processus parent (PPID) auquel appartient le contexte destination. – (5) Le contexte source de l’interaction. – (6) Le contexte cible de l’interaction. – (7) La classe de l’opération élémentaire effectuée lors de l’interaction. Ainsi, cette ligne de trace correspond à l’interaction passwd_d file:read −−−−−→ shadow_t effectuée le 25 mars à 14h58 et 15 secondes par le processus no 2323 qui a pour processus parent le processus no 2322. 1.4.2 Monitoring et progression des signatures Avant de pouvoir analyser les traces afin de faire progresser les signatures, PIGA crée une table de correspondance associant, à chaque couple source/cible possible, les signatures comportant une interaction associée à ce couple. Le processus de détection est différent suivant que les signatures sont simples ou sont composées. Les signatures liées à une propriété de confidentialité ou d’intégrité sont simples, tandis que celles liées à une propriété de séparation des privilèges sont composées. Dans cette section, nous illustrons, au travers d’explications simples, les méthodes générales décrites dans la thèse de J. Briffaut [Bri07]. Cas des signatures simples Tout au long de cette section, nous utilisons les signatures, ainsi que la trace suivante pour illustrer le fonctionnement du mécanisme de détection pour les signatures simples. Afin de simplifier la lecture de la trace, nous gardons uniquement l’opération élémentaire, ainsi que les contextes source et destination. Signatures : Trace : 1: Jan 13 10:12:06 read scontext=passwd_d tcontext=shadow_t 2: Jan 13 10:12:52 read scontext=user_d tcontext=bin_t 3: Jan 13 10:13:03 signal scontext=passwd_d tcontext=ssh_d 4: Jan 13 10:13:10 transition scontext=passwd_d tcontext=ssh_d 5: Jan 13 10:13:21 transition scontext=passwd_d tcontext=login_d 221.4. MÉCANISME DE DÉTECTION (passwd_d, shadow_t) inf$1,inf$2 (passwd_d, ssh_d) inf$1 (ssh_d, user_d) inf$1 (passwd_d, login_d) inf$2 (login_d, admin_d) inf$2 (admin_d, bin_t) inf$2 (user_d, bin_t) inf$2 Table 1.8 – Table de correspondance des signatures simples 6: Jan 13 10:13:28 read scontext=ssh_d tcontext=user_d 7: Jan 13 10:13:40 write scontext=ssh_d tcontext=admin_d 8: Jan 13 10:14:00 read scontext=ssh_d tcontext=user_d À partir des signatures ci-dessus, on obtient la table de correspondance 1.8. Avant de débuter l’analyse des traces, la première interaction de chaque signature simple est définie comme pendante. Les signatures sont dans l’état suivant (les interactions encadrées sont pendantes) : shadow_t → passwd_d → ssh_d → user_d shadow_t → passwd_d → login_d → admin_d → bin_t → user_d Pour chaque ligne de trace, on récupère la paire de contextes source/destination impliqués. On utilise la table de correspondance pour obtenir les signatures qui contiennent une interaction impliquant cette paire. Ensuite, pour chaque signature retenue, on vérifie si l’opération élémentaire de la ligne de trace en cours correspond à une des opérations possibles de l’interaction contenue dans la signature. S’il n’y a pas correspondance, la signature ne progresse pas. Sinon, si l’interaction pendante n’est pas la dernière de la signature, celle-ci progresse. Dans le cas contraire, une alerte est levée et l’interaction pendante le reste. L’alerte contient le numéro de la signature complétée, la signature dans son intégralité, l’interaction ayant complété la signature, ainsi que la date et l’heure où celle-ci a été effectuée. Pour notre exemple, la première ligne correspond à une interaction du contexte passwd_d sur le contexte shadow_t. D’après la table de correspondance 1.8, les signatures inf$1 et inf$2 comportent une interaction impliquant cette paire de contextes. Cette interaction est pendante sur ces signatures et possède l’opération read dans les opérations élémentaires possibles. Les deux signatures progressent, l’interaction passwd_d → ssh_d devient l’interaction pendante pour inf$1 et passwd_d → login_d devient l’interaction pendante pour inf$2. La deuxième ligne correspond à une interaction de user_d sur bin_t. Seule la signature inf$2 comporte cette interaction mais celle-ci n’est pas pendante sur le signature. Cette dernière ne progresse donc pas. La troisième ligne correspond à une interaction de passwd_d sur ssh_d. Seule la signature inf$1 comporte cette interaction et celle-ci pendante. Cependant, elle ne possède pas l’opération signal comme opération élémentaire possible. La signature ne progresse donc pas. 231.4. MÉCANISME DE DÉTECTION La quatrième ligne fait progresser la signature inf$1. À la fin de l’analyse de cette ligne, les signatures sont dans l’état suivant : shadow_t → passwd_d → ssh_d → user_d shadow_t → passwd_d → login_d → admin_d → bin_t → user_d La cinquième ligne fait progresser la signature inf$2. La sixième ligne devrait faire progresser la signature inf$1. Cependant, l’interaction pendante de cette signature est la dernière interaction. Une alerte est donc levée et l’interaction reste pendante : 13 Mar 10:13:28 shadow_t-->passwd_d-->ssh_d-->user_d ssh_d->user_d:write; La septième ligne fait progresser la signature inf$2. La huitième lève une seconde alerte pour la signature inf$1 : 13 Mar 10:14:00 shadow_t-->passwd_d-->ssh_d-->user_d ssh_d->user_d:write; À la fin de la lecture de la trace, les signatures sont dans l’état suivant : shadow_t → passwd_d → ssh_d → user_d shadow_t → passwd_d → login_d → admin_d → bin_t → user_d L’algorithme 2 correspond au mécanisme de détection des signatures simples. Il prend en paramètres une trace, c’est-à-dire un ensemble ordonné d’interactions, et une base de signatures. La sortie de cet algorithme est l’ensemble des alertes levées par la complétion de signatures lors de l’analyse de la trace. On considère que I ∈ S est vrai si l’interaction I est une étape de la signature S. La fonction Pendante(S) renvoie l’interaction pendante de la signature S. La fonction Suivant(S) renvoie l’interaction suivant l’interaction pendante de S. Enfin, la fonction Alerte(S, I) crée une alerte de complétion de la signature S par l’interaction I. Algorithme 2 Algorithme de détection des signatures simples Entrée: BASE un ensemble de signatures, TRACE un ensemble ordonné d’interactions Sortie: ALERTES l’ensemble des alertes levées par la complétion des signatures 1: ALERTES ← ∅ 2: pour tout interaction I(x → y) ∈ TRACE faire 3: pour tout signature S ∈ BASE telle que I ∈ S faire 4: si Pendante(S) = I alors 5: si Suivant(S) = ∅ alors 6: ALERTES ← ALERTES ∪ Alerte(S, I) 7: sinon 8: Pendante(S) ← Suivant(S) Cet algorithme parcourt toutes les signatures pour chaque ligne de la trace. Puis, à chaque étape, une signature peut soit avancer soit ne rien faire. L’action d’avancer une signature s’effectue en temps constant. La complexité en temps de l’algorithme 2 241.4. MÉCANISME DE DÉTECTION est donc en O(s.t) où s représente le nombre de signatures de la base et t le nombre de lignes de la trace. Lors de son déroulement, cet algorithme conserve uniquement en mémoire toutes les signatures ainsi que leur avancement. L’avancement de chaque signature prenant une place fixe en mémoire, la complexité en espace est donc en O(S) où S représente la base de signatures. Cas des signatures composées Dans cette section, nous traiterons deux propriétés (p et q) de séparation des privilèges de la forme C p 2 ◦ C p 1 et C q 2 ◦ C q 1 où C p 1 (resp. C q 1 ) correspond à la composante de modification de la propriété p (resp. q) et C p 2 (resp. C q 2 ) correspond à la composante d’exécution de la propriété p (resp. q). Avant de débuter l’analyse des traces, la première interaction de chaque composante de chaque propriété est définie comme active et les composantes initiales de chaque propriété sont définies comme complétables. Dans le cas de la séparation des privilèges, il s’agit des composantes de modification (C1) du contexte cible. La progression de ces composantes s’effectue de la même manière que celle des signatures simples. Quand une des composante est complétée, si elle est complétable, les autres composantes complétables appartenant à la même propriété sont désactivées et les composantes suivantes sont définies comme complétables. Sinon la composante complétée reste dans le même état. Pour la séparation des privilège, une fois une composante de modification (C1) complétée, les composantes d’exécution (C2) de la même propriété sont activées. Lorsqu’une des composantes finales est complétée alors qu’elle est complétable, une alerte est levée et toutes les composantes appartenant à la même propriété restent dans l’état courant. Pour illustrer le mécanisme de détection des signatures composées, nous utiliserons les propriétés de séparation des privilèges de ssh_d envers bin_t et de user_d envers bin_t. Voici leur composition : Composantes de modification de bin_t par ssh_d (C p 1 ) : – ssh_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (1) – ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (2) Composantes d’exécution de bin_t par ssh_d (C p 2 ) : – ssh_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (3) – ssh_d trans −−−→ user_d execute −−−−→ bin_t (4) – ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (5) Composante de modification de bin_t par user_d (C q 1 ) : – user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (6) Composantes d’exécution de bin_t par user_d (C q 2 ) : – user_d execute −−−−→ bin_t (7) 251.4. MÉCANISME DE DÉTECTION (ssh_d, user_d) 2,4,5 (ssh_d, admin_d) 1,3 (admin_d, bin_t) 1,2,3,5,6,8 (user_d, admin_d) 2,5,6,8 (user_d, bin_t) 4,7 Table 1.9 – Table de correspondance des signatures composées – user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (8) Dans le cas de signatures composées, la table de correspondance associe les paires source/cible aux composantes les utilisant. La table 1.9 représente la table de correspondance générée à partir des composantes précédentes. Durant cette exemple nous analyserons la trace suivante : 1: Jan 13 10:12:06 transition scontext=ssh_d tcontext=user_d 2: Jan 13 10:12:52 transition scontext=ssh_d tcontext=admin_d 3: Jan 13 10:13:03 write scontext=admin_d tcontext=bin_t 4: Jan 13 10:13:10 transition scontext=user_d tcontext=admin_d 5: Jan 13 10:13:21 execution scontext=user_d tcontext=bin_t 6: Jan 13 10:13:28 write scontext=admin_d tcontext=bin_t Avant d’analyser la trace, la première interaction de chaque composante est activée et les composantes 1, 2 et 6 sont définies comme complétables. ssh_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (1) ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (2) ssh_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (3) ssh_d trans −−−→ user_d execute −−−−→ bin_t (4) ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (5) user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (6) user_d execute −−−−→ bin_t (7) user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (8) Après analyse de la ligne 3, la composante 1 est complétée. Les autres composantes complétables de la propriété de séparation de privilèges de ssh_d envers bin_t, c’est-à-dire la composante 2, sont désactivés. De plus, ces composantes suivantes, c’est-à-dire les composantes 3, 4 et 5, sont définies comme complétables. ssh_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (1) ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (2) ssh_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (3) ssh_d trans −−−→ user_d execute −−−−→ bin_t (4) 261.5. APPLICATION ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (5) user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (6) user_d execute −−−−→ bin_t (7) user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (8) Après analyse de la ligne 5, la composante 5 est complétée. Celle-ci faisant partie des composantes finales, une alerte est levée pour la propriété correspondante et toutes les composantes complétables de cette propriété restent dans l’état précédant l’analyse de cette ligne. La composante complétée est en attente d’une autre complé- tion de la signature. La composante 8 n’est pas complétée car elle n’est pas définie comme complétable. ssh_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (1) ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (2) ssh_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (3) ssh_d trans −−−→ user_d execute −−−−→ bin_t (4) ssh_d trans −−−→ user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (5) user_d trans −−−→ admin_d write −−−→ bin_t (6) user_d execute −−−−→ bin_t (7) user_d trans −−−→ admin_d execute −−−−→ bin_t (8) À la fin de l’analyse de la trace, la composante 6 est complétée. Les composantes 7 et 8 sont donc définies comme complétables. 1.5 Application Afin de tester les performances de PIGA en conditions réelles, l’équipe SDS a mis en place un pot de miel sur lequel PIGA IDS a été installé. De plus, le LIFO a participé au défi sécurité Sec&Si organisé par l’ANR. Le but du défi était de proposer un système d’exploitation sécurisé basé sur Linux. Enfin, PIGA a été adapté afin de l’utiliser pour sécuriser d’autres systèmes que Linux, notamment Windows et des architectures en nuage. 1.5.1 Honeypot Durant deux ans, PIGA a été utilisé sur un pot de miel à haute interaction afin d’en tester l’efficacité [BRCTZ09]. Un pot de miel est un système rendu volontairement accessible et vulnérable aux attaques. Il peut être notamment utilisé pour obtenir des données sur les attaques mises en place par les potentiels attaquants. Le pot de miel était composé d’une passerelle, d’un serveur et d’un poste de travail. Plus de 1 300 000 signatures ont été calculées à partir de la politique de 271.5. APPLICATION sécurité mise en place. En deux ans, le pot de miel a subi plus de deux millions d’attaques mais n’a jamais été corrompu. 1.5.2 Défi sécurité De 2008 à 2010, le LIFO a participé, avec deux autres équipes, au défi Sec&Si organisé par l’ANR [BPT+11]. Le but de ce défi était de déployer un système d’exploitation sécurisé basé sur Linux. Ce système d’exploitation devait comporter un navigateur web, un lecteur de pdf, un lecteur de mails ainsi qu’une suite bureautique. De plus, il devait permettre d’accéder de manière sécurisée à différents services tels que le paiement en ligne, la télédéclaration d’impôts ou les services banquiers en ligne. Le défi se décomposait en trois phases identiques successives, chacune composée de deux étapes. La première étape était la conception, le développement ainsi que l’amélioration du système d’exploitation. La seconde était la phase d’attaque, chaque équipe tentant de trouver des vulnérabilités dans le système d’exploitation des autres équipes. Chaque équipe était évaluée en fonction du nombre de vulnérabilités de leur système d’exploitation et de la gravité des attaques réussies (attaque théoriques ou réelles). Le nombre de vulnérabilité que chaque équipe trouvait sur les autres systèmes était également pris en compte. L’équipe du LIFO a remporté le défi en proposant PIGA-OS et a remporté les trois phases du défi. 1.5.3 Adaptation de PIGA PIGA a été initialement développé pour Linux. Plusieurs projets sont en cours afin d’adapter PIGA à d’autres systèmes. PIGA-Windows En partenariat avec le CEA-DAM, PIGA-Windows offre un système MAC pour Windows similaire à SELinux et qui permet d’utiliser PIGA sur Windows 7 [BGBT12]. PIGA-Windows possède ainsi deux niveaux de contrôle d’accès mandataire. Le premier est un driver noyau inspiré par le système MAC SELinux gérant les propriétés de sécurité simples. Le second est un processus, nommé PIGA-Monitor, utilisant le driver noyau et gérant les propriétés de sécurité définissant la politique de PIGA. PIGA-Cloud En partenariat avec Alcatel-Lucent, le projet Seed4C 1 vise à mettre en place un moyen de sécuriser les infrastructures en nuage [ABB+12]. PIGA-Cloud est composé de trois mécanismes de protection : le contrôle du système d’exploitation, le contrôle des machines virtuelles et le contrôle de la machine virtuelle Java (JVM). Chaque 1. Seed4C est un projet européen impliquant de nombreux partenaires : http://www. celticplus-seed4c.org/ 281.6. CONCLUSION machine virtuelle possède une instance de SELinux en plus de celle du système d’exploitation. Un système MAC développé pour la JVM, SEJava, offre également une protection similaire à SELinux et empêche de profiter des vulnérabilités de la JVM. PIGA-Shared offre des propriétés de PIGA pour ces différents types de systèmes MAC. 1.6 Conclusion Les applications autour du pot de miel et du défi sécurité ont permis de montrer que PIGA est une solution viable pour une utilisation réelle. De plus, les travaux récents sur le Cloud et Java montrent l’extensibilité de l’approche. 1.6.1 Efficacité de PIGA La première place de PIGA au défi sécurité est liée à la facilité d’expression des propriétés et à l’énumération complète de vulnérabilités, qui permet de bloquer des comportements complexes impliquant, notamment, des transitions ou des flux d’informations indirects. Toutefois, cette exhaustivité est théorique. En effet, si les différents graphes représentant le système sont trop grands, il est possible que les ressources du système les calculant soient insuffisantes. Les signatures sont alors limitées en taille afin de permettre aux calculs de s’effectuer. Cette limitation n’a cependant qu’un impact léger sur la sécurité du système car, plus une signature est grande, plus l’attaque qu’elle représente est complexe et difficile à mettre en place. Les signatures non gé- nérées représentent donc les comportements illicites les plus difficiles à réaliser. De plus, la génération de signatures s’effectuant hors-ligne, elle peut être externalisée, afin d’effectuer les calculs de signatures sur un système possédant plus de ressources. L’exhaustivité de PIGA conduit à devoir gérer une base de signatures très volumineuse. La taille de cette base est directement liée à la taille du système et de la politique MAC. En effet, plus la politique MAC contient de règles et plus les contextes représentant le système sont nombreux, plus les signatures seront nombreuses et de taille importante. Or, celles-ci doivent être chargées en mémoire lors de la détection. La taille de la base de signatures peut donc nuire aux performances des systèmes protégés par PIGA. L’approche PIGA a deux avantages. Premièrement, des nouveaux types de propriétés peuvent facilement être ajoutés à la politique à condition que ceux-ci soient modélisables à partir des différents graphes. Deuxièmement, la forme des signatures permet au mécanisme de détection d’indiquer rapidement si une action est autorisée ou non. Cependant, si ce temps de réponse est faible, celui-ci augmente avec le nombre et la taille des signatures. L’une des difficultés majeures de l’utilisation de PIGA est sa mise en place. En effet, son installation est assez intrusive pour le système. Il est notamment nécessaire de patcher le noyau de Linux afin d’avoir accès aux appels système et de pouvoir les bloquer. De plus, la définition de la politique de sécurité demande une bonne connaissance des contextes de sécurité et de ce qu’ils représentent. En effet, une 291.6. CONCLUSION propriété de sécurité trop générale engendrerait le blocage de comportement nonmalicieux. 1.6.2 Problématique Définition du problème Tout au long de l’utilisation d’un système d’exploitation, le nombre d’applications installées sur ce système augmente de manière naturelle. Ces applications ne peuvent pas s’intégrer à un ou plusieurs contextes existants. Par conséquent, l’installation de nouvelles applications implique la création de nouveaux contextes, ainsi que l’ajout ne nouvelles propriétés de sécurité à la politique. Le but de cette étude est d’améliorer l’extensibilité de PIGA et ainsi, permettre un meilleur passage à l’échelle. En effet, un des problèmes impliqués par l’ajout d’applications est l’augmentation du nombre de signatures générées par PIGA, ainsi que l’augmentation de leur taille. Durant cette thèse, nous nous intéressons donc au problème de la taille de la base de signatures. Cette base peut atteindre plusieurs centaines de Mo, notamment si le système à sécuriser possède une interface graphique. En effet, la présence d’une telle interface augmente de manière importante le nombre de contextes de sécurité et donc la taille du graphe d’interactions. Les signatures étant des chemins dans les différents graphes dérivés du graphe d’interactions, leur nombre peut augmenter considérablement. Afin de gagner l’espace mémoire, on peut soit envisager une compression classique de la base de signatures initiale par de algorithmes de compression de données, soit utiliser des méthodes de factorisation. Dans les deux cas, le mécanisme de détection doit conserver sa capacité à gérer l’avancement des signatures et à lever des alertes quand c’est nécessaire. Dans le cadre d’une compression classique, il est possible de décompresser uniquement les signatures qui sont "actives" et d’utiliser la méthode initiale de détection déjà intégrée à PIGA. Le problème d’une telle approche est que, au cours du temps, toutes les signatures seront activées et devront être intégrées dans la partie détection. Cette approche ne tient donc pas sur l’échelle du temps. Dans le cas d’une factorisation des signatures, le mécanisme de détection doit être repensé pour prendre en compte les modifications induites par cette factorisation. Ces modi- fications peuvent notamment concerner la forme des signatures. L’approche utilisée dans cette thèse est de rechercher les signatures ayant des similarités et les factoriser dans un nombre réduit de signatures. Nous avons alors considéré deux types d’approches travaillant sur des structures de données différentes. Premièrement, nous pouvons travailler sur le graphe d’interactions. En effet, dans la mesure où les signatures sont des chemins dans des graphes dérivés de celui-ci, si nous réduisons la taille de ce graphe, alors nous diminuerons le nombre de signatures générées. Deuxièmement, nous pouvons travailler directement sur la base de signatures. Dans ce cas, nous nous posons deux questions : – Est-il possible de changer la structure de la base de manière à en diminuer la taille ? – Est-il possible de supprimer des éléments de la base ? 301.6. CONCLUSION Quel que soit le type d’approche, le traitement de notre problème s’effectue sous plusieurs contraintes. Tout d’abord, il est nécessaire que la base de signatures générée par notre solution soit équivalente à la base originale. Cela ce traduit par deux contraintes. Premièrement, tout comportement représenté par une signature dans la base de signatures original doit être également représenté dans la base générée par notre solution. Deuxièmement, il ne doit pas exister de comportement représenté dans la base générée par notre solution qui ne soit pas représenté dans la base originale. De plus, il est nécessaire de conserver la génération à partir d’un graphe repré- sentant le système, afin de respecter le fonctionnement de PIGA. Le calcul de signatures s’effectuant hors-ligne, le temps pris par celui-ci n’est pas réellement restrictif. Nous nous sommes ici intéressés aux signatures générées par les propriétés de confidentialité, car ce sont les propriétés générant le plus de signatures. De plus, ces signatures sont simples à calculer, car elles sont uniquement composées d’un chemin dans le graphe de flux. Approches Durant cette thèse, nous avons étudié deux approches différentes. La première approche apporte une modification des graphes utilisés lors de la génération de signatures. Dans le cas des propriétés de confidentialité, les graphes impliqués sont les graphes d’interactions et de flux. Afin de réduire la taille de ces graphes, nous regroupons les sommets ayant le même comportement sous forme d’un méta-sommet (ou module). On considère que deux sommets ont le même comportement s’ils possèdent le même voisinage. Dans un graphe orienté, deux sommets ont le même comportement s’ils ont les mêmes successeurs et les mêmes prédécesseurs. Ainsi, sur le graphe de flux de la figure 1.4, les sommets login_d et ssh_d ont le même comportement. En effet, ils ont tous les deux passwd_d comme pré- décesseur et, admin_d et user_d comme successeurs. Nous pouvons donc regrouper ces sommets dans un seul méta-sommet. Dans la section 1.3, nous avons calculé quatre signatures de shadow_t vers user_d, après regroupement des deux sommets, on obtient deux signatures : – shadow_t > passwd_d > méta-sommet > user_d – shadow_t > passwd_d > méta-sommet > admin_d > bin_t > user_d Cette approche consiste à travailler sur le graphe, il est donc difficile de savoir si le temps de calcul de la base de signature va être augmenté ou diminué. En effet, il est nécessaire de calculer le nouveau graphe ce qui implique une augmentation du temps nécessaire. Cependant, le graphe obtenu étant plus petit, la recherche de signature peut être plus rapide. La seconde approche cherche à supprimer les signatures qui ne sont pas complé- tables à cause de la présence d’autres signatures dans la base. Durant notre étude, nous nous intéressons aux signatures représentant un comportement incluant un autre comportement interdit. Par exemple, considérons les comportements suivants comme interdits : 311.6. CONCLUSION – ssh_d > admin_d > bin_t – shadow_t > passwd_d > ssh_d > admin_d > bin_t > user_d La deuxième signature n’est pas complétable car il inclut la première qui est interdite. Nous pouvons donc supprimer la deuxième signature. Cette approche consiste à travailler directement sur la base de signatures, après que le calcul des signatures soit effectué. Le temps total nécessaire pour obtenir la base réduite est donc plus long que le temps du calcul de la base originale. Il est intéressant de constater que ces deux approches sont combinables. Cependant, nous verrons dans la section 3.5 que chacune de ces approches possède des limites d’utilisation. 32Chapitre 2 Décomposition modulaire Au chapitre précédent, nous avons vu l’intérêt de grouper les sommets (i.e. les contextes de sécurité) ayant globalement le même comportement vis-à-vis du reste du système. Dans ce chapitre, nous présenterons l’outil théorique qui permet d’effectuer cette opération sur des graphes quelconques : la décomposition modulaire. Ce chapitre se base sur les travaux de C. Paul [Pau06, HP10], F. De Montgol- fier [dM03, MdM05] et M. Rao [Rao06]. Dans la section 2.1, nous verrons les fondements théoriques de cette décomposition. Puis, dans la section 2.2, nous présenterons la notion de module d’un graphe, ainsi que les structures qu’il est possible de générer à partir de cette notion. Ensuite, dans la section 2.3, nous étudierons les algorithmes de décomposition modulaire pour les graphes orientés et non-orientés ainsi que leur complexité. Enfin, nous verrons, dans la section 2.4, quelques applications de la décomposition modulaire à des problèmes de la théorie des graphes ainsi qu’à des problèmes pratiques. 2.1 Fondements théoriques Pour ce chapitre, nous supposons que le lecteur est familier avec les notions principales de la théorie des graphes. On pourra se référer aux ouvrages de ré- férence [Ber85, BM08, Epp99]. Pour plus de clarté, nous utiliserons les notations suivantes. Pour tout graphe G = (V, E) : – AG(n) représente l’ensemble des sommets adjacents au sommet n dans le graphe G ; – AG(n) représente l’ensemble des sommets de G qui n’appartiennent pas à AG(n); – G représente le graphe complémentaire de G ; – GN représente le sous-graphe de G induit par N ⊆ V , c’est-à-dire GN = (N, E ∩ N × N); – on notera xy une arête de G si G est non-orienté ; – on notera (x, y) un arc de G si G est orienté. 332.1. FONDEMENTS THÉORIQUES 2.1.1 Partition et graphe quotient On rappelle qu’une partition P = {P1, ..., Pk} d’un ensemble S est un sousensemble de l’ensemble des parties de S, P(S), tel que : – ∀i Pi ⊂ S – ∀i Pi Ó= ∅ – ∀i, j Pi ∩ Pj = ∅ pour i Ó= j – tk i=1 Pi = S À partir d’une partition P de l’ensemble des sommets d’un graphe G, on peut générer un graphe GP nommé graphe quotient de G suivant P. Définition 7 (Graphe quotient) Soit G = (V, E) un graphe et P une partition de V . Le graphe quotient GP est défini comme suit : – P est l’ensemble des sommets ; – EP est l’ensemble des arêtes tel que : XY ∈ EP si X ∈ P, Y ∈ P et ∃ x ∈ X, y ∈ Y | xy ∈ E Figure 2.1 – Graphe G et le graphe quotient GP La figure 2.1 représente le graphe G sur lequel est visible la partition P = {{1, 5}{2, 4, 9}{3, 6}{7, 8}}. Tous les sommets d’une même couleur appartiennent au même élément de la partition. Cette figure montre également le graphe quotient GP. On peut voir que l’élément {2, 4, 9} est adjacent à l’élément {7, 8} car 7 ∈ AG(9). Le passage au graphe quotient fait perdre deux types d’informations : – il est difficile de savoir les interactions réelles entre deux éléments de la partition. Par exemple, pour {2, 4, 9} adjacent {7, 8}, on peut avoir au maximum 6 arêtes sur le graphe d’origine, et au minimum une seule arête. – toutes les arêtes à l’intérieur de chaque élément de la partition sont, de fait, ignorées. Comme nous le verrons plus loin, la décomposition modulaire permet de résoudre le premier problème et de diminuer les pertes d’informations sur le second. En effet, le principe de cette décomposition étant de grouper les sommets ayant le même comportement vis-à-vis du reste du graphe, si deux éléments de la partition sont adjacents sur le graphe quotient, alors tous les sommets du premier élément sont adjacents à ceux du deuxième et inversement. De plus, chaque sous-ensemble est repartitionné de manière récursive. Suivant le type des éléments de chaque partition, il 342.1. FONDEMENTS THÉORIQUES est possible de connaître les arêtes entre deux éléments d’une même partition. Dans le cas de graphe non-orienté, seul un type ne le permet pas. L’ensemble des partitions et sous-partitions décrivent une famille partitive. 2.1.2 Famille partitive Afin de définir ce qu’est une famille partitive, nous utilisons les notions de différence symétrique, ainsi que de chevauchement de deux ensembles. La différence symétrique de deux ensembles A et B est notée A∆B = (A ∪ B) \ (A ∩ B). Deux ensembles A et B se chevauchent si A ∩ B Ó= ∅, A \ B Ó= ∅ et B \ A Ó= ∅. Nous utilisons la relation A ⊥ B pour signifier que A et B se chevauchent. Définition 8 (Famille partitive) Soit F ⊆ 2 S une famille de parties de S. F est partitive si : 1. S ∈ F, ∅ ∈ F/ et pour tout x ∈ S, {x} ∈ F 2. Pour toute paire de parties A, B ∈ F telles que A ⊥ B : (a) A ∩ B ∈ F ; (b) A ∪ B ∈ F ; (c) A \ B ∈ F et B \ A ∈ F ; (d) A∆B ∈ F ; Définition 9 (Partie forte) Une partie P ∈ F est dite forte si elle ne chevauche aucune autre partie de F. L’ensemble des éléments forts de F est noté FS. Ainsi, pour deux éléments A et B ∈ FS, on a soit A ⊂ B, soit B ⊂ A, soit A et B disjoints. Les ensembles S et {x}, pour tout x ∈ S, sont des éléments forts triviaux. Nous pouvons donc organiser FS en un arbre TF dont les sommets sont les éléments de FS. TF est l’arbre d’inclusion des parties fortes de F. Cet arbre est nommé arbre partitif. Il est possible d’étiqueter les sommets internes de l’arbre partitif. Ces sommets peuvent être soit complets, soit premiers. Définition 10 (Sommet complet [CHM81]) Soit N un sommet à k fils de l’arbre partitif TF . Ses fils sont F N 1 , ..., F N k . Le sommet N est complet si, pour tout I ⊂ {1, ..., k} non vide, on a : Û i∈I F N i ∈ F La figure 2.2 représente la famille partitive F = {{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}, {1, 2, 3, 4}, {7, 8, 9}, {7, 8}, {7, 9}, {8, 9}, {1}, {2}, {3}, {4}, {5}, {6}, {7}, {8}, {9}}. Les ensembles dessinés en rouge représentent les éléments de F qui ne sont pas forts. Les fils d’un sommet de l’arbre d’inclusion n’étant pas ordonnés, on peut dessiner cet arbre de différentes manières, tout en conservant la même hiérarchie. L’ordre dans lequel apparaissent les feuilles, c’est-à-dire les éléments de l’ensemble initial, est une permutation factorisante. Pour une même famille partitive, il existe donc plusieurs permutations factorisantes. 352.2. MODULE D’UN GRAPHE Figure 2.2 – Famille partitive F et son arbre d’inclusion des éléments forts 2.1.3 Permutations factorisantes Définition 11 (Permutation) Une permutation σ d’un ensemble S est un ordre total sur S. L’ordre des éléments de S = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} donné par l’arbre de la fi- gure 2.2 est (2, 1, 4, 3, 5, 6, 9, 8, 7). Cet ordre est une permutation de S. Définition 12 (Facteur) Soient S, un ensemble σ une permutation de S. L’ensemble F est un facteur de σ si F ⊂ S et tous les éléments de F sont consécutifs dans σ. Par exemple, les sous-ensembles de S, {3, 4, 5} et {5, 6, 7}, sont des facteurs de la permutation (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). On peut noter que les sommets internes premiers et complets de l’arbre de la figure 2.2 sont des facteurs la permutation donnée par l’ordre des feuilles. Ces facteurs sont {1, 2, 3, 4} et {7, 8, 9}. Définition 13 (Permutation factorisante [Cap96]) Soit FS l’ensemble des éléments forts de la famille partitive F. Une permutation σ est une factorisante pour F, si pour tout ensemble P ∈ FS, P est un facteur de σ. Ainsi, pour l’ensemble S et les facteurs {1, 2, 3, 4} et {7, 8, 9}, les permutations (2, 1, 4, 3, 5, 6, 9, 8, 7), (1, 2, 4, 3, 6, 5, 7, 9, 8) et (4, 3, 2, 1, 5, 6, 7, 8, 9) sont factorisantes. En effet, dans chacune de ces permutations, les éléments 1, 2, 3 et 4 sont consécutifs, de même pour les éléments 7, 8 et 9. Dans la suite de chapitre, on appellera permutation factorisante du graphe G = (V, E), une permutation factorisante de V pour la famille des modules de G. 2.2 Module d’un graphe L’idée du module d’un graphe est de regrouper les sommets qui ont un comportement identique vis-à-vis du reste du graphe, sous forme d’un méta-sommet. L’utilisation de modules permet de diminuer la taille du graphe en limitant les pertes d’informations. Dans cette section, nous verrons la définition d’un module d’un graphe. Puis nous présenterons l’arbre de décomposition modulaire qui ordonne les modules forts d’un 362.2. MODULE D’UN GRAPHE graphe. Ensuite, nous définirons le graphe quotient modulaire à partir de l’arbre de décomposition modulaire. Enfin, nous étudierons les différents types de modules d’un graphe orienté et non-orienté. 2.2.1 Définition d’un module Pour définir la notion de module, nous pouvons utiliser la notion d’uniformité pour un graphe non-orienté. On dit qu’un ensemble de sommets S est uniforme par rapport à un sommet x, si x est voisin de tous les sommets de S ou qu’il est voisin d’aucun sommet de S. Définition 14 (Uniformité) Soient M un ensemble de sommets d’un graphe G = (V, E) et x un sommet de V \ M. M est uniforme par rapport à x si, pour tout y ∈ M, xy ∈ E ou xy /∈ E. Si on reprend l’idée du module d’un graphe, un module M est donc un sousensemble de V uniforme par rapport à tout sommet x ∈ V \ M. Définition 15 (Module) Soit G = (V, E) un graphe non-orienté. Un module M de G est un sous-ensemble de V tel que : ∀x ∈ V \ M I M ⊆ AG(x) ou M ⊆ AG(x) 2.2.2 Arbre de décomposition modulaire Lemme 1 ([CHM81]) La famille M des modules d’un graphe est une famille partitive. Les ensembles V et {x}, pour x ∈ V , sont des modules triviaux du graphe G = (V, E). Un module M est fort si c’est un élément fort de la famille des modules M. Ainsi, un module de M est fort s’il ne chevauche aucun autre module de M. L’ensemble des modules forts MS peut donc être organisé sous forme d’un arbre TM. La racine est le module V et les feuilles sont des modules de la forme {x}, où x ∈ V . Cet arbre est nommé arbre de décomposition modulaire. L’arbre de décomposition modulaire de G est noté MTG. Cet arbre représente l’ordre d’inclusion des modules forts de G. Définition 16 (Module maximal) Un module M ∈ M du graphe G = (V, E) est maximal si M ⊂ V et il n’existe pas de module non-trivial M′ ∈ M, tel que M′ ⊂ V et M ⊂ M′ . L’ensemble des modules forts maximaux M est une partition de V . Cet ensemble est composé par les sommets de profondeur 1 de l’arbre de décomposition modulaire MTG. La figure 2.3 représente un graphe sur lequel apparaissent les modules forts. Cette figure comporte également l’arbre de décomposition modulaire sur lequel la partition modulaire maximale est mise en évidence. Définition 17 (Partition modulaire maximale) Soit un graphe G = (V, E), la partition modulaire maximale MG du graphe G est l’unique partition de V composée des modules forts maximaux de G. 372.2. MODULE D’UN GRAPHE Figure 2.3 – Un graphe avec les modules forts et son arbre de décomposition modulaire 2.2.3 Graphe quotient modulaire À partir de la partition modulaire maximale de G, il est possible de générer le graphe quotient modulaire de G, noté QuotG, en regroupant les sommets d’un même module maximal sous un seul méta-sommet. Ce méta-sommet est le sommet représentatif du module sur le graphe quotient. L’opération consistant à regrouper un module sous son sommet représentatif s’appelle la contraction. L’opération inverse est la substitution d’un sommet représentatif par le graphe induit du module qu’il représente. Définition 18 (Graphe quotient modulaire) Soient un graphe G = (V, E) et MG sa partition modulaire maximale, le graphe quotient GMG est le graphe quotient modulaire de G noté QuotG. Figure 2.4 – Le graphe quotient modulaire du graphe de la figure 2.3 et le graphe induit de chacun de ses modules L’utilisation de la décomposition modulaire permet de diminuer la perte d’informations lors du passage au graphe quotient. En effet, la définition même d’un module fait que si deux modules M1 et M2 sont adjacents sur le graphe quotient modulaire, alors, pour tout x ∈ M1 et y ∈ M2, on a y ∈ AG(x) et x ∈ AG(y). Ainsi, seules les arêtes présentes entre deux éléments d’un même module sont inconnues. Il est donc nécessaire de conserver les graphes induits de chacun des modules forts maximaux afin de ne pas perdre d’informations. La figure 2.4 présente le graphe quotient du graphe de la figure 2.3 ainsi que les graphes induits de chacun de ses modules forts maximaux. 382.2. MODULE D’UN GRAPHE 2.2.4 Types de modules Il est possible de ne pas avoir à disposer du graphe induit de chaque module, pour pouvoir reconstituer le graphe d’origine à partir du graphe quotient. Pour cela, nous avons besoin d’informations supplémentaires sur ce module. Cette information est le type du module, celui-ci correspondant à certaines propriétés que le graphe, induit par ce module, possède. Module d’un graphe non-orienté Un module M du graphe non-orienté G peut être de différents types, suivant la forme du graphe quotient du graphe induit GM. Si ce graphe est une clique, alors M est série. Si c’est un stable, alors M est parallèle, sinon M est premier. Définition 19 (Module série) Soit M un module de G, M est un module série si QuotGM est une clique. Figure 2.5 – Graphe induit d’un module série, son arbre de décomposition modulaire et le graphe quotient associé La figure 2.5 présente le graphe induit d’un module série composé de 4 sommets. Son graphe quotient modulaire est bien une clique. Définition 20 (Module parallèle) Soit M un module de G, M est un module parallèle si QuotGM est un stable. Figure 2.6 – Graphe induit d’un module parallèle, son arbre de décomposition modulaire et le graphe quotient associé La figure 2.6 présente le graphe induit d’un module parallèle composé de 5 sommets. Son graphe quotient modulaire est bien un stable. Définition 21 (Module premier) Soit M un module de G, M est un module premier si M n’est ni série ni parallèle. La figure 2.7 présente le graphe induit d’un module premier composé de 5 sommets. Son graphe quotient modulaire n’est ni une clique ni un stable. 392.3. ALGORITHME DE DÉCOMPOSITION MODULAIRE Figure 2.7 – Graphe induit d’un module premier, son arbre de décomposition modulaire et le graphe quotient associé Module d’un graphe orienté Les modules de type série et parallèle sont également définis pour les graphes orientés. Le type ordre est défini uniquement pour les graphes orientés. Un module de type ordre ou linéaire est un module dont le graphe quotient est un ordre total. Définition 22 (Module ordre) Soit M un module de G, M est un module ordre si QuotGM représente un ordre total. Figure 2.8 – Graphe induit d’un module ordre, son arbre de décomposition modulaire et son graphe quotient La figure 2.8 représente le graphe induit d’un module de type ordre composé de 4 sommets. Son graphe quotient modulaire représente bien un ordre total. Il est alors nécessaire de redéfinir le type premier. Un module est premier s’il n’est d’aucun autre type. Grâce à ces étiquettes sur les modules, il est désormais nécessaire de stocker uniquement les graphes quotients du graphe induit de chaque module premier et l’arbre de décomposition modulaire dans le cas de graphes non-orientés. Pour les graphes orientés, il est également nécessaire de stocker, pour chaque module de type ordre, l’ordre des sommets de son graphe quotient. 2.3 Algorithme de décomposition modulaire L’objectif de l’algorithme de décomposition modulaire est de calculer l’arbre de décomposition modulaire du graphe en entrée. Il se déroule en deux étapes. Tout d’abord, il calcule une permutation factorisante du graphe. Puis, à partir cette permutation factorisante, il calcule l’arbre de décomposition modulaire. La différence 402.3. ALGORITHME DE DÉCOMPOSITION MODULAIRE entre les décompositions modulaires orientée et non-orientée se fait sur le calcul de la permutation factorisante. Le calcul de la permutation factorisante s’effectue en O(n + m), que le graphe soit orienté ou non. Le calcul de l’arbre de décomposition modulaire, à partir d’une permutation factorisante, s’effectue également en O(n + m). L’algorithme de dé- composition modulaire d’un graphe s’effectue donc en O(n + m), à la fois pour les graphes orientés et non-orientés. Cette section décrit le fonctionnement des algorithmes de décomposition modulaire orientée et non-orientée. Il n’est pas nécessaire de la lire pour comprendre la suite du manuscrit. 2.3.1 Calcul d’une permutation factorisante d’un graphe nonorienté En 1999, M. Habib, C. Paul et L. Viennot [HPV99] décrivent un algorithme calculant une permutation factorisante d’un graphe non-orienté. Cet algorithme utilise les partitions ordonnées, qu’il affine afin d’obtenir la permutation factorisante. Pour affiner une partition ordonnée, on utilise deux règles : la règle du centre et la règle du pivot. Partition ordonnée Une partition ordonnée de l’ensemble de sommets V est un ordre partiel, où les parties sont nommées classes. Ces classes sont des sous-ensembles de V numérotés. Ainsi, deux sommets appartenant à deux classes différentes sont ordonnés suivant leur numéro de classe. Soit une partition ordonnée O = C1 ⊕ C2 ⊕ ... ⊕ Ck, Ci ⊕ Cj signifie que la classe Cj est consécutive à la classe Ci . Une partition ordonnée O = C1 ⊕ ... ⊕ Ck de V est factorisante pour G = (V, E) si, pour tout Ci , il existe une permutation Pi , telle que (P1, P2, ..., Pk) est une permutation factorisante de G. Règle du centre L’algorithme commence en appliquant la règle du centre sur un sommet choisi. Ce sommet est appelé centre. Lemme 2 ([HPV99]) Étant donné c un sommet de G, la partition ordonnée AG(c) ⊕ {c} ⊕ AG(c) est factorisante pour G. Règle du pivot La partition ordonnée initiale est donc AG(c) ⊕ {c} ⊕ AG(c), où c est le centre. Ensuite, l’affinage va se faire en utilisant la règle du pivot. La relation Ci ≺O Cj signifie que la classe Ci précède la classe Cj dans la partition ordonnée O. 412.3. ALGORITHME DE DÉCOMPOSITION MODULAIRE Lemme 3 ([HPV99]) Soit une partition ordonnée O = C1 ⊕ ... ⊕ Ck de centre c, et soit p ∈ Ci un sommet tel que la classe Cj avec i Ó= j et Cj ⊥ AG(p). Si O est factorisant alors : – si Ci ≺O {c} ≺O Cj ou si Cj ≺O {c} ≺O Ci, alors la partition où Cj est remplacée par (AG(p) ∩ Cj ) ⊕ (AG(p) ∩ Cj ) est factorisante ; – sinon, la partition où Cj est remplacée par (AG(p) ∩ Cj ) ⊕ (AG(p) ∩ Cj ) est factorisante. À partir du lemme 3, on affine la partition ordonnée en conservant le fait qu’elle soit factorisante. Pour cela, on choisit un pivot p, puis on coupe en deux toutes les classes qui chevauchent le voisinage de p, exceptée la classe de p. On effectue cette opération jusqu’à obtenir un point fixe quel que soit le pivot choisi. Ensuite, on applique de nouveau l’algorithme au graphe induit de chaque classe contenant plus d’un sommet. Exemple d’utilisation de l’algorithme Figure 2.9 – Applications de l’algorithme sur le graphe de la figure 2.3 La figure 2.9 montre l’application de l’algorithme calculant une permutation factorisante. a). Tout d’abord, on applique la règle du centre avec le sommet 8. Ce centre est représenté en orange sur la figure. Ensuite, on applique la règle du pivot sur 422.3. ALGORITHME DE DÉCOMPOSITION MODULAIRE les sommets 3, 6 et 1. Ces pivots sont représentés en bleu sur la figure. Dans chaque cas, une seule classe est coupée en deux. Pour chaque classe C coupée en deux par le pivot p, la classe (AG(p) ∩ C) est représentée en rouge sur la figure et la classe (AG(p) ∩ C) en vert. b). Le premier pivot choisi est le sommet 3 de la classe Cp. La classe C = {6, 7, 9, 10, 11} chevauche le voisinage du sommet 3. Les sommets 6 et 7 sont voisins de 3, tandis que les sommets sont 9, 10 et 11 ne le sont pas. Nous sommes dans le cas Cp ≺O {8} ≺O C. Donc la classe C est remplacée par {9, 10, 11} ⊕ {6, 7}. c). Ensuite, on applique la règle du pivot sur le sommet 6, la seule classe coupée en deux est la classe C = {1, 2, 3, 4, 5}. Parmi ces sommets, seul 1 n’est pas voisin de 6. Ici, on est dans le cas C ≺O {8} ≺O Cp. La classe C est donc remplacée par {1} ⊕ {2, 3, 4, 5}. d). Enfin, on applique la règle du pivot sur le sommet 1. Seule la classe C = {2, 3, 4, 5} est coupée en deux. Parmi ces sommets, les voisins de 1 sont 2, 3 et 4. Ici, on est dans le cas Cp ≺O C ≺O {8}. La classe C est donc remplacée par {2, 3, 4} ⊕ {5}. e). Après cette application de la règle du pivot, on arrive à un point fixe. On applique donc l’algorithme aux classes contenant plus d’un sommet, c’est-à- dire les classes {2, 3, 4}, {9, 10, 11} et {6, 7}. Une fois que toutes les classes de la partition ordonnée contiennent un seul sommet, l’algorithme se termine. On obtient alors la permutation factorisante de l’ensemble des sommets du graphe suivante : (1,2,3,4,5,8,11,10,9,6,7) Cet algorithme s’effectue en O(m log n). Pour atteindre une complexité linéaire en O(n + m), M. Habib, F. de Montgolfier et C. Paul [HdMP04] améliore cet algorithme en utilisant les permutations ordonnées de chaînes et une nouvelle règle d’affinage. 2.3.2 Calcul d’une permutation factorisante d’un graphe orienté Dans le cas des graphes orientés, nous décrirons ici les grandes lignes de l’algorithme sans entrer dans les détails. Il consiste à calculer les arbres de décomposition modulaire de deux graphes non-orientés calculés à partir du graphe d’origine. Ensuite, il utilise les propriétés d’intersections sur les familles partitives pour trouver la permutation factorisante. Intersection de familles partitives Soient deux familles partitives F1 et F2 sur le même ensemble S. L’intersection F de F1 et F2 est la famille des parties de S appartenant à la fois à F1 et F2. Elle est notée F = F1 ∩ F2. Lemme 4 ([dM03]) L’intersection de deux familles partitives est une famille partitive. 432.3. ALGORITHME DE DÉCOMPOSITION MODULAIRE À partir de cela, il est défini l’opération ∧ sur les arbres partitifs. Soient deux familles partitives F1 et F2 sur le même ensemble S et leurs arbres partitifs respectifs TF1 et TF2 . TF1 ∧ TF2 est l’arbre partitif de la famille partitive F1 ∩ F2. Fonctionnement de l’algorithme L’algorithme de R. McConnell et F. de Montgolfier [MdM05], permettant de calculer une permutation factorisante de l’ensemble des sommets d’un graphe orienté, se déroule en trois étapes principales. Tout d’abord, l’algorithme calcule l’arbre de décomposition modulaire de deux graphes non-orientés Gs et Gd dérivés du graphe orienté G = (V, E) en entrée : – Gs = (V, Es) tel que xy ∈ Es ssi (x, y) ∈ E ∨ (y, x) ∈ E ; – Gd = (V, Ed) tel que xy ∈ Ed ssi (x, y) ∈ E ∧ (y, x) ∈ E. Les arbres de décomposition modulaire obtenus sont MTGs et MTGd . Ensuite, il calcule l’arbre TH = MTGs ∧ MTGd . Les sommets de l’arbre TH sont alors des modules de Gs et de Gd. Enfin, il ordonne les fils des sommets complets de l’arbre TH, suivant les proprié- tés de leur graphe induit dans G. On obtient ainsi une permutation factorisante de l’ensemble des sommets de G. 2.3.3 Calcul de l’arbre de décomposition à partir d’une permutation factorisante L’algorithme de C. Capelle, M. Habib et F. de Montgolfier [CHdM02], permettant de calculer l’arbre de décomposition modulaire à partir d’une permutation factorisante, s’effectue en O(n + m), dans le cas de graphes orientés et non-orientés. Cet algorithme se base sur les notions de séparateurs et de fractures. Un sommet x est un séparateur de S ⊂ V pour le graphe G = (V, E), si x /∈ S et si S n’est pas une module de GS∪{x}. À partir de cette notion de séparateur, on peut définir la fracture d’une paire de sommets consécutifs dans la permutation factorisante. La fracture d’une paire est le plus petit facteur de la permutation contenant cette paire, ainsi que tous les séparateurs de celle-ci. Cette fracture peut être coupée en deux : la fracture gauche et la fracture droite. En parenthésant la permutation factorisante avec les fractures gauche et droite de chaque paire possible, on obtient une permutation factorisante parenthésée. À partir de cette permutation, on obtient un arbre des fractures qui est une approximation de l’arbre de décomposition modulaire. Il suffit de quelques manipulations complémentaires de l’arbre des fractures, pour obtenir l’arbre de décomposition modulaire. 442.4. APPLICATIONS 2.4 Applications 2.4.1 Applications sur la théorie des graphes La plupart des applications de la décomposition modulaire sur d’autres problèmes de la théorie des graphes induisent une réduction du problème aux graphes premiers. En effet, dans beaucoup de problèmes, la résolution est simple dans le cas de stable ou de clique. Or, les graphes quotients des modules parallèles (resp. séries) sont des stables (resp. cliques). Dans le cas de graphe non-orientés, les seuls modules restants sont les modules premiers dont les graphes quotients sont premiers. Dans cette section, nous ne verrons que deux exemples. Dans sa thèse, M. Rao propose un état de l’art des applications de la décomposition modulaire sur des problèmes de la théorie des graphes [Rao06]. Ensemble stable pondéré Le problème d’ensemble stable pondéré consiste, pour un graphe G = (V, E) et une fonction de pondération w : V → N, à définir un stable S ⊆ V de G tel que le poids de S : q v∈S w(v) soit maximum. On note αw(G) le poids maximum d’un ensemble stable de G. À partir de l’arbre de décomposition modulaire, on réduit le problème d’ensemble stable pondéré d’un graphe non-orienté à celui d’ensemble stable pondéré de graphes premiers. Le principe de la réduction vient du fait que, dans le cas d’un stable ou d’une clique, calculer l’ensemble stable pondéré de poids maximum est trivial. Dans le cas d’un stable, le poids maximum d’un ensemble stable est la somme des poids des sommets du graphe. Dans le cas d’une clique, le poids maximum d’un ensemble stable est le poids maximum d’un sommet. Il est possible d’étendre cela aux modules de type parallèle et série [MR84]. En effet, le graphe quotient d’un module parallèle est un stable. Ainsi, le poids maximum d’un ensemble stable d’un module parallèle est la somme des poids des sommets du graphe quotient de ce module. Le graphe quotient d’un module série est une clique. Ainsi, le poids maximum d’un ensemble stable d’un module parallèle est le poids maximum d’un sommet du graphe quotient de ce module. Dans les deux cas, si un sommet du graphe quotient est le sommet représentatif d’un module, alors son poids est celui de l’ensemble stable pondéré de poids maximum du graphe induit du module qu’il représente. En appliquant ce principe récursivement sur l’arbre de décomposition modulaire, seul le cas des modules premiers est non-trivial. Ainsi, si on sait résoudre le problème d’ensemble stable pondéré sur les graphes premiers, on peut le résoudre sur n’importe quel graphe non-orienté. Coloration La coloration d’un graphe consiste à colorier chacun des sommets du graphe d’une couleur de sorte que deux sommets adjacents soient d’une couleur différente. 452.4. APPLICATIONS Soit un graphe G = (V, E), une coloration de G est une partition P de V telle que toutes les parties de P sont des ensembles stables de G. Le nombre chromatique χ(G) d’un graphe correspond au nombre minimum de parties d’une coloration de G, c’est-à-dire le nombre minimum de couleurs nécessaires à sa coloration. Une coloration minimum de G est donc une coloration avec un nombre minimum de couleurs. À partir de l’arbre de décomposition modulaire, on réduit le problème de coloration d’un graphe non-orienté à celui de coloration de graphes premiers. De nouveau, le principe de la réduction vient du fait que, dans le cas d’un stable ou d’une clique, calculer la coloration minimum est trivial. Dans le cas d’un stable, tous les sommets sont de la même couleur. Dans le cas d’une clique, chaque sommet a une couleur différente de tous les autres. Il faut donc autant de couleurs qu’il y a de sommets. Il est possible d’étendre cela aux modules de type parallèle et série [MR84]. En effet, le graphe quotient d’un module parallèle étant un stable, le nombre chromatique d’un module parallèle est le nombre chromatique maximum de ses fils dans l’arbre de décomposition modulaire. Le graphe quotient d’un module série étant une clique, le nombre chromatique d’un module série est la somme des nombres chromatiques de ses fils dans l’arbre de décomposition modulaire. On peut appliquer ce principe récursivement sur l’arbre de décomposition modulaire. Seul le cas des modules premier est non-trivial. Donc, si on sait calculer le nombre chromatique d’un graphe premier, alors on peut le calculer pour n’importe quel graphe non-orienté. 2.4.2 Applications sur des problèmes pratiques Dessin de graphes Un des problèmes de la représentation graphique des graphes est d’obtenir un résultat lisible qui respecte certaines règles "esthétiques". Trouver une représentation lisible est particulièrement difficile si le graphe possède beaucoup de sommets et que sa densité est importante. C. Papadopoulos et C. Voglis [PV05] utilisent la décomposition modulaire afin de résoudre ce problème sur les graphes non-orientés. Pour cela, on applique un algorithme de placement des sommets dépendant du type du module auquel ils appartiennent. Si un module est de type parallèle, alors ses fils sont dessinés sous forme d’une grille. Si un module est de type série, alors ils sont dessinés sous forme d’un cercle. Si un module est de type premier, alors ses fils sont dessinés suivant l’approche d’intégration des forces. Les arêtes ont un pouvoir attractif sur leurs extrémités, tandis que les sommets ont un pouvoir répulsif entre eux. Grâce à une limite de déplacement des sommets qui décroit à chaque itération, on atteint un point fixe. Si un des fils est un module, alors le graphe induit de ce module est dessiné à son emplacement. Ainsi, on applique cette méthode à tous les modules en commençant par ceux de hauteur la plus élevée jusqu’à la racine de l’arbre de décomposition modulaire. 462.5. CONCLUSION Réseaux d’interactions protéine-protéine En biochimie, une interaction protéine-protéine est une interaction physique entre deux protéines. Un complexe protéique est un ensemble de protéines liées par des interactions physiques. Un réseau d’interactions protéine-protéine est un graphe, tel que les sommets sont les protéines et qu’il existe une arête entre deux protéines, s’il existe un complexe protéique auquel ces protéines appartiennent. Ainsi, les complexes protéiques apparaissent comme des cliques, dans le réseau d’interactions protéine-protéine. J. Gagneur, R. Krause, T. Bouwmeester et G.Casari [GKBC04] utilisent la dé- composition modulaire sur ces réseaux afin de trouver les complexes les plus grands possibles. Ce problème consiste à trouver les cliques maximales sur le réseau d’interactions protéine-protéine. Pour cela, on parcourt l’arbre de décomposition modulaire du réseau. L’ensemble des cliques maximales d’un module série est l’ensemble des combinaisons constituées d’une clique maximale de chacun de ses fils dans l’arbre. Quant à l’ensemble des cliques maximales d’un module parallèle, il est l’union des cliques maximales de ses fils. De plus, la décomposition modulaire offre une représentation compréhensible des règles logiques de coopération des protéines. Des protéines ou des modules fils d’un module parallèle dans l’arbre ne peuvent interagir mais peuvent effectuer des fonctions biologiques proches. Un module série représente, quant à lui, des protéines ou des modules qui fonctionnent ensemble. 2.5 Conclusion La décomposition modulaire est un outil de la théorie des graphes pour lequel on trouve peu d’applications sur des problèmes pratiques dans la littérature. Pourtant la décomposition modulaire offre de nombreux avantages. Tout d’abord, son exécution s’effectue en temps linéaire. De plus, son application permet, dans certains cas, de réduire un problème sur les graphes non-orientés aux graphes premiers. Dans cette thèse, nous présentons une application de la décomposition modulaire à la sécurité système. Plus précisément, nous utilisons la décomposition modulaire sur les graphes utilisés par PIGA. Cela permet de réduire la taille les différents graphes utilisés par PIGA. Les signatures étant des chemins dans les différents graphes utilisés par PIGA, la structure des modules fait que les signatures géné- rées à partir d’un graphe quotient compressent de manière efficace les signatures originales, en limitant la sur-approximation. Dans la partie suivante, nous présenterons la manière dont nous avons intégré la décomposition modulaire au mécanisme de génération de signatures de PIGA. Puis, nous monterons les modifications apportées au mécanisme de détection, afin de gérer la nouvelle forme des signatures. Les limites d’utilisation de la décomposition modulaire sur PIGA seront également présentées. 472.5. CONCLUSION 48Deuxième partie Application de la décomposition modulaire à PIGA-IDS 49Chapitre 3 Modification du système de génération de signatures 3.1 Introduction Le calcul de signatures actuel rencontre deux principaux problèmes. Le premier problème concerne le nombre important de signatures qui sont générées, lorsque la politique MAC est de grande taille, et que la politique PIGA contient un grand nombre de propriétés. C’est notamment le cas lorsque celles-ci traitent des flux indirects, car ces flux peuvent correspondre à beaucoup de chemins dans les graphes associés. Lorsque la détection est activée, les performances du système sont diminuées. Le second problème est que, suivant les caractéristiques de la machine qui calcule les signatures, celles-ci seront plus ou moins limitées en longueur. Ainsi, les comportements malicieux composés de nombreuses interactions ne seront pas repré- sentés dans la base de signatures. Ils ne pourront donc pas être détectés. Durant cette thèse, nous nous sommes concentrés sur le premier problème. Cependant, une des méthodes développées permet également d’augmenter la longueur maximum des signatures générées. Dans ce chapitre, nous présenterons, dans la section 3.2, la première des deux méthodes développées afin de réduire le nombre de signatures générées. Cette méthode est une application de la décomposition modulaire. Nous verrons le principe général de la méthode, puis deux algorithmes permettant l’utilisation de la décomposition modulaire pour la génération de signatures, ainsi que leurs preuves. Enfin, nous verrons la gestion d’un cas particulier : les boucles sur les modules. Dans la section 3.3, nous décrirons les expérimentations mises en place pour évaluer les performances de l’application de la décomposition modulaire. Nous l’étudierons d’abord sur un graphe exemple, puis sur des graphes réels de PIGA. Dans la section 3.4, nous décrirons la seconde méthode développée : le suppression par inclusion. Nous présenterons d’abord le principe de cette méthode, puis nous évaluerons son efficacité. Enfin, dans la section 3.5, nous conclurons ce chapitre par une discussion sur les limites des méthodes développées. Les résultats de cette section sont partiellement présentés dans [BBC12]. 513.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE 3.2 Application de la décomposition modulaire Dans cette partie, nous généralisons l’approche intuitive présentée dans la section 1.6 où la notion de module apparaît naturellement. 3.2.1 Utilisation de la décomposition modulaire non-orientée Nous avons vu dans la section 1.2, que les graphes utilisés par PIGA pour le calcul des signatures à partir de propriétés de confidentialité sont des graphes orientés. Néanmoins, nous utilisons la décomposition modulaire non-orientée sur ces graphes pour réduire le nombre de signatures et cela pour plusieurs raisons. Premièrement, les graphes d’interactions et de flux sont tous deux utilisés pour générer les signatures. Or, s’ils possèdent les mêmes sommets, des arcs peuvent être différents. L’application de la décomposition modulaire orientée pourrait générer deux décompositions différentes. Les graphes quotients obtenus seraient donc diffé- rents ce qui rendrait la génération de signatures difficile. Deuxièmement, étant donné qu’un module orienté reste un module après la transformation des arcs en arêtes, la taille des modules orientés est inférieure ou égale à celle des modules non-orientés. Or, des modules de taille plus grande permettent une meilleure compression. Enfin, nous pouvons ré-orienter le graphe quotient. Ceci peut entraîner la génération de signatures incorrectes mais permet une plus grande compression. Malgré tout, les signatures surnuméraires ne sont pas gênantes, dans le contexte qui nous concerne, car elles ne peuvent pas être générées lors de la détection. En effet, tous les arcs produits par la ré-orientation représentent des actions non permises par le système MAC sur lequel se base PIGA. Les graphes ainsi obtenus reflètent une surestimation des attaques. Afin de mesurer les différences entre le graphe quotient obtenu par notre mé- thode et celui obtenu par application de la décomposition modulaire orienté, nous définissons la notion d’arc propre. Définition 23 (Arc propre) Soit G = (V, A) un graphe orienté et Q = (M, A′ ) un graphe quotient de G. Un arc (m1, m2) ∈ A′ est propre ssi ∀x ∈ m1, y ∈ m2,(x, y) ∈ A À partir de cette définition, on définit également la notion de graphe propre et de signature propre. Définition 24 (Graphe propre) Un graphe quotient est propre ssi tous ses arcs sont propres. Définition 25 (Signature propre) Une signature est propre ssi elle contient uniquement des arcs propres. Sur les figures 3.1 et 3.2, on peut voir qu’en appliquant la décomposition modulaire orientée sur le graphe d’interactions de la figure 1.3 et sur le graphe de flux de la figure 1.4, nous obtenons deux graphes quotients n’ayant pas la même structure. En effet, sur le graphe quotient d’interactions, un module regroupe admin_t et user_d, or ce module n’est pas présent sur le graphe quotient de flux. 523.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE Figure 3.1 – Graphe quotient d’interaction obtenu par application de la décomposition modulaire non-orientée Figure 3.2 – Graphe quotient de flux obtenu par application de la décomposition modulaire orientée 3.2.2 Principe général Dans cette section, nous présentons la méthodologie utilisée pour générer les signatures compressées. Chaque étape du processus sera accompagnée d’un paragraphe illustrant la méthode sur un exemple. Afin de générer des signatures compressées, il faut obtenir les graphes quotients orientés des graphes d’interactions et de flux. L’entrée de notre algorithme est le graphe de flux Gf = (V, Af) et le graphe d’interactions Gi = (V, Ai). Pour pouvoir utiliser la décomposition modulaire, nous considérons le graphe non-orienté Gf′ = (V, Ef) obtenu en symétrisant Gf. Ce graphe est appelé graphe de flux symétrisé. Ensuite, nous calculons la décomposition modulaire sur Gf′ pour obtenir l’arbre de décomposition modulaire MTGf′. À partir de cet arbre, nous obtenons P la partition modulaire maximal de Gf′ . Enfin nous calculons, grâce à la partition, GiP, le graphe quotient d’interaction, et GfP, le graphe quotient de flux, à partir desquels nous calculons les signatures. Figure 3.3 – Le graphe de flux symétrisé Pour illustrer le processus, nous allons utiliser le graphe d’interactions simplifié présenté dans la section 1.2 sur la figure 1.3, ainsi que le graphe de flux dérivé de celui-ci (figure 1.4). En symétrisant ce graphe de flux, nous obtenons le graphe de la figure 3.3. Une fois le graphe symétrisé Gf′ = (V, Ef) obtenu, nous pouvons lui appliquer la décomposition modulaire non-orientée afin de récupérer l’arbre de décomposition modulaire MTGf′, puis la partition P. 533.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE Figure 3.4 – L’arbre de décomposition modulaire généré à partir du graphe symé- trisé L’arbre de décomposition modulaire obtenu à partir du graphe 3.3 est représenté par la figure 3.4. La partition P obtenue est donc : P = {{passwd_d}, {shadow_t}, {ssh_d, login_d}, {admin_d, user_d}, {bin_t}}. A partir de cette partition, nous générons les graphes quotients orientés GiP et GfP. Pour cela, nous utilisons l’algorithme 3 qui prend en entrée le graphe d’origine (de flux ou d’interactions) et la partition P. Algorithme 3 Génération du graphe quotient orienté Entrée: G = (V, A) le graphe d’origine et P une partition de V Sortie: G′ = (P, A′ ) le graphe quotient orienté GP A′ ← ∅ pour tout arc (x, y) ∈ A faire Soit S1 ∈ P tel que x ∈ S1 Soit S2 ∈ P tel que y ∈ S2 si S1 Ó= S2 alors si (S1, S2) ∈/ A′ alors A′ ← A′ ∪ {(S1, S2)} label(S1,S2) ← label(x,y) sinon label(S1,S2) ← label(S1,S2) ∪ label(x,y) L’algorithme 3 fonctionne de la manière suivante pour générer les graphes quotients. Tout d’abord, l’ensemble des sommets du graphe quotient correspond à la partition passée en paramètre. Ensuite, pour chaque arc (x, y) du graphe d’origine, nous créons un arc entre l’ensemble de P contenant x et celui contenant y, si ceux-ci sont différents et s’il n’existe pas déjà d’arc entre ces deux ensembles. Pour le graphe d’interactions, il faut également gérer les labels présents sur les arcs. Pour cela, lors de la création de l’arc entre le module contenant x et celui contenant y, nous conservons le label de l’arc (x, y) du graphe d’interactions d’origine. Si un arc existe déjà, nous ajoutons le label de (x, y) si celui-ci n’est pas déjà présent. En appliquant cet algorithme avec le graphe d’interactions Gi de la figure 1.3 et le graphe de flux Gf de la figure 1.4, nous obtenons les graphes quotients GiP (figure 3.5) et GfP (figure 3.6). La partition P étant de cardinalité 5, les graphes quotients générés ont 5 sommets. Il y a deux différences entre les deux graphes quotients. Premièrement, l’arc (passwd_d,shadow_t) du graphe quotient d’interactions 543.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE est inversé sur le graphe quotient de flux. Ceci s’explique par le fait que cet arc correspond à une lecture. Le flux d’informations part donc de shadow_t vers passwd_d. Deuxièmement, l’arc (Series,bin_t) du graphe quotient d’interactions devient un arc à double sens sur le graphe quotient de flux. L’arc correspondant à une lecture, une écriture ou une exécution, il peut y avoir transfert d’informations dans les deux sens. En effet, le flux d’informations part de Series vers bin_t dans le cas d’une écriture. Dans le cas d’une exécution ou d’une lecture, le flux d’informations part de bin_t vers Series. Figure 3.5 – Graphe quotient d’interactions Figure 3.6 – Graphe quotient de flux 3.2.3 Extraction d’une paire source/destination Dans la section 1.3, nous avons vu que les signatures sont calculées comme l’ensemble des chemins entre une source et une destination. En utilisant la décomposition modulaire, nous calculons les signatures sur le graphe quotient. Or, la source et la destination peuvent être contenues dans un module. Pour éviter cela, les extrémités des chemins doivent donc être considérées comme des singletons de la partition utilisée pour générer le graphe quotient. Cela se traduit par le fait que les extrémités doivent être des fils directs de la racine sur l’arbre de décomposition modulaire. Pour cela, nous pourrions supprimer le module entier, et considérer tous les sommets qu’il contient comme des fils directs de la racine. Cependant, nous voulons conserver un maximum de modules afin que la réduction du graphe reste la meilleure possible. Dans ce but, nous proposons deux algorithmes permettant de conserver un maximum de modules non-triviaux. Le premier permet d’obtenir des modules de plus grande taille, mais ne peut pas être utilisé sur tous les graphes. Le second possède une meilleure complexité en temps que le premier, et peut être utilisé sur n’importe quel graphe. Cependant les modules obtenus peuvent être de plus petite taille. Lors des expérimentations présentées dans la section 3.3, nous avons utilisé le second algorithme. Extraction des sommets par modification du graphe L’algorithme 4 modifie le graphe afin que les sommets à « extraire » de l’arbre de décomposition modulaire ne puissent pas appartenir à un module non-trivial, tandis que l’algorithme 5 modifie directement l’arbre de décomposition modulaire en extrayant les sommets des modules auxquels ils appartiennent. L’algorithme 4 gère le problème de manière globale en recalculant entièrement une décomposition modulaire sur le graphe modifié suivant. Nous ajoutons deux 553.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE sommets au graphe (marqueur1 et marqueur2), puis nous ajoutons un arc reliant marqueur1 au premier sommet à extraire, un second arc reliant marqueur2 au second sommet à extraire et un troisième arc reliant marqueur1 à marqueur2 (fi- gure. 3.7). Pour pouvoir utiliser cet algorithme, nous devons être sûrs que les marqueurs ne seront pas dans un module. Le troisième arc ajouté permet de réduire à deux, le nombre de cas où les marqueurs appartiennent à un module. Le premier cas apparaît lorsque un des sommets à extraire est uniquement voisin avec le second sommet à extraire sur le graphe d’origine. Dans ce cas, le premier sommet formera un module avec le marqueur lié au second. Le second apparaît lorsque le graphe n’est pas connexe, les marqueurs apparaissent alors dans un module parallèle comprenant toute la composante connexe. Algorithme 4 Extraction des sommets par modification du graphe Entrée: G = (V, E) un graphe non orienté, n et m deux sommets de G Sortie: T ′ Un arbre de décomposition de G tel que n et m sont des module triviaux sous la racine 1: Soit G′ = (V ′ , A′ ) tel que 2: V ′ ← V ∪ {marqueur1, marqueur2} 3: E ′ ← E ∪ {(marqueur1, n),(marqueur2, m),(marqueur1, marqueur2)} 4: T ′ ← DecompositionModulaire(G′ ) 5: SupprimerT′(marqueur1, marqueur2) Figure 3.7 – Ajout des marqueurs au graphe La proposition 1 montre le cadre de l’utilisation de cet algorithme et, le théorème 3, sa complexité. Le théorème 2 prouve l’efficacité de l’algorithme. Proposition 1 Soit G = (V, E) un graphe connexe et, n et m deux sommets de G tels que n (resp. m) a au moins un voisin différent de m (resp. n). À la fin de l’étape 4 de l’algorithme 3 l’arbre T ′ est tel que : 1. marqueur1 et marqueur2 sont des modules triviaux situés sous la racine ; 2. n et m sont des modules triviaux situés sous la racine ; 3. tous les modules non triviaux définis dans T ′ sont des modules de G. Preuve : Cette preuve se décompose en plusieurs parties correspondant aux diffé- rents points de la proposition. 563.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE 1. Supposons que marqueur1 et marqueur2 appartiennent à un module non trivial. Deux cas peuvent alors se produire : – Si marqueur1 appartient à un module M : – Soit marqueur2 appartient à M, alors n et m appartiennent également à M, car marqueur1 et marqueur2 n’ont pas le même comportement vis à vis de n et de m. Tous les sommets appartenant à M ont le même comportement vis-à-vis du reste du graphe. Or, comme marqueur1 et marqueur2 n’ont pas de voisin autre qu’eux-mêmes, n ou m, alors le voisinage de M est vide. Le graphe a donc au moins deux composantes connexes : M et le reste du graphe. Ceci est impossible car le graphe est connexe. – Soit marqueur2 n’appartient pas à M, alors tous les sommets appartenant à M sont voisins de marqueur2. Ainsi, seuls marqueur1 et m peuvent appartenir à M. Comme M est un module non trivial, il possède au moins deux sommets. Donc m appartient à M. Par conséquent, marqueur1 et m ont le même comportement vis-à-vis du reste du graphe, donc ils ont uniquement n et marqueur2 comme voisins. Ceci est impossible car m possède au moins un voisin différent de n. – Le même raisonnement peut s’appliquer à marqueur2. Dans ce cas, on considère m au lieu de n. 2. Supposons que les sommets n et m appartiennent à un module non trivial. On considère ici le cas de n, celui de m est symétrique. Soit n appartient à un module M. Comme marqueur1 ne peut pas appartenir à M et que n est voisin de marqueur1, tous les sommets de M sont voisins de marqueur1. Seuls n et marqueur2 sont voisins de marqueur1. Or, marqueur2 n’appartient pas à un module non trivial, donc il ne peut pas appartenir à M. Comme un module non trivial possède au moins deux sommets, M ne peut pas être un module non trivial. 3. Montrons maintenant que les modules définis par T ′ sont des modules du graphe initial G. Un sous-ensemble M de V est module de G si : ∀x ∈ V \ M I ∀y ∈ M,(x, y) ∈ E ou ∀y ∈ M,(x, y) Ó∈ E Soit M′ un module non trivial de G′ – Par définition M′ est un sous-ensemble de V ′ et nous avons prouvé que marqueur1 et marqueur2 n’appartiennent pas à M′ car il est non trivial. V ′ étant égal à V ∪ {marqueur1, marqueur2}, M′ est un sous-ensemble de V . – Par définition : ∀x ∈ V ′ \ M′ I ∀y ∈ M′ ,(x, y) ∈ E ′ ou ∀y ∈ M′ ,(x, y) Ó∈ E ′ or V est un sous-ensemble de V ′ donc : ∀x ∈ V \ M′ I ∀y ∈ M′ ,(x, y) ∈ E ′ ou ∀y ∈ M′ ,(x, y) Ó∈ E ′ 573.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE or E ′ = E ∪ {(marqueur1, n),(marqueur2, m),(marqueur1, marqueur2)}, et marqueur1 et marqueur2 n’appartiennent ni à V ni à M′ donc : ∀x ∈ V \ M′ , ∀y ∈ M′ ,(x, y) ∈ E ′ ⇒ (x, y) ∈ E ∀x ∈ V \ M′ , ∀y ∈ M′ ,(x, y) Ó∈ E ′ ⇒ (x, y) Ó∈ E donc : ∀x ∈ V \ M′ I ∀y ∈ M′ ,(x, y) ∈ E ou ∀y ∈ M′ ,(x, y) Ó∈ E M′ est un module de G. Donc tous les modules non triviaux définis dans T ′ sont des modules de G  Conséquence 1 Les deux sommets marqués sont directement rattachés à la racine de l’arbre de décomposition. L’étape 5 ne modifie pas la structure globale de T ′ ; elle élimine simplement deux feuilles sous la racine. Théorème 2 Soit G = (V, E) un graphe connexe et, n et m deux sommets de G tels que n (resp. m) a au moins un voisin différent de m (resp. n). L’algorithme 4 retourne T ′ un arbre de décomposition de G dans lequel : 1. n et m sont des modules triviaux situés sous la racine ; 2. tous les modules définis dans T ′ sont des modules de G. Preuve : Le théorème 2 est une conséquence directe de la proposition 1.  Pour analyser la complexité en temps de cet algorithme, nous utiliserons les notations suivantes : – n représente le nombre de sommets du graphe G. – m représente le nombre d’arêtes du graphe G. L’ajout de deux sommets et de trois arêtes au graphe G s’effectue en temps constant. Dans la section 2.3, nous avons vu que l’algorithme de décomposition modulaire non-orienté s’effectue en O(n+m). La complexité en temps de cet algorithme est donc en O(n + m). Théorème 3 L’algorithme 4 se termine en O(n + m) Extraction d’un sommet par modification de l’arbre de décomposition modulaire L’algorithme 4 recalcule une décomposition modulaire à partir du graphe initial. Il possède quelques restrictions qui ne sont pas contraignantes dans les cas concrets. Dans l’algorithme 5, nous cherchons une solution qui mette à profit l’arbre de dé- composition modulaire déjà obtenu. Il peut être qualifié d’algorithme local. Afin d’éviter la gestion de cas particuliers, nous avons utilisé l’algorithme 5 pour extraire les extrémités d’une signature de l’arbre de décomposition modulaire. Cet 583.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE Algorithme 5 Extraction d’un sommet par modification de l’arbre de décomposition modulaire Entrée: n le sommet à extraire, T = (V, A) l’arbre de décomposition modulaire Sortie: T ′ = (V ′ , A′ ) l’arbre avec le sommet extrait 1: V ′ ← V 2: A′ ← A 3: pour tout m ∈ cheminT (n) faire 4: A′ ← A′ \ {(ParentT (m), m)} 5: si m Ó= RacineT′ et m Ó= n et nombreFilsT (m) <= 2 ou m est Premier alors 6: pour tout o ∈ enfantsT (m) faire 7: A′ ← A′ \ {(m, o)} 8: A′ ← A′ ∪ {(RacineT′, o)} 9: V ′ ← V ′ \ {m} 10: sinon 11: A′ ← A′ ∪ {(RacineT′, m)} algorithme extrait un seul sommet. Afin d’extraire les deux extrémités, il faut donc l’utiliser deux fois consécutivement . Il fonctionne de la manière suivante. Tout d’abord, nous récupérons le chemin entre la racine de l’arbre et le sommet à extraire, tous les sommets intermédiaires sont des modules. L’algorithme parcourt alors ce chemin en partant de la racine et, pour chaque module, il supprime l’arête reliant le module courant à son parent, puis, suivant les caractéristiques du module, celui-ci sera supprimé ou uniquement modifié. Si le module possède exactement deux fils ou s’il est premier, alors le module est supprimé et on ajoute des arêtes entre la racine et tous ses fils. Sinon, on ajoute une arête entre la racine et le module. Théorème 4 Soit G = (V, E) un graphe connexe. L’algorithme 5 retourne T ′ un arbre de décomposition de G tel que : 1. n est un module trivial situé sous la racine ; 2. tous les modules définis dans T ′ sont des modules de G. Preuve : 1. L’étape 11 de l’algorithme relie directement le sommet à extraire à la racine. Donc n est un module trivial situé sous la racine. 2. Un module dans T ′ est obtenu à partir des modules de T. Soit M′ un module non trivial dans T ′ , il est défini à partir du module M de T, soit comme une copie de M, soit comme un sous-ensemble de M – Supposons que M n’est pas sur le chemin entre la racine et n dans T. Le module n’est pas modifié par l’algorithme. M′ est donc un module de G – Supposons que M est sur le chemin entre la racine et n dans T. – M′ ne peut pas être premier car l’algorithme éclate tous les modules premiers. – Si M′ est un module non premier, alors M est un module dans T, donc : 593.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE ∀x ∈ V \ M I ∀y ∈ M,(x, y) ∈ E ou ∀y ∈ M,(x, y) Ó∈ E Or M′ est un sous-ensemble de M, donc : ∀x ∈ V \ M I ∀y ∈ M′ ,(x, y) ∈ E ou ∀y ∈ M′ ,(x, y) Ó∈ E – Si M′ est un parallèle, alors M est un parallèle, donc : ∀x ∈ M, ∀y ∈ M,(x, y) Ó∈ E Par conséquent : ∀x ∈ V \ M′ I ∀y ∈ M′ ,(x, y) ∈ E ou ∀y ∈ M′ ,(x, y) Ó∈ E M′ est donc un module de G. – Si M′ est un série, alors M est un série, donc : ∀x ∈ M, ∀y ∈ M,(x, y) ∈ E Par conséquent : ∀x ∈ V \ M′ I ∀y ∈ M′ ,(x, y) ∈ E ou ∀y ∈ M′ ,(x, y) Ó∈ E M′ est donc un module de G.  Pour analyser la complexité en temps de cet algorithme, nous utiliserons les notations suivantes : – n représente le nombre de sommets du graphe G. – m représente le nombre d’arêtes du graphe G. Cet algorithme parcourt le chemin entre la racine de l’arbre et le sommet à extraire. Pour chacun des sommets de ce chemin, il parcourt l’ensemble de ses enfants. Dans le pire des cas, chaque sommet de l’arbre est parcouru deux fois. Le nombre de sommets de l’arbre est au maximum 2n − 1 car il possède n feuilles et tous les sommets intérieurs sont de degré minimum 2. La complexité en temps de cette algorithme est donc, au pire des cas, en O(n). Théorème 5 L’algorithme 5 termine en O(n). 3.2.4 Applications des algorithmes Pour illustrer les deux méthodes, nous les appliquons au graphe de la figure 3.8a. Ce graphe non-orienté contient 11 sommets et 29 arêtes. Son arbre de décomposition modulaire est représenté par la figure 3.8b. À partir de cet arbre, nous générons le graphe quotient (figure 3.8c) qui contient les sommets du premier niveau de l’arbre. Sur ce graphe, il est impossible de calculer les chemins entre les sommets 2 et 8. En appliquant l’algorithme 4 à ce graphe afin de faire apparaître les sommets 2 et 8 sur le graphe quotient, nous obtenons le graphe modifié représenté par la 603.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE (a) Graphe initial (b) Arbre de décomposition (c) Graphe quotient Figure 3.8 – Graphe exemple (a) Graphe avec les marqueurs (b) Arbre de décomposition modulaire associé (c) Graphe quotient associé Figure 3.9 – Extraction des sommets 2 et 8 en utilisant l’algorithme 4 figure 3.9a. Par application de la décomposition modulaire, nous obtenons l’arbre de la figure 3.9b, puis le graphe quotient de la figure 3.9c. En appliquant l’algorithme 5 successivement aux sommets 2 et 8, nous calculons l’arbre de la figure 3.10a et en déduisons le graphe quotient de la figure 3.10b. Pour cet exemple, on peut voir que l’application de l’un ou l’autre des algorithmes donne le même résultat. Cependant, on peut avoir des résultats différents. Cela est mis en évidence lors de l’étude du graphe de processus de la section 3.3. En effet, en calculant l’arbre de composition de ce graphe avec les contextes system_u:system_r:sshd_t et user_u:user_r:user_t extraits, on obtient deux arbres différents suivant l’algorithme utilisé. Nous présenterons les différences dans la section 3.3. La figure 3.11 schématise le génération de signatures utilisant la décomposition modulaire. 613.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE (a) Arbre de décomposition modulaire modifié (b) Graphe quotient associé Figure 3.10 – Extraction des sommets 2 et 8 en utilisant l’algorithme 5 Figure 3.11 – Fonctionnement de la génération de signatures utilisant la décomposition modulaire 3.2.5 Gestion des boucles sur module Dans la section 1.3, nous avons vu que le mécanisme original de génération de signatures n’autorise pas les boucles. Avec l’utilisation de la décomposition modulaire se pose la question de l’autorisation des boucles sur modules. En effet, sur cet exemple, on peut voir qu’une signature originale sans boucle peut se traduire par une signature modulaire avec une boucle. 1 → 2 → 6 → 3 → 5 1 → Série A → Parallèle B → Série A → 5 Nous ne pouvons pas autoriser les boucles sur module sans restriction, car cela engendrerait un nombre infini de signatures. Nous avons donc envisagé deux solutions. Le première consiste à ne pas autoriser les boucles et à gérer les cas comme celui de l’exemple lors de la détection. La deuxième solution est d’autoriser k passages par un module de taille k. Au-delà de k passages, on est obligé de passer deux 623.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE fois par le même sommet ce qui correspond à une signature avec boucle dans le système original. Cette deuxième méthode nécessite une gestion fine et complexe lors de la dé- tection, car il faut se souvenir des différents éléments déjà visités, et enlève un peu d’intérêt à la compression. Elle ne sera évaluée que par rapport au taux de compression. 3.2.6 Compression théorique Dans cette section, nous évaluons le gain théorique de notre approche. Dans un premier temps, nous donnons le principe général du calcul dans le cas d’une signature sig avec un seul module M. s ⇒ a → M → b ⇒ d Une signature compressée propre sig, contenant un seul module M, représente toutes les signatures non compressées qui sont construites de la manière suivante : s ⇒ a → x ⇒ y → b ⇒ d tel que : – x, y ∈ M ; – s ⇒ a est un chemin simple reliant s à a ne traversant pas M ; – b ⇒ d est un chemin simple reliant b à d ne traversant pas M ; – x ⇒ y est un chemin simple reliant x à y dans G potentiellement de longueur nulle. Par ailleurs, le chemin x ⇒ y n’intersecte pas les chemins s ⇒ a et b ⇒ d. Étant donnée une signature compressée sig, la seule partie variable est donc la partie "interne" au module. Une signature modulaire représente autant de signatures non-modulaires qu’il existe de chemins simples entre deux éléments du module n’intersectant pas le reste de la signature. D’un point de vue pratique, ceci est difficile à mettre en œuvre. Nous listons, pour la suite, les cas où une borne inférieure peut être obtenue en appliquant le principe précédent, mais en contraignant les chemins entre deux sommets d’un module à rester dans le module. Nous appelons pur un module dont tous les fils dans l’arbre sont des feuilles. Lemme 5 Une signature compressée propre s contenant un module M de taille k représente au moins f(k) signatures non modulaires, telle que f(k) est la somme des deux quantités décrites ci-dessous : – k, la taille du module ; – le nombre de chemins entre deux éléments distincts appartenant à M, en ne considérant que les chemin à l’intérieur du module M. Preuve : Soit s une signature compressée contenant un module, c’est-à-dire, s = c1, ..., ci , M, ci+1, ...cl , où M est un module de G tel que M = {c ′ 1 , ...c′ k}. Tous les contextes ci et c ′ i sont distincts, sinon il y aurait une boucle dans la signature. À 633.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE partir de cette signature, nous pouvons dériver des signatures du graphe original de deux manières. Premièrement, nous pouvons remplacer M par un des éléments qui le compose. Les signatures ainsi générées sont de la même longueur que s. Deuxiè- mement, nous pouvons remplacer M par tout chemin simple entre deux éléments distincts de M. Les signatures générées de cette manière sont plus longues que s.  Conséquence 2 Une signature propre s contenant un module parallèle pur M de taille k représente au moins k signatures sur le graphe original. Conséquence 3 Une signature propre s contenant un module série pur M de taille k représente au moins N signatures sur le graphe original. N = k Ø−1 i=0 Ù i j=0 (k − j) Preuve : Dans ce cas les, sommets appartenant à M forment une clique. Ainsi, le nombre de chemins simples entre deux éléments de M est d’au moins le nombre de chemins à l’intérieur de la clique, chemins de longueur 0 inclus. Définir un chemin simple de longueur i consiste à choisir le premier élément parmi k, puis le deuxième parmi (k − 1) et ainsi de suite. Donc le nombre de chemins simples de longueur i est ri j=0(k−j). En additionnant tous ces termes, nous obtenons le résultat voulu.  Nous nous sommes penchés sur le cas où la signature ne contient qu’un seul module. Dans le cas où il y a plusieurs modules dans la signature, le calcul général devient plus complexe. En effet, si on reprend la logique précédente, on obtient pour une signature contenant n modules : sig = s ⇒ i → M1 → j1 ⇒ k1 . . . jn−1 ⇒ kn−1 → Mn → l ⇒ d Les signatures non-modulaires représentées par sig sont de la forme : s ⇒ i → x1 ⇒ y1 → j1 ⇒ k1 . . . jn−1 ⇒ kn−1 → xn ⇒ yn → l ⇒ d telles que : – ∀i ∈ [1, n] : xi , yi ∈ Mi ; – s ⇒ i est un chemin simple reliant s à i ne traversant aucun module ; – l ⇒ d est un chemin simple reliant l à d ne traversant aucun module ; – ji ⇒ ki est un chemin simple reliant ji à ki ne traversant aucun module ; – xi ⇒ yi est un chemin simple reliant xi à yi dans G potentiellement de longueur nulle. Par ailleurs, le chemin xi ⇒ yi n’intersecte pas les chemins s ⇒ i et l ⇒ d ni aucun jj ⇒ kj et aucun autre xj ⇒ yj . En utilisant le lemme 5, une première borne inférieure, dans le cas où il existe plusieurs modules dans une signature, consiste à faire le produit des bornes inférieures de chaque module. Les compressions théoriques calculées dans cette section ne sont que des bornes inférieures. Les calculs effectués ne tiennent pas compte de la possibilité d’effectuer des boucles sur un module, car le nombre exact de chemins entre deux sommets d’un module n’est pas calculable sans connaître exactement le graphe. Les gains réels ont donc une forte probabilité d’être supérieurs aux gains théoriques. 643.2. APPLICATION DE LA DÉCOMPOSITION MODULAIRE 3.2.7 Équivalence des systèmes de génération Dans cette section, nous montrons que, pour une politique de sécurité donnée, les deux systèmes de génération de signatures produisent des bases représentant les mêmes comportements. Définition 26 (Équivalence des système de génération de signatures) Deux systèmes de génération de signatures sont équivalents si, pour une même entrée, les bases qu’elles génèrent sont équivalentes. Théorème 6 Le système de génération de signatures de PIGA est équivalent à celui utilisant la décomposition modulaire. Preuve : On note BP la base de PIGA et BM la base générée en utilisant la décomposition modulaire. Cette preuve se décompose en deux parties : 1. Une signature présente dans BP est représentée dans BM : Soit S = s, x1, ..., xn, d une signature de BP de source s et de destination d. S est chemin dans le graphe de flux du système G. On définit p(S) comme la projection de chaque sommet xi ∈ S sur le module maximal Mi auquel il appartient dans MTG(s, d). – Soit ∀i, Mi = {xi} alors la signature n’est pas compressée. Elle apparaît telle quelle dans QuotG. Donc S ∈ BM. – Soit ∀i Ó= j, Mi Ó= Mj alors la signature est compressée mais ne comporte pas de boucle sur module. Donc p(S) ∈ BM – Soit ∃i Ó= j,tel que Mi = Mj alors p(S) = s, ..., Mi , ..., Mi , ..., d. On peut alors supprimer la partie du chemin entre les deux occurrences de Mi . Ce processus peut être itéré jusqu’à ce que tous les modules soient différents. La signature ainsi obtenue appartient à BM car le chemin correspondant ne contient pas de boucle. 2. Une signature non présente dans BP n’est pas représentée dans BM : Soit S une signature de BM. On définit p −1 (S) = {S ′ ∈ G tel que S = p(S ′ )}. Supposons qu’il existe une signature S /∈ BP représentée par la signature S ′ ∈ BM. Alors S ∈ p −1 (S ′ ) et S /∈ BP . S est donc un chemin dans le graphe G. Or BP et BM ont les mêmes couples source/destination donc S ∈ BP .  On peut faire plusieurs remarques à partir de cette preuve. Dans le cas d’un graphe quotient non propre, la base de signature modulaire peut représenter des comportements n’étant pas représentés dans la base de PIGA. Cependant, ces comportements seront bloqués par le système MAC et n’apparaîtront pas dans les traces analysées par PIGA. Il est également possible qu’un comportement soit représenté par plusieurs signatures modulaires, notamment si des boucles sur module se chevauchent. 653.3. EXPÉRIMENTATION 3.3 Expérimentation Les expérimentations ont été réalisées en Java, en utilisant le code original de PIGA. Les nouvelles classes développées lors de cette thèse utilisent la librairie Jung 1 pour visualiser les graphes ainsi que le programme appliquant la décomposition modulaire développé en C par Fabien De Mongolfier 2 . Ce programme a été adapté au format des graphes utilisés par PIGA. 3.3.1 Processus d’expérimentation Afin de tester l’efficacité de notre méthode de compression de signatures, nous calculons, pour différents graphes, les signatures pour plusieurs couples source/destination. Comme évaluation de l’efficacité de la méthode, nous utilisons deux mesures : – Compression globale : ρs = 1 − nombre de signatures compressées nombre de signatures non-compressées ρs indique le pourcentage de compression des signatures. Ainsi, si on obtient ρ = 95%, cela signifie que l’on a obtenu 20 fois moins de signatures compressées que de signatures non-compressées. – Compression mémoire : ρm = 1 − taille de la base compressé taille de la base non-compressé ρm indique le pourcentage de compression de la base de signatures. 3.3.2 Expérimentation sur un graphe exemple Tout d’abord, nous avons testé notre méthode sur le graphe de la figure 3.8a. Ce graphe, tiré de [HP10], n’a aucune application en sécurité mais contient des modules séries et parallèles. De plus, l’arbre de décomposition modulaire possède plusieurs niveaux. Ce graphe est composé de 11 sommets et 29 arêtes. Dans ce cas, nous travaillons sur le graphe non-orienté, ce qui revient à considérer le graphe orienté symétrique correspondant. Pour évaluer l’efficacité de notre méthode, nous calculons le nombre de signatures générées avec et sans application de la décomposition modulaire pour chaque paire source/destination possible. Le taux de compression est calculé deux fois pour chaque paire, une fois sans boucle autorisée sur les modules et une fois avec. Pour les deux méthodes, le taux de compression obtenu est important et montre que la décomposition modulaire a un impact important, même avec des modules de petite taille. Les résultats sont présentés dans la table 3.1. Dans le cas des signatures compressées sans boucle, nous calculons 1436 signatures contre 103411 avec le mécanisme d’origine, ce qui correspond une compression globale de 98,6%. C’est-à-dire qu’une 1. La librairie Jung est accessible sur http://jung.sourceforge.net/ 2. Le programme de décomposition modulaire de F. De Montgolfier est disponible sur : http: //www.liafa.jussieu.fr/~fm/algos/index.html 663.3. EXPÉRIMENTATION Nb sig ρs Min ρs Max ρs Non-compressées 103411 – – – Compressées sans boucles 1436 98.6% 91.3% 99.9% Compressées avec des boucles sur les modules 5780 94.4% 81.7% 99.7% Table 3.1 – Taux de compression pour le graphe exemple (figure 3.8a) signature modulaire sans boucle compresse en moyenne 72 signatures classiques. Les paires source/destination obtenant la moins bonne compression sont les paires 2/6, 2/7, 3/6 et 3/7. La compression obtenue est de 91,3% et le graphe quotient, sur lequel les signatures ont été calculées, est composé de 8 sommets et 36 arêtes. Les paires source/destination obtenant la meilleure compression sont les paires 1/8 et 1/9. La compression obtenue est de 99,9% et le graphe quotient, sur lequel les signatures ont été calculées, est composé de 6 sommets et 14 arcs. Dans le cas des signatures compressées avec boucle, nous calculons 5780 signatures, ce qui correspond une compression globale de 94,4%. C’est-à-dire qu’une signature modulaire avec boucle compresse en moyenne 18 signatures classiques. Les paires source/destination obtenant la moins bonne compression sont les paires 2/10, 2/11, 3/10 et 3/11. La compression obtenue est de 81,7% et le graphe quotient, sur lequel les signatures ont été calculées, est composé de 9 sommets et 34 arcs. La paire source/destination obtenant la meilleure compression est la paire 1/5. La compression obtenue est de 99,7% et le graphe quotient, sur lequel les signatures ont été calculées, est composé de 5 sommets et 10 arcs. Sur ces expérimentations, on peut voir que la compression sans boucle produit environ quatre fois moins de signatures que la compression avec boucle. 3.3.3 Expérimentation sur des graphes réels L’expérimentation sur le graphe exemple a montré qu’il est possible d’obtenir une bonne compression des chemins en utilisant la décomposition modulaire. Cependant, cette méthode est très dépendante de la forme du graphe. Cette section présente les résultats obtenus en utilisant la décomposition modulaire sur des graphes utilisés par PIGA. Premièrement, nous nous intéressons aux graphes de flux utilisés pour la génération des signatures liées aux propriétés de confidentialité. En second, nous appliquons notre méthode sur un graphe de processus afin de tester les possibilités d’implémentation de notre méthode à d’autres propriétés. Graphes de flux Afin d’évaluer l’efficacité de notre méthode sur un cas réel, nous l’appliquons sur un graphe de flux existant. Ce graphe, composé de 411 sommets et 438 arcs, repré- sente les flux d’informations possibles sur une passerelle sous Gentoo utilisée lors d’un test de performance de PIGA-IDS sur un pot de miel [BRCTZ09]. L’objectif de ce pot de miel est de comprendre le comportement des utilisateurs considérés comme attaquants. L’arbre de décomposition obtenu possède une structure particulière : il est de hauteur 3 et tous ses modules, sauf un, sont des parallèles. De plus, sa racine 673.3. EXPÉRIMENTATION est un parallèle contenant un module premier et 297 sommets. La figure 3.12 repré- sente le sous-arbre du module premier, le sommet rose représente ce module et les sommets verts sont des modules parallèles. Ces modules parallèles peuvent refléter une logique sémantique. Par exemple, un parallèle contient system_u:object_r: shadow_t, user_u:object_r:shadow_t et root:object_r:shadow_t. Dans ce cas, la logique sémantique vient du fait que ces contextes représentent tous le fichier /etc/shadow. Le graphe de flux a été généré avec un mapping de 42 et nous avons utilisé l’algorithme 5 pour extraire les extrémités de l’arbre, car le graphe n’est pas connexe. Nous calculons le nombre de signatures générées pour les 6 paires source/destination présentes dans la table 3.2. Le graphe quotient obtenu le plus grand possède 346 sommets et 198 arcs. La première paire (p1) représente tous les moyens de changement de mot de passe de l’utilisateur, tandis que la paire p4 représente toutes les tentatives de l’utilisateur pour obtenir de l’information contenue dans le fichier shadow. Le contexte user_u:user_r:user_t est utilisé pour toutes les paires et seuls quatre contextes différents sont utilisés comme source ou destination. Parmi ces contextes, seul system_u:object_r:shadow_t appartient à un module. Ainsi, pour les paires p2, p3, p5 et p6, nous utilisons le graphe quotient non modifié pour calculer les signatures. Pour les deux paires restantes, le graphe quotient utilisé est composé de 27 sommets et 91 arêtes. On peut noter que le graphe quotient n’est pas propre, la ré-orientation du graphe quotient génère 10 arcs supplémentaires. Figure 3.12 – Décomposition du module premier du graphe de flux La table 3.3 présente le nombre de signatures non-compressées et compressées pour chaque paire ainsi que le taux de compression associé. Cette table indique que le nombre de signatures modulaires est de 6870 contre 152513 signatures non modulaires, soit un taux de compression globale de 95,5%. Une signature modulaire 683.3. EXPÉRIMENTATION p1: user_u:user_r:user_t --> system_u:object_r:shadow_t p2: user_u:user_r:user_t --> system_u:object_r:etc_t p3: user_u:user_r:user_t --> user_u:object_r:user_tmp_t p4: system_u:object_r:shadow_t --> user_u:user_r:user_t p5: system_u:object_r:etc_t --> user_u:user_r:user_t p6: user_u:object_r:user_tmp_t --> user_u:user_r:user_t Table 3.2 – Paires source/destination analysées p1 p2 p3 p4 p5 p6 Total Non-compressées 1 2 14006 85510 42756 10238 152513 Compressées 1 2 477 4026 2014 350 6870 ρs 0% 0% 96.6% 95.3% 95.3% 96.6% 95.5% Table 3.3 – Taux de compression pour le graphe de flux compresse donc, en moyenne, 22 signatures non-modulaires. Cette expérimentation montre, par ailleurs, qu’une signature modulaire compresse entre 2 et 717 signatures non-modulaires et comporte entre 1 et 3 modules. Certaines signatures, de longueur 4 et ne contenant qu’un seul module, peuvent compresser plusieurs centaines de signatures non-modulaires. La figure 3.13 montre le nombre cumulé de signatures calculées en fonction de leur longueur. Durant cette expérimentation, toutes les signatures sont calculées, que ce soit avec ou sans utilisation de la décomposition modulaire. Sur cette figure, on peut voir que les deux courbes ont le même comportement et que la longueur maximum des signatures est de 15 avec compression et de 17 sans compression. Certaines signatures non-modulaires plus longues sont donc compressées par des signatures modulaires de longueur inférieure. Nous avons étudié un autre graphe, mais un mapping de 42 rend ce graphe quasi-identique au graphe utilisé précédemment. On obtient alors le même nombre de signatures pour le graphe quotient. Nous avons donc descendu le mapping à 35 et calculé les signatures non-compressées et compressées allant de system_u: object_r:etc_t vers user_u:user_r:user_t. La table 3.4 représente les caracté- ristiques des graphes ainsi que le nombre de signatures non-compressées et compressées. Nous avons limité la longueur (k) à 6 pour les signatures non-compressées et à 8 pour les signatures compressées, car la machine de calcul ne dispose pas d’assez de mémoire pour aller au-delà. Il est difficile de donner un taux de compression pour cette expérience car l’ensemble des signatures n’a pas été généré. Sommets Arêtes Sign. non-compressées Sign. compressées k=6 k=6 k=8 Graphe 1 411 729 50060 16694 376681 Graphe 2 428 732 44435 12862 261181 Table 3.4 – Résultat du calcul de signatures avec un mapping de 35 693.3. EXPÉRIMENTATION 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Nombre de signatures non-modulaires Nombre de signatures modulaires Longueur des signatures Non-Modulaires Modulaires Figure 3.13 – Distribution cumulative des signatures en fonction de leur longueur Graphe de processus À la section 1.2, nous avons vu que le graphe d’interactions peut être dérivé en différents graphes. Le graphe de processus est obtenu en ne gardant que les arêtes étiquetées par une opération élémentaire de classe process. Le graphe de processus, que nous étudions ici, est composé 381 sommets et 21074 arêtes soit une densité de 15%. L’application de la décomposition modulaire génère un arbre possédant un module série comme racine. La table 3.5 montre que l’arbre de décomposition modulaire obtenu est plus profond et plus complexe que celui du graphe de flux. Au niveau 1, les feuilles sont des contextes de la forme *:sysadm_r:sysadm_t qui sont en rapport avec l’administrateur du système. Dans la mesure où celui-ci a tous les droits, ces contextes sont connectés à tous les autres. Le graphe quotient est très simple : il correspond à un graphe complet à 5 sommets. On peut noter que le module premier du niveau 4 contient 108 des 112 sommets du niveau 5. Pour la plupart des modules, les contextes qu’ils contiennent ont des similitudes. Par exemple, tous les contextes d’iptable appartiennent au même module. Il en va de même pour les contextes de mozilla, de ssh, de gcc_config, etc. Nous avons calculé le nombre des signatures entre system_u:system_r:sshd_t et user_u:user_r:user_t sur le graphe de processus en utilisant la décomposition modulaire. Ce calcul vise à définir tous les moyens de connexion à un utilisateur via ssh. Lors de cette expérimentation, nous avons extrait les sommets des extrémités en utilisant les deux algorithmes de la section 3.2. Les arbres de décomposition obtenus sont différents, donc les graphes quotients le sont également. Le graphe quotient généré suite à l’extraction par marquage de sommets comporte 53 modules séries, 13 modules parallèles et 46 contextes soient 112 sommets et 902 arêtes dont 89 ne sont pas propres. Le graphe quotient généré par modification de l’arbre est composé 703.4. SIMPLIFICATION PAR INCLUSION DE SIGNATURES Série Parallèle Premier Feuilles Racine 1 0 0 0 Niveau 1 0 1 0 4 Niveau 2 1 0 0 1 Niveau 3 0 1 0 17 Niveau 4 1 0 1 3 Niveau 5 51 12 0 49 Niveau 6 8 0 0 270 Niveau 7 0 0 0 37 Table 3.5 – Composition des niveaux de l’arbre de décomposition modulaire du graphe de processus de 52 modules séries, 13 modules parallèles et 50 contextes soient 115 sommets et 1515 arcs dont 92 ne sont pas propres. Sur le graphe d’origine, il n’était pas possible de calculer toutes les signatures de longueur 4 à cause d’un manque de mémoire. Ceci est une conséquence directe de la recherche de chemin dans les modules séries. En effet, elle génère de nombreuses signatures différentes. Sur le graphe quotient, il n’est pas possible de calculer toutes les signatures de longueur 5. En limitant la longueur à 4, nous obtenons 3546 signatures. Afin de pouvoir donner un taux de compression, nous restreignons le calcul aux signatures de longueur 3. Nous obtenons ainsi 190 signatures modulaires contre 1571 signatures non-modulaires. Ceci correspond à un taux de compression de ρs = 87.9%. Le module premier du niveau 4 étant dans un module parallèle, les sommets qui le composent ne sont pas reliés au reste du graphe. Les signatures entre deux contextes appartenant à ce module premier ne peuvent donc pas passer par des contextes qui n’y appartiennent pas. Les contextes system_u:system_r:sshd_t et user_u:user_r:user_t appartenant au module premier, nous avons recalculé les signatures en prenant uniquement le sous-graphe quotient contenu dans le module premier. Dans ce cas, le graphe initial est composé de 350 sommets et 5930 arcs contre 108 sommets et 506 arcs pour le graphe quotient. Nous avons ainsi pu monter jusqu’à 10 de longueur pour les signatures modulaires et 4 de longueur pour les signatures non-modulaires. Si l’on se limite à 4 de longueur, on obtient seulement 96 signatures modulaires contre 12130 non-modulaires soit un ratio de 99%. 3.4 Simplification par inclusion de signatures Dans ce qui précède, nous avons considéré les signatures pour chaque paire source/destination. Cependant, dans les cas réels, les propriétés de confidentialité mettent en jeu plusieurs paires de contextes potentiellement sensibles. Nous montrons comment prendre en compte cette spécificité dans cette section. Afin de réduire le nombre de signatures générées par PIGA, nous avons utilisé une seconde méthode : la suppression par inclusion. Si une signature est incluse dans une autre, la première sera complétée avant la seconde. Or, lorsque PIGA est en mode IPS, la dernière interaction permettant la complétion d’une signature est 713.4. SIMPLIFICATION PAR INCLUSION DE SIGNATURES Sans suppression par inclusion Avec suppression par inclusion Sign. ρs Taille ρm Sign. ρs Taille ρm Sans DM 152513 - 89,5Mo - 30107 80,3% 24.2Mo 73% Avec DM 6870 95,5% 3,4Mo 96,2% 2016 98,7% 1,3Mo 98,6% Table 3.6 – Comparaison du nombre de signatures et de la taille de la base suivant les combinaisons de méthode utilisés bloquée. Ainsi, la seconde signature ne pourra jamais être complétée car l’interaction finissant la première sera toujours bloquée. Le principe de cette méthode est donc de supprimer une signature s’il existe une autre signature qui est incluse dans la première. Cette méthode est utilisable avec ou sans la décomposition modulaire. Nous avons appliqué cette méthode lors de la génération de signatures du graphe de flux du pot de miel. La table 3.6 représente le nombre de signatures générées, le taux de compression ρs, la taille de la base de signatures générée et ρm. Ces résultats sont donnés pour chaque combinaison de méthodes possible : avec ou sans décomposition modulaire (DM) et avec ou sans suppression par inclusion. On peut observer que l’application de la suppression par inclusion seule divise le nombre de signatures générées par 5 et la taille la base par un peu moins de 4. L’utilisation de cette méthode, en plus de la décomposition modulaire, permet de diviser par plus de 3 le nombre de signatures et par plus de 2 la taille de la base comparée à l’utilisation seule de la décomposition modulaire. Cette expérimentation montre que la suppression par inclusion réduit de manière importante le nombre de signatures générées, ainsi que la taille de la base. 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Nombre de signatures non-modulaires Nombre de signatures non-modulaires avec inclusion Longueur des signatures Non-Modulaires Non-modulaires avec suppr. par inclusion Figure 3.14 – Distribution cumulative des signatures en fonction de leur longueur La figure 3.14 montre le nombre cumulé de signatures non-modulaires avec et 723.5. LIMITES D’UTILISATION sans suppression par inclusion en fonction de leur longueur. On peut noter que les deux courbes ont un comportement très proche jusqu’à 10 de longueur. En effet, à partir de ce palier, on peut voir que le nombre de signatures non-modulaires avec suppression par inclusion n’augmente quasiment plus. À partir de la longueur 13, toutes les signatures ont été calculées. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 500 1000 1500 2000 2500 Nombre de signatures modulaires Nombre de signatures modulaires avec inclusion Longueur des signatures Modulaires Modulaires avec suppr. par inclusion Figure 3.15 – Distribution cumulative des signatures en fonction de leur longueur La figure 3.15 représente le nombre cumulé de signatures modulaires avec et sans suppression par inclusion en fonction de leur longueur. On peut noter que les deux courbes ont un comportement très proche. La principale différence est que l’augmentation des signatures modulaires avec suppression par inclusion diminue à partir de la longueur 10 contre 13 pour les signatures modulaires simples. En effet, à partir de ce palier, on peut voir que le nombre de signatures non-modulaires avec suppression par inclusion n’augmente quasiment plus. A partir de la longueur 13, toutes les signatures ont été calculées. 3.5 Limites d’utilisation 3.5.1 Application de la décomposition modulaire L’application de la décomposition modulaire a pour effet de créer des boîtes noires dans les signatures. En effet, une fois une signature détectée, il est impossible de savoir, sans utiliser beaucoup de mémoire, comment les modules de cette signature ont été traversés. La gestion des boucles sur modules s’effectuant lors de la détection, le flux d’informations peut passer par de nombreux contextes entre le moment où il rentre dans un module et celui où il en sort. Ainsi, l’écriture de fichiers de log précis, 733.6. CONCLUSION décrivant les différentes étapes de l’attaque qui a été détectée, est impossible si la décomposition modulaire a été appliquée pour générer les signatures. 3.5.2 Suppression par inclusion La suppression de signatures par inclusion ne peut être utilisée que lorsque PIGA est en mode protection. En effet, en mode détection, les interactions terminant une signature n’étant pas bloquée, il est possible qu’une signature en incluant une seconde soit complétée. 3.6 Conclusion Les expérimentations effectuées nous montrent que les taux de compression obtenus grâce aux méthodes développées sont bons, que ce soit pour le nombre de signatures ou pour la taille de la base. Pour 6 propriétés de confidentialité générant une base de 90Mo contenant plus de 150000 signatures sur le système original, on obtient, en combinant les deux méthodes, une base de 1,3Mo contenant un peu plus de 2000 signatures. De plus, l’application de la décomposition modulaire permet d’obtenir des signatures plus longues, soit par le calcul de chemins plus longs dans le graphe, soit en étant représentées par des signatures modulaires. L’expérience sur le graphe de processus montre que l’application de décomposition modulaire peut s’appliquer à d’autres propriétés qu’à la confidentialité. Pour chaque propriété de confidentialité, le calcul de l’arbre de décomposition modulaire augmente le temps nécessaire au calcul des signatures. Cependant, lorsque toutes les signatures sont calculées en utilisant le système original, le temps de calcul est plus court en appliquant la décomposition modulaire car le graphe utilisé est plus petit. Il faut maintenant adapter le mécanisme de détection aux signatures modulaires afin d’évaluer les performances en terme de temps ainsi que la quantité de mémoire nécessaire à la gestion des modules lors de la détection. La forme de l’arbre de décomposition, composé de nombreux modules de petite taille, semble positive du point de vue de la mémoire nécessaire, comparée à des modules de grande tailles mais moins nombreux. 74Chapitre 4 Modification du système de détection 4.1 Introduction Le système de détection actuel est fait pour fonctionner avec des signatures nonmodulaires. Il peut donc être utilisé pour la base de signatures générée en appliquant uniquement la suppression par inclusion. En effet, cette base est un sous-ensemble cohérent de la base originale. Les signatures y appartenant possèdent donc la même forme que celles de la base originale et sont donc utilisables avec le système de détection actuel. Cependant, les signatures générées par application de la décomposition modulaire ne sont pas utilisables avec ce mécanisme de détection car elles possèdent des informations qui peuvent être traitées à un autre niveau : le module. Nous devons donc modifier celui-ci, afin qu’il puisse traiter les signatures résultant de l’application de la décomposition modulaire. Dans la section 4.2, nous présenterons les nouveaux cas engendrés par l’utilisation de la décomposition modulaire qu’il faudra traiter lors de la détection. Ces cas sont dus à la présence d’un ou plusieurs modules dans une signature et au fait que ces modules soient consécutifs ou non. Dans la section 4.3, nous décrirons les algorithmes de détection développés afin de gérer ces nouveaux cas. Nous analyserons leur complexité en temps et en espace. Enfin, nous définirons la notion d’équivalence entre deux systèmes de détection, puis nous prouverons que les algorithmes de détection développés sont équivalents à celui du système original. Cette équivalence s’entend en termes de détections de violations de propriétés de sécurité. Dans la section 4.4, nous décrirons les expérimentations mises en place afin d’évaluer les performances en termes de temps d’exécution et de consommation de mé- moire du nouvel algorithme de détection en fonction de la base de signatures choisie. Nous vérifierons également, sur un cas pratique, l’équivalence du nouveau système de détection avec celui d’origine. Enfin, dans la section 4.6, nous conclurons ce chapitre par une discussion autour de la manière de gérer les exceptions dans le nouveau système de détection. 754.2. NOUVEAUX CAS ENGENDRÉS PAR LES MÉTHODES DE COMPRESSION 4.2 Nouveaux cas engendrés par les méthodes de compression Les nouveaux cas engendrés par la compression des signatures sont uniquement liés à la décomposition modulaire. En effet, la suppression par inclusion élimine des signatures mais n’en modifie pas la forme. Son utilisation seule ne nécessite donc pas d’adaptation du mécanisme de détection. Le nouveau mécanisme doit pouvoir gérer les signatures modulaires. Dans cette section, nous verrons comment gérer les signatures contenant un module, en détaillant les différents cas induits par la pré- sence de ce module. Nous verrons également que le traitement d’un module s’adapte à la gestion de plusieurs modules non-consécutifs. La gestion des signatures possédant des modules consécutifs sera présentée dans la section 4.5. Elle n’est pas implémentée dans notre algorithme de détection. En effet, elle nécessite une analyse fine de tous les cas possibles, leur nombre augmentant avec le nombre de modules présents consécutivement. De plus, elle n’est pas nécessaire. En effet, en « cassant » certains modules d’une signature possédant des modules consécutifs, on obtient une signature sans module consécutif, qui peut donc être traitée par notre algorithme. Le but de l’analyse présentée dans cette section, est de définir le moyen d’être sûr que lorsqu’un comportement malicieux est détecté, la signature levant l’alerte correspond bien à ce comportement. 4.2.1 Analyse des nouveaux cas Dans cette section, nous traitons une propriété de confidentialité du contexte d envers de le contexte s, c’est-à-dire qu’il ne doit pas y avoir de flux d’informations de s vers d. Pour les différents cas présentés ici, nous analyserons la signature suivante, correspondant à la propriété traitée : S1 = s → 1 → Module M → d M = {x, y, z} Nous souhaitons déterminer les scénarios qui mèneront à la levée d’une alerte par cette signature et ceux qui le font pas. Dans ce dernier cas, si le flux d’informations présenté viole la propriété de confidentialité, nous identifions la signature détectant la violation. Gestion d’un module La traversée d’un module présent dans une signature, sans prendre en compte les boucles, est le cas le plus simple. Afin de vérifier si une trace complète une signature, il faut s’assurer que le flux d’informations va bien du sommet source au sommet destination. Nous concentrons l’étude pour les flux qui traversent le module avec une ou deux interactions possibles avant et après le module. En effet, les autres cas géné- raux (signatures longues) peuvent être décomposés en utilisant une des situations suivantes. 764.2. NOUVEAUX CAS ENGENDRÉS PAR LES MÉTHODES DE COMPRESSION Voici une liste des cas qu’il faut traiter pour la signature ci-dessus. Pour chaque cas, nous étudierons le flux d’informations d’une trace. 1. Le cas classique : Trace 1 s → 1 1 → x x → d Sur cette trace, on entre dans le module M par le sommet x, puis on sort par le même sommet. Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d et correspond à la signature. La propriété est violée et la signature S1 doit être complétée. Trace 2 s → 1 1 → x y → d Pour cette trace, on entre dans le module M par le sommet x mais on sort par le sommet y. Le flux d’informations ne passe donc pas du sommet s au sommet d. Ceci représente le seul cas de levée de fausse alerte. La propriété n’est pas violée, la signature S1 ne doit pas être complétée. 2. Le cas du backtrack : Trace 3 s → 1 1 → x 1 → z z → d Sur cette trace, on entre dans le module M par x, puis par z et on sort par le sommet z. Ainsi, le flux d’informations va bien du sommet s vers le sommet d en passant par le sommet z, et correspond à la signature. La propriété est violée et la signature S1 doit être complétée. Gestion des boucles sur module Dans la section 3.2, nous avons vu que, lors de la génération, nous n’autorisons pas les boucles sur les modules. Cependant, il est possible de passer plusieurs fois par un module, en passant par des sommets différents à chaque passage. Nous devons donc gérer les boucles sur module durant la détection. 774.2. NOUVEAUX CAS ENGENDRÉS PAR LES MÉTHODES DE COMPRESSION 1. Le cas classique : Trace s → 1 1 → x x → a a → y y → d Le tableau ci-dessus présente une trace appliquée à la signature utilisée pour le cas précédent. Ici, on sort du module par un sommet différent de celui par lequel on est entré. Cependant, l’information a circulé du sommet d’entrée x au sommet de sortie y via le sommet a. s → 1 → x → a → y → d s → 1 → Module M → a → Module M → d Si l’on remplace les sommets x et z par le module M dans la trace, on peut voir que la trace boucle sur le module. En supprimant la boucle de la trace, on obtient la signature voulue. Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d en respectant la signature. La propriété est violée et la signature S1 doit être complétée. 2. Le cas du cycle : Pour étudier le cas du cycle, nous considérons la signature, correspondant également à la propriété traitée, suivante : S2 = s → 1 → Module M → 2 → 3 → d M = {x, y, z} Trace s → 1 1 → x x → 3 3 → y y → 2 2 → 3 3 → d Ici, on effectue une boucle sur le module en passant par le sommet 3. Ce sommet apparaît déjà dans la signature. Voici le flux d’informations correspondant à la trace : s → 1 → x → 3 → z → 2 → 3 → d Le flux d’informations va du sommet s au sommet d. La propriété est donc violée. Si on analyse ce flux, on se rend compte qu’il comporte un cycle sur le 784.2. NOUVEAUX CAS ENGENDRÉS PAR LES MÉTHODES DE COMPRESSION sommet 3. Le système de génération de signature original ne peut pas générer cette signature. Si l’on supprime ce cycle, la signature non-modulaire obtenue est la suivante : S3 = s → 1 → x → 3 → d La signature modulaire correspondante est donc : S ′ 3 = s → 1 → Module M → 3 → d Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d mais ne correspond pas à la signature S2. La propriété est violée. Cependant, la signature S2 ne doit pas être complétée. La détection de ce comportement malicieux est dévolue à la signature modulaire S ′ 3 . 4.2.2 Gestion théorique Pour illustrer les premiers cas de la gestion théoriques, nous considérons la signature S1 définie dans la section précédente. Gestion d’un module 1. Le cas classique : Grâce aux exemples de trace de la section précédente, on peut voir qu’il est nécessaire de mémoriser le sommet d’entrée d’un module, afin de s’assurer que le flux d’informations traverse le module. Trace 1 Sommet d’entrée Atteint par le flux 1 s → 1 – s, 1 2 1 → x x s, 1, x 3 x → d – s, 1, x, d Pour la trace 1, le flux atteint le sommet d car lors de l’interaction x → d, le sommet x est le sommet d’entrée du module M. Trace 2 Sommet d’entrée Atteint par le flux 1 s → 1 – s, 1 2 1 → x x s, 1, x 3 y → d x s, 1, x Pour la trace 2, le flux n’atteint pas le sommet d car lors de l’interaction y → d, le sommet y n’est pas le sommet d’entrée du module M. 2. Le cas du backtrack : Pour gérer le cas du backtrack, il est nécessaire de mémoriser le sommet précé- dant le module, nommé prédécesseur, afin de traiter les interactions qui entrent de nouveau dans celui-ci par un autre sommet. 794.2. NOUVEAUX CAS ENGENDRÉS PAR LES MÉTHODES DE COMPRESSION Trace 3 Prédécesseur Sommet d’entrée Atteint par le flux 1 s → 1 – – s, 1 2 1 → x 1 x s, 1, x 3 1 → z 1 x, z s, 1, x, z 4 z → d – – s, 1, x, z, d Pour cette trace, le sommet 1 est mémorisé comme prédécesseur de module et le sommet x et z sont tous les deux mémorisés comme sommet d’entrée. Ainsi le flux d’informations peut sortir du module par un de ces sommets. Du point de vue de l’implémentation, il est donc nécessaire de mémoriser les sommets par lesquels on entre dans un module mais également le sommet précédant le module. Une fois que le flux d’informations a atteint le sommet suivant le module, les informations mémorisées ne sont plus nécessaires. Elles peuvent donc être supprimées de la mémoire. Gestion des boucles sur module 1. Le cas classique : Afin de gérer les boucles sur modules, il faut être capable de déterminer, dans le module, les sommets atteints par le flux d’informations à partir de l’entrée. Pour cela, nous utilisons un système de contamination. Lors de la traversée d’un module, un sommet peut être contaminé de deux façons. Premièrement, si le flux induit d’une interaction a pour source le sommet précédant le module, et, pour destination, un sommet y appartenant, alors le sommet destination est contaminé. Deuxièmement, si le flux induit d’une interaction a pour source un sommet déjà contaminé, alors le sommet destination est contaminé. Il n’est cependant pas possible de contaminer un sommet présent dans la signature. Enfin, si le flux induit d’une interaction a pour source, un sommet contaminé appartenant au module, et, pour destination, le sommet suivant le module, alors on sort du module et on supprime de la mémoire la liste des sommets contaminés. Trace Prédécesseur Sommets contaminés 1 s → 1 – – 2 1 → x 1 x 3 1 → y 1 x, y 4 z → b 1 x, y 5 x → a 1 x, y, a 6 a → d 1 x, y, a 7 a → z 1 x, y, a, z 8 z → d – – La table ci-dessus présente l’évolution de la contamination sur le module M, pour une trace sur la signature présentée lors de la section précédente. On peut voir que le sommet x (resp. y) est contaminé lorsque l’on entre dans le module lors de l’interaction 2 (resp. 3). La quatrième interaction ne contamine pas b car z n’est pas contaminé, tandis que la cinquième contamine a à partir 804.2. NOUVEAUX CAS ENGENDRÉS PAR LES MÉTHODES DE COMPRESSION de x qui est déjà contaminé. L’interaction 6 complète un flux d’informations de s vers d. Cependant, cette interaction ne finit pas la signature S1, car, si a est contaminé, il n’appartient pas au module. Une autre signature lèvera une alerte pour cette violation. De plus, cette interaction ne contamine pas 3, car il apparaît dans la signature. Lors de la septième interaction, a contamine z. Enfin, la dernière interaction sort du module et complète la signature, car z est contaminé et appartient à M. 2. Le cas du cycle : Pour gérer le cas du cycle, il suffit, avant de contaminer un sommet, de vérifier qu’il n’apparaît pas dans la signature. La signature étudiée est la suivante : S2 = s → 1 → Module M → 2 → 3 → d M = {x, y, z} Trace Prédécesseur Sommets contaminés 1 s → 1 – – 2 1 → x 1 x 3 x → 3 1 x 4 3 → z 1 x 5 z → 2 1 x 6 2 → 3 1 x 7 3 → d 1 x Le sommet x est contaminé lors de l’entrée dans le module par le sommet 1. La troisième interaction ne contamine pas 3, car il apparaît dans la signature. La quatrième interaction ne contamine pas z, car 3 n’est pas contaminé. Les interactions restantes ne font pas progresser la signature car z n’est pas contaminé. La gestion des boucles sur un module implique une augmentation de la mémoire nécessaire pour le système de détection, car celui-ci doit stocker les informations de contamination. Cependant, la mémoire utilisée est récupérée directement après être sortie du module. De plus, plus le nombre et la longueur des boucles possibles sur un module sont grands, plus la compression obtenue par la présence de ce module est importante. Gestion des modules non-consécutifs Les mécanismes de gestion des différents cas présentés précédemment peuvent être utilisés pour gérer la présence de modules non-consécutifs. En effet, il existe au moins un contexte simple après chaque module. La traversée d’un module est ainsi validée lorsque ce contexte simple est atteint. Chaque module est donc géré indépendamment des autres. 814.3. MISE EN ŒUVRE ALGORITHMIQUE 4.3 Mise en œuvre algorithmique Dans cette section, nous étudierons les algorithmes de détection pour des signatures possédant un ou plusieurs modules non-consécutifs. Les boucles sur module ne sont gérées que par le second algorithme. La gestion des modules consécutifs n’est pas traitée et n’a pas été implémenté durant cette thèse. En effet, dans les cas concrets, elle ne s’avère pas nécessaire. Nous établirons ensuite la complexité en espace de ces algorithmes, ainsi que celle de l’algorithme de détection original. Enfin, nous prouverons l’équivalence, sous certaines conditions, des algorithmes de détection. 4.3.1 Algorithmes de détection Pour rappel, la fonction Pendante(S) pointe vers l’interaction pendante de la signature S. La fonction Suivant(S) renvoie l’interaction suivant l’interaction pendante de S. La fonction SourcePendante(S) (resp. DestPendante(S)) renvoie la source (resp. la destination) de l’interaction pendante de S. Enfin, la fonction Alerte(S, I) crée une alerte de complétion de la signature S par l’interaction I. L’algorithme 6 définit la fonction Avancer(ALERTES, S, I), prenant en paramètres un ensemble d’alertes, une signature ainsi qu’une interaction. Cette fonction gère l’avancement ainsi que la complétion des signatures. En effet, celle-ci remplace l’interaction pendante par celle qui la suit dans la signature et lève une alerte si cette signature est complétée. Lorsque qu’une signature est complétée, la dernière interaction de celle-ci reste pendante. Cette signature est en attente d’une nouvelle complétion. Algorithme 6 Fonction faisant avancer une signature : Avancer(ALERTES, S, I) Entrée: ALERTES un ensemble d’alertes levées, S une signature, I une interaction Sortie: ALERTES et S 1: si Suivant(S) = ∅ alors 2: ALERTES ← ALERTES ∪ Alerte(S, I) 3: sinon 4: Pendante(S) ← Suivant(S) L’algorithme 7 implémente la procédure de gestion d’un module décrite dans la section précédente. Comme le système de détection original, il prend en paramètres une trace, c’est-à-dire un ensemble ordonné d’interactions, et une base de signatures. La sortie de cet algorithme est également l’ensemble des alertes levées par la complé- tion de signatures lors de l’analyse de la trace. La fonction Prédécesseur(S) pointe vers le contexte précédant le module actif de S. La fonction Entrée(S) pointe vers l’ensemble des contextes par lesquels on est entré dans le module actif de S. Enfin, rappelons qu’on considère que I ∈ S, si l’interaction I est une étape de la signature S. L’algorithme 7 permet de gérer le cas classique de traversée d’un seul module, ainsi que le cas du backtrack. Il va lire chaque interaction de la trace dans l’ordre, 824.3. MISE EN ŒUVRE ALGORITHMIQUE et, pour chaque signature incluant cette interaction, tester plusieurs situations. Tout d’abord, on récupère Src, la source de l’interaction pendante de S, et Dest, sa destination (ligne 4). Si l’interaction en cours est l’interaction pendante de la signature, alors celle-ci progresse (lignes 5 et 6). Sinon, si x fait partie des sommets par lesquels on est entré dans le module actif, que x appartient à la source de l’interaction pendante, et que y en est la destination, alors on sort du module et on supprime de la mémoire les informations qui ont permis de la traverser (lignes 7 à 10). Sinon, si y appartient à la destination de l’interaction pendante, on teste si x en est la source (lignes 11 et 12). Si tel est le cas, on entre dans le module : le prédécesseur est défini à x et y est ajouté à la liste des sommets d’entrée (lignes 13 à 15). Sinon, si x est le prédécesseur du module en cours et si y appartient à celui-ci, alors on est entré une nouvelle fois dans le module. Le sommet y est donc ajouté à la liste des sommets d’entrée (lignes 16 et 17). Algorithme 7 Algorithme de détection des signatures pouvant contenir des modules non-consécutifs Entrée: BASE un ensemble de signatures, TRACE un ensemble ordonné d’interactions Sortie: ALERTES l’ensemble des alertes levées par la complétion des signatures 1: ALERTES ← ∅ 2: pour tout interaction I(x → y) ∈ TRACE faire 3: pour tout signature S ∈ BASE telle que I ′ ∈ S faire 4: Src ← SourcePendante(S), Dest ← DestPendante(S) 5: si Pendante(S) = I alors 6: Avancer(ALERTES, S, I) 7: sinon si x ∈ Entrée(S) et x ∈ Src et y = Dest alors 8: Avancer(ALERTES, S, I) 9: Prédécesseur(S) ← ∅ 10: Entrée(S) ← ∅ 11: sinon si y ∈ Dest alors 12: si x = Src alors 13: Avancer(ALERTES, S, I) 14: Prédécesseur(S) ← x 15: Entrée(S) ← {y} 16: sinon si Prédécesseur(S) = x et y ∈ Src alors 17: Entrée(S) ← Entrée(S) ∪ {y} L’algorithme 8 implémente la procédure de gestion des boucles sur module dé- crite dans la section précédente. Comme le système de détection original, il prend en paramètres une trace et une base de signatures, et a pour sortie l’ensemble des alertes levées par la complétion de signatures lors de l’analyse de la trace. La fonction Contaminé(S) pointe vers l’ensemble des contextes contaminés lors de l’exploration du module actif de S. L’algorithme 8 permet de gérer les boucles sur module ainsi que le cas du cycle. 834.3. MISE EN ŒUVRE ALGORITHMIQUE Comme pour l’algorithme 7, il va lire chaque interaction de la trace dans l’ordre et tester plusieurs situations pour chaque signature. La seule évolution vient de la gestion des sommets contaminés (sommets d’entrée dans l’algorithme 7). Ici, un sommet devient contaminé quand on entre à nouveau dans le module, mais également lorsque la source de l’interaction en cours d’analyse est déjà contaminée (lignes 15 et 16). Algorithme 8 Algorithme de détection des signatures gérant les boucles sur module Entrée: BASE un ensemble de signatures, TRACE un ensemble ordonné d’interaction Sortie: ALERTES l’ensemble des alertes levées par la complétion des signatures 1: ALERTES ← ∅ 2: pour tout interaction I(x → y) ∈ TRACE faire 3: pour tout signature S ∈ BASE telle que I ′ ∈ S ou x ∈ Contaminé(S) faire 4: Src ← SourcePendante(S), Dest ← DestPendante(S) 5: si Pendante(S) = I alors 6: Avancer(ALERTES, S, I) 7: sinon si x ∈ Contaminé(S) et x ∈ Src et y = Dest alors 8: Avancer(ALERTES, S, I) 9: Prédécesseur(S) ← ∅ 10: Contaminé(S) ← ∅ 11: sinon si y Ó= Dest et x = Src et y ∈ Dest alors 12: Avancer(ALERTES, S, I) 13: Prédécesseur(S) ← x 14: Contaminé(S) ← {y} 15: si x ∈ Contaminé(S) ou (Prédécesseur(S) = x et y ∈ Src) alors 16: Contaminé(S) ← Contaminé(S) ∪ {y} 4.3.2 Analyse de complexité Dans cette section, nous procéderons au calcul de complexité en temps et en espace, dans le pire des cas, pour l’algorithme de détection original (algorithme 2), celui gérant la présence de modules non-consécutifs (algorithme 7), et l’algorithme gérant les boucles sur module (algorithme 8). Pour cette analyse, nous utiliserons les notations suivantes : – t représente la taille de la trace, c’est-à-dire le nombre de lignes qu’elle comporte ; – s représente le nombre de signatures que la base comporte ; – n représente le nombre de sommets dans le graphe d’interactions utilisé lors de la génération de la base de signatures. – S représente la base de signatures. Pour le calcul des complexités en espace, on considère que la trace est un flux et qu’il n’y a qu’une ligne à la fois en mémoire. Les alertes sont également un flux, elles ne sont pas conservées en mémoire. De plus, la fonction Avancer, décrite dans l’algorithme 6, s’effectue en temps constant. 844.3. MISE EN ŒUVRE ALGORITHMIQUE Algorithme de détection original Dans la section 1.4, nous avons vu que la complexité en temps de l’algorithme 2 est en O(s.t) et que la complexité en espace est en O(S). Algorithme de détection gérant les modules non-consécutifs L’algorithme de détection gérant les modules non-consécutifs (algorithme 7) parcourt toutes les signatures, pour chaque ligne de la trace. Puis, à chaque étape, pour chacune des signatures, on peut soit faire avancer la signature, soit ne rien faire. Si, lors de l’avancée, on entre dans un module, il faut ajouter le contexte par lequel on entre dans le module à la liste d’entrée. Cet ajout se fait en temps constant. Si on sort du module, il faut vérifier que le contexte de sortie appartient bien à la liste d’entrée. Cette vérification est faite en temps constant. La complexité en temps de l’algorithme 7 est donc en O(s.t). Lors de son déroulement, cet algorithme conserve en mémoire toutes les signatures, leur avancement ainsi qu’une liste d’entrée pour les signatures étant entrées dans un module. L’avancement de chaque signature prend une place fixe en mémoire. Au pire des cas, la liste d’entrée d’une signature peut contenir tous les sommets exceptés les sommets source et destination de la signature. De plus, il est nécessaire de stocker l’arbre de décomposition modulaire de taille 2n − 1, au pire des cas. La complexité en espace de cet algorithme est donc, au pire des cas, S + s.n + 2n − 1, soit une complexité en O(S + s.n). Algorithme de détection gérant les boucles sur module L’algorithme de détection gérant les modules non-consécutifs (algorithme 8) parcourt toutes les signatures, pour chaque ligne de la trace. Puis, à chaque étape, pour chacune des signatures, on peut soit faire avancer la signature, soit contaminer un contexte, soit ne rien faire. Si, lors de l’avancée, on entre dans un module, il faut ajouter le contexte par lequel on entre dans le module à la liste de contamination. Cet ajout se fait en temps constant. Si on sort du module, il faut vérifier que le contexte de sortie est contaminé. Cette vérification est faite en temps constant. La contamination est un ajout à la liste de contamination. Elle s’effectue donc en temps constant. La complexité en temps de l’algorithme 8 est donc en O(s.t). Lors de son déroulement, cet algorithme conserve en mémoire toutes les signatures, leur avancement ainsi qu’une liste de contamination pour les signatures étant entrées dans un module. L’avancement de chaque signature prenant une place fixe en mémoire. Au pire des cas, la liste de contamination d’une signature peut contenir tous les sommets exceptés les sommets source et destination de la signature. De plus, il est nécessaire de stocker l’arbre de décomposition modulaire de taille 2n − 1, au pire des cas. La complexité en espace de cet algorithme est donc, au pire des cas, S + s.n + 2n − 1, soit une complexité en O(S + s.n). Lemme 6 Les algorithmes 7 et 8 ont une complexité en temps en O(s.t) et une complexité en espace en O(S + s.n). 854.3. MISE EN ŒUVRE ALGORITHMIQUE Les nouveaux algorithmes sont de même complexité en temps que l’algorithme original. Cependant, une base de signatures générée en utilisant la décomposition modulaire possède moins de signatures que la base équivalente générée par le système original. Les nouveaux algorithmes devraient donc avoir, pour une même trace et des bases de signatures équivalentes, un temps d’exécution inférieur à celui d’origine. Complexité Algo. original Algo. 7 Algo. 8 En temps O(s.t) O(s.t) O(s.t) En espace O(S) O(S + s.n) O(S + s.n) Les nouveaux algorithmes consomment, en théorie une quantité de mémoire supérieure de s.n par rapport à celle consommée par l’algorithme original. Cependant, une base de signatures générée en utilisant la décomposition modulaire est moins volumineuse que la base équivalente générée par le système original. De plus, toutes les signatures ne sont pas obligatoirement modulaires. Il est donc très probable que, dans la pratique, les nouveaux algorithmes consomment moins de mémoire que l’algorithme d’origine, pour une même trace et des bases de signatures équivalentes. 4.3.3 Équivalence des systèmes de détection Dans cette section, nous montrons que les deux systèmes de détection ont la même puissance de détection. Cette validation suppose que les deux bases sont complètes c’est-à-dire qu’elles contiennent exhaustivement toutes signatures possibles. Définition 27 (Équivalence des systèmes de détection) On dit que deux systèmes de détection sont équivalents, pour des bases de comportements équivalentes, si, pour toute trace, toute levée d’alertes dans un des systèmes induit au moins une levée d’alerte dans l’autre système au même instant. Théorème 7 Le système de détection de PIGA est équivalent à celui défini par l’algorithme 8 dans le cas où aucune signature de la base modulaire ne comporte plusieurs modules consécutifs. Preuve : Cette preuve se décompose en deux parties : 1. Un comportement détecté par le système de détection de PIGA est détecté par celui défini par l’algorithme 8 : Soit S une signature détectée par PIGA et S ′ = p(S) (p(S) est défini section 3.2.7). Pour S = s, x1, ..., xn, d nous avons donc S ′ = s, M1, ..., Mn, d où Mi est le module auquel appartient xi . – Soit ∀i, Mi = {xi} alors la signature n’est pas compressée. Elle est alors gérée par l’algorithme 8 de la même manière que par PIGA. Elle est donc détectée. – Soit ∀i Ó= j, Mi Ó= Mj alors la signature est compressée mais ne comporte pas de boucle sur module. La traversée des modules est alors gérée par la sauvegarde du sommet d’entrée. – Soit ∃i Ó= j,tel que Mi = Mj alors la signature comporte au moins une boucle sur module. Les boucles sur module sont alors gérées par le système de contamination. 864.4. EXPÉRIMENTATION 2. Un comportement détecté par le système de détection défini par l’algorithme 8 est détecté par celui de PIGA : Par construction, chaque détection de l’algorithme 8 correspond à une signature. Il est possible pour chaque détection de retrouver la signature détectée par PIGA correspondante. Des exemples sont présentés dans la section 4.2.  La base de signature de PIGA regroupe tous les comportements malicieux autorisés par le système MAC et son système de détection détecte toutes les signatures de cette base. Ainsi, PIGA détecte tous les comportements malicieux autorisés par le système MAC. Notre système de détection étant équivalent à celui de PIGA, il détecte, également, tous les comportements malicieux autorisés par le système MAC. 4.4 Expérimentation Les expérimentations présentées dans cette section ont été réalisées en Java, en utilisant le code original de PIGA, ainsi que de nouvelles classes développées lors cette thèse. Toutes les expérimentations ont été effectuées en mode rejeu de trace et les mesures de temps d’exécution et de consommation mémoire ont été faites directement sur la JVM. 4.4.1 Création d’un générateur de trace semi-aléatoire Afin de tester l’efficacité du nouveau système de détection, nous avons développé un générateur de trace semi-aléatoire. Ce générateur prend, en entrée, un graphe d’interactions ainsi qu’une table de mapping. Il renvoie un fichier de traces d’un nombre fixé de lignes, chacune représentant une interaction possible dans le système et autorisée par le mapping donné. Le générateur possède une liste de sommets activés. Au début, seul le sommet system_u:system_r:initrc_t est activé. À chaque étape de la génération, on choisit, aléatoirement, une arête du graphe représentant au moins une interaction autorisée par le mapping, et dont la source appartient à la liste des sommets activés. Ensuite, on sélectionne, aléatoirement, une interaction autorisée par le mapping parmi celles de l’arête choisie. Enfin, on ajoute le sommet destination de l’arête à la liste des sommets activés. On recommence ce processus jusqu’à avoir atteint le nombre de lignes souhaité. 4.4.2 Expérimentations sur un graphe d’interactions réel Le nouveau système de détection implémente l’algorithme 8. Les modules consé- cutifs ne sont donc pas gérés. Néanmoins, les bases de signatures, que nous avons gé- nérées lors des expérimentations sur le nouveau système de génération de signatures (section 3.3), ne comportent pas de signatures avec plusieurs modules consécutifs. Afin d’économiser de la mémoire, seul l’arbre de décomposition modulaire initial est utilisé lors de la détection. Ainsi, une des extrémités peut appartenir à un module 874.4. EXPÉRIMENTATION qui apparaît dans la signature. Pour gérer cela, lors de la traversée d’un module, on limite la contamination aux contextes qui ne sont pas présents dans la signature. Cette expérimentation a plusieurs objectifs. Premièrement, nous voulons vérifier l’équivalence du nouveau système de détection avec le système original. Deuxièmement, nous souhaitons mesurer le temps nécessaire à l’analyse d’une trace, afin de s’assurer que le nouveau système de détection ne peut pas ralentir le système sur lequel PIGA est installé. Finalement, nous voulons comparer la consommation de mémoire du nouveau système avec celle du système orignal. Ce dernier point est important car il correspond à l’objectif de cette thèse. Afin d’évaluer les performances du nouveau système de détection, nous l’exécutons sur plusieurs traces. Les trois mesures utilisées sont : le temps nécessaire pour analyser la trace, le nombre de comportements détectés et la mémoire maximale utilisée par le système de détection. Les traces sont créées grâce à notre générateur et font 100000 lignes. Les simulations ont été effectués pour quatre bases de signatures : 1. La base générée par le système original ; 2. La base générée par application de la décomposition modulaire ; 3. La base générée par application de la suppression par inclusion ; 4. La base générée par application de la décomposition modulaire et de la suppression par inclusion. Pour les bases 1 et 3, le système de détection original a été utilisé, tandis que, pour les bases 2 et 4, nous avons utilisé le système de détection implémentant l’algorithme 8. Évaluation d’équivalence Derrière la contrainte de l’équivalence des bases de signatures s’inscrit le souhait que l’IDS implémentant la décomposition modulaire détecte les mêmes attaques que le système original, sans lever de fausse alerte. Cependant, l’équivalence des bases de signatures n’est pas suffisant. Il est également nécessaire que les systèmes de détection soient équivalents. Dans la section précédente, nous avons prouvé que le système implémentant l’algorithme 8 est théoriquement équivalent au système de détection original. Cette expérimentation a pour but de vérifier cette équivalence dans la pratique. Pour cela, nous calculons le nombre d’alertes levées pour une même trace, pour chaque base de signature. Le tableau ci-dessous représente le nombre d’alertes levées pendant l’analyse deux traces différentes de 100000 lignes sur les quatre bases de signatures. Nombre de Alertes levées signatures Trace 1 Trace 2 Système original 152513 786 820 Avec DM 6870 441 458 Avec suppr. par inc. 30107 405 413 Avec DM et suppr. par inc. 2016 335 329 884.4. EXPÉRIMENTATION On peut noter que le nombre d’alertes levées est fortement diminué par la réduction de la base de signatures. Ceci semble prouver que nous n’avons pas d’équivalence des systèmes de détection. Cependant, on peut facilement expliquer ces différences d’alertes levées. Pour le système utilisant la décomposition modulaire, la diminution du nombre d’alertes s’explique par le fait que plusieurs signatures de la base originale peuvent être représentées par une seule signature modulaire. Ainsi, si plusieurs de ces signatures sont complétées par la même interaction, autant d’alertes seront levées par le système de détection original, tandis qu’une seule sera levée par le système utilisant la décomposition modulaire. Par exemple, nous prenons les deux signatures de la base originale, sur le point d’être complétées, suivantes : shadow_t → passwd_d → login_d → admin_d → bin_t → user_d shadow_t → passwd_d → ssh_d → admin_d → bin_t → user_d Ces signatures sont représentées par la signature modulaire suivante : shadow_t → passwd_d → module → admin_d → bin_t → user_d Ici, dans la cas du système original, si l’interaction bin_t → user_d est effectuée, les deux signatures de la base originale sont complétées. Deux alertes sont alors levées. Dans le cas du système utilisant la décomposition modulaire, la signature est complétée, mais une seule alerte est levée. Il est donc possible d’avoir moins d’alertes levées sans avoir moins de comportements malicieux détectés. Pour le système utilisant la suppression par inclusion, la diminution du nombre d’alertes levées s’explique par le fait que nous utilisons PIGA en mode IDS. Les interactions complétant une signature ne sont donc pas bloquées. Ainsi, il est possible qu’une signature soit complétée, et donc lève une alerte, alors qu’elle en inclut une autre. L’alerte ne sera pas levée par le système utilisant la suppression par inclusion car la signature complétée n’apparaît pas dans la base. Par exemple, nous prenons les deux signatures de la base originale suivantes : shadow_t → passwd_d → ssh_d → admin_d → bin_t shadow_t → passwd_d → ssh_d → admin_d → bin_t → user_d La première signature étant incluse dans la seconde, la base de signature générée en utilisant la suppression par inclusion ne contient que la première : shadow_t → passwd_d → ssh_d → admin_d → bin_t Ici, dans la cas du système original, si l’interaction bin_t → user_d est effectuée, la deuxième signature de la base originale est complétée. Une alerte est alors levée. Dans le cas du système utilisant la suppression, aucune signature n’est complétée. Il est donc possible d’avoir moins d’alertes levées. Cependant, les comportements non détectés ne peuvent pas être effectués si PIGA est en mode IPS. Afin d’évaluer l’équivalence des systèmes de détection, il ne faut donc pas comparer le nombre d’alertes levées mais les comportements détectés. Le tableau ci-dessous représente les différences de comportements détectés entre 894.4. EXPÉRIMENTATION chaque nouvelle base et la base originale. Pour chaque trace et chaque nouvelle base, il indique le nombre de comportements non-détectés par la nouvelle base mais détectés par la base originale (non-détectés) et le nombre de comportements détectés, en plus, par la nouvelle base mais non-détectés par la base originale (sur-détectés). Différences avec le système original Trace 1 Trace 2 Nondétectés Surdétectés Nondétectés Surdétectés Avec DM 0 0 0 0 Avec suppr. par inc. 381 0 407 0 Avec DM 206 0 250 0 et suppr. par inc. Tout d’abord, nous observons que, pour les deux traces et quel que soit le système de détection utilisé, aucune alerte « sur-détectés » n’est levée. Les comportements acceptés par le système original sont donc acceptés par les nouveaux systèmes. De plus, le système utilisant uniquement la décomposition modulaire ne lève aucune alerte « non-détectés ». Tous les comportements détectés par le système original sont donc détectés par le système utilisant la décomposition modulaire. Pour les systèmes de détection appliquant la suppression par inclusion, on observe qu’un grand nombre d’alertes « non-détectés » sont levées. Ceci semble prouver que nous n’avons pas équivalence des systèmes de détection. Cependant, toutes les alertes « non-détectés » obtenues incluent une signature détectée précédemment par le système original, ainsi que ceux utilisant la suppression par inclusion. Ces « nondétectés » apparaissent donc uniquement car PIGA est utilisé en mode IDS. Cette expérimentation permet de vérifier, dans un cas pratique, que les systèmes de détection utilisant la décomposition modulaire ou la suppression par inclusion sont équivalents au système original. Pour le système utilisant uniquement la dé- composition modulaire, cette équivalence est vraie quel que soit le mode dans lequel PIGA est utilisé. Quant aux systèmes utilisant la suppression par inclusion, l’équivalence n’est valable que si PIGA est utilisé en mode IPS. Évaluation du temps d’exécution Le temps mis par PIGA pour analyser une ligne de trace est un paramètre très important dans l’évaluation de son efficacité et surtout de sa viabilité. En effet, il est inconcevable que PIGA mette un temps trop important à vérifier qu’une opération ne complète pas une signature. Cette vérification étant effectuée à chaque appel système, un temps de réponse trop élevé engendrerait une chute importante des performances globales observées par un utilisateur. Le but cette thèse est de diminuer la taille de la base de signature, afin d’éviter des ralentissements du système dus à la mémoire utilisée. Il serait donc problématique que la compression opérée implique une augmentation du temps de réponse de PIGA et donc des ralentissements. 904.4. EXPÉRIMENTATION Le tableau ci-dessous représente le temps nécessaire pour analyser deux traces différentes de 100000 lignes, ainsi que le gain par rapport au système original. L’analyse a été lancée cinq fois pour chaque base et chaque trace. Les temps inscrits dans le tableau sont une moyenne des cinq temps obtenus. Nombre de Trace 1 Trace 2 signatures Temps (en s) Gain Temps (en s) Gain 1 Système original 152513 46,422 - 40,557 - 2 Avec DM 6870 17,476 62,4% 13,487 66,7% 3 Avec suppr. par inc. 30107 12,427 73,2% 9,449 76,7% 4 Avec DM 2016 11,125 76% 8,976 77,9% et suppr. par inc. La première chose que l’on peut noter est que, quelle que soit la méthode de réduction de la base de signatures utilisée, le temps d’exécution est inférieur à celui utilisant la base originale. Ceci peut facilement s’expliquer par le fait que la complexité en temps des algorithmes de détection dépend principalement du nombre de signatures. En effet, la plus grande des bases de signatures réduites possède 30000 signatures contre 150000 pour la base originale. Pour la base la plus petite, correspondant à un taux compression à 98,6%, le temps nécessaire à l’analyse d’une trace est réduit de 76% pour la trace 1 et de 78% pour la trace 2. Cependant, les temps des bases 2 et 3 montrent que le temps d’exécution ne dépend pas que du nombre de signatures. La base 2 possède environ quatre fois moins de signatures que la base 3, mais elle prend environ 50% de temps en plus à analyser. Ceci montre que le traitement de la traversée des modules implique une augmentation du temps d’exécution. On peut expliquer cette augmentation par le fait que, dans le cas de la base 2, on traite non seulement les signatures possédant l’interaction en cours d’analyse, mais également les signatures ayant un module en cours de contamination. Cette expérimentation montre aussi que la réduction de la base de signature réduit significativement le temps d’exécution du système de détection. De plus, on note que la gestion des modules implique une augmentation de ce temps. Cependant, cette augmentation n’est pas suffisamment importante pour contrebalancer la diminution due à la taille de la base. Ainsi, l’application de la décomposition modulaire et de la suppression par inclusion permet, en plus de réduire la taille de la base de signatures, de diminuer le temps d’analyse d’une trace. Enfin, on note que les gains ne varient pas significativement en fonction de la trace analysée. Évaluation de la consommation de mémoire La mémoire utilisée, lorsque le système de détection est actif, est un des problèmes majeurs de PIGA. En effet, afin que l’utilisation de PIGA soit viable, il est nécessaire qu’il ne consomme pas une trop grande quantité de la mémoire du système qu’il doit sécuriser. Une trop grande consommation de mémoire aurait pour incidence une diminution des performances du système sécurisé. Le but de cette thèse est de diminuer la taille de la mémoire utilisée par PIGA lors de la détection. Nous avons 914.4. EXPÉRIMENTATION vu, dans la section 3.4, que la taille de la base de signatures, est largement réduite par l’utilisation de la décomposition modulaire ou de la suppression par inclusion. Cette expérimentation a pour but de vérifier que la mémoire nécessaire au traitement de ces nouvelles bases, et notamment des modules, ne contrebalance pas le gain sur la taille de la base. Les données, stockées en mémoire lors de la détection, peuvent être séparées en deux parties. Premièrement, il existe une partie fixe qui ne dépend pas des signatures ni de leur nombre. Cette partie contient notamment le graphe d’interactions et, dans le cas de l’utilisation de la décomposition modulaire, l’arbre de décomposition modulaire. Ainsi, la partie fixe du système original est la même que celle du système utilisant uniquement la simplification par inclusion. Deuxièmement, il existe une partie variable qui est constituée principalement des signatures ainsi que de la table associant à chaque interaction les signatures l’impliquant. Nous pouvons faire deux remarques sur ces parties. Premièrement, la partie fixe est plus volumineuse si on utilise la décomposition modulaire. Ceci est dû au fait qu’il est nécessaire de stocker l’arbre de décomposition modulaire. Deuxièmement, la partie variable est très dépendante des signatures. Elle est donc proportionnelle à la taille de la base de signatures. Le tableau ci-dessous représente la quantité de mémoire utilisée pour analyser deux traces différentes de 100000 lignes, ainsi que le gain par rapport au système original. L’analyse a été lancée cinq fois pour chaque base et chaque trace. Les quantités de mémoire inscrites dans le tableau sont une moyenne des cinq quantités obtenues. Taille de Trace 1 Trace 2 la base (en Mo) Mémoire (en Mo) Gain Mémoire (en Mo) Gain 1 Système original 89,5 564,1 - 544,52 - 2 Avec DM 3,4 340,1 39,7% 311,58 42,8% 3 Avec suppr. par inc. 24,2 238,4 57,7% 242 55,6% 4 Avec DM 1,3 186,2 67% 164,66 69.8% et suppr. par inc. Les résultats obtenus sur la consommation de mémoire sont équivalents à ceux sur le temps d’exécution. La quantité mémoire utilisée est inférieure à celle utilisée par le système original, quelles que soient les méthodes utilisées pour réduire la base de signatures. De plus, l’utilisation de la suppression par inclusion seule permet un meilleur gain que l’utilisation de la décomposition modulaire seule. On peut également noter que la trace analysée a un impact plus important sur les systèmes utilisant la décomposition modulaire. En effet, pour le système 1 (resp. 3), la différence de mémoire utilisée entre les deux traces est de 3,5% (resp. 1,5%). Tandis, que pour le système 2 (resp. 4), la différence est de 8,4% (resp. 11,6%). Ceci peut s’expliquer par le fait que, lors des processus de contamination, le nombre de sommets à mémoriser peut différer suivant la trace analysée. Cette expérimentation montre que, quelle que soit la méthode de réduction de la base de signatures utilisée, la consommation de mémoire du système de détection est significativement réduite. On note également que l’utilisation de la décomposition 924.5. GESTION DE MODULES CONSÉCUTIFS modulaire, pour réduire la base, induit une augmentation de la mémoire nécessaire au système de détection à cause de la gestion des modules. Cependant, cette augmentation n’est suffisamment importante pour contrebalancer la diminution due à la taille de la base. Enfin, nous avons pu observer que la trace analysée peut avoir un impact sur la mémoire consommée par les systèmes de détection utilisant la décomposition modulaire. 4.5 Gestion de modules consécutifs Dans la section 4.2, nous n’avons pas analysé les cas induits par la présence de modules consécutifs dans une signature, car leur traitement n’est pas nécessaire. En effet, il possible de « casser » certains modules afin que ce type de signatures ne contiennent plus de modules consécutifs. Ces signatures seront donc traitées par l’algorithme 8 présenté dans la section 4.3. Cette méthode a l’inconvénient d’augmenter le nombre de signatures générées et, ainsi, de réduire la compression de la base des signatures. Cette section pré- sente une analyse préliminaire de quelques cas induits par la présence de modules consécutifs. Nous ne nous intéressons ici aux signatures contenant uniquement deux modules consécutifs. De nouveaux cas apparaissent avec l’augmentation du nombre de modules présents consécutivement. 4.5.1 Analyse des nouveaux cas La présence de plusieurs modules de manière de consécutive dans une signature est le cas le plus complexe à gérer. La principale difficulté vient du fait que les modules soient directement les uns à la suite des autres. En effet, la présence de plusieurs modules séparés par un ou plusieurs contextes simples se gère de la même manière que la présence d’un module seul. Il faut uniquement répéter le processus pour chaque module. Voici une liste des cas qu’il faut traiter pour la signature cidessous. Cette liste est non-exhaustive. Il existe d’autres cas où un comportement est détecté par une signature, alors qu’il correspond à une autre signature. S3 = s → 1 → Module M1 → Module M2 → d M1 = {x, y, z}, M2 = {u, v, w} 1. Le cas de la traversée des deux modules sans boucle : s → 1 1 → x x → v v → d Pour cette trace, on sort de chaque module directement après y être entré et par le même sommet. Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d en respectant la signature. La signature doit être complétée. 934.5. GESTION DE MODULES CONSÉCUTIFS 2. Le cas des boucles : s → 1 1 → x x → a a → y y → u u → b b → v v → d Pour cette trace, on effectue une boucle sur chaque module avant d’en sortir. Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d, en respectant la signature. La signature doit être complétée. 3. Le cas du backtrack : s → 1 1 → x x → u 1 → z z → v v → d Pour cette trace, on traverse le module M1 par le sommet x et on entre dans M2 par le sommet u. Ensuite, on traverse de nouveau M1 par le sommet z, puis on traverse M2 par le sommet v. Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d en respectant la signature. La signature doit être complétée. 4. Le cas de contournement : s → 1 1 → x x → u 1 → v v → d Sur cette trace, on entre dans le module M1 par le sommet x et on entre dans M2 par le sommet u. Puis, on entre une nouvelle fois dans le module M2 mais sans être passé par le module M1. Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d mais ne correspond pas à la signature. La signature ne doit pas être complétée. C’est le rôle de la signature s → 1 → M2 → d. 944.5. GESTION DE MODULES CONSÉCUTIFS 5. Le cas du pont : s → 1 1 → z z → w 1 → x x → a a → v v → d Sur cette trace, on entre dans le module M1 par le sommet z et on entre dans M2 par le sommet w. Ensuite, contrairement au cas du contournement, on passe bien par le module M1, puis par le module M2. Cependant, entre les deux modules, on passe par le sommet a. Le flux d’informations va bien du sommet s au sommet d mais ne correspond pas à la signature. La signature ne doit pas être complétée. C’est le rôle de la signature s → 1 → M1 → a → M2 → d. 4.5.2 Gestion théorique 1. Le cas classique : Ce cas se gère de la même manière que le cas classique avec un seul module. On peut supprimer de la mémoire, le sommet d’entrée d’un module lorsque l’on entre dans le suivant. Trace Entrée M1 Entrée M2 1 s → 1 – – 2 1 → x x – 3 x → v – v 4 v → d – – 2. Le cas des boucles : Ce cas se gère de la même manière que les boucles sur un seul module, par contamination. Cependant, lorsque que l’on entre dans un module qui n’est pas le premier de la signature, il faut mémoriser tous les sommets du module précédent comme prédécesseurs. Trace Prédécesseurs Sommets contaminés 1 s → 1 – – 2 1 → x 1 x 3 x → a 1 x, a 4 a → y 1 x, a, y 5 y → u x, y, z u 6 u → b x, y, z u, b 7 b → v x, y, z u, b, v 8 v → d – – 954.5. GESTION DE MODULES CONSÉCUTIFS 3. Le cas du backtrack : Afin de gérer les backtracks, il est possible d’utiliser le système de contamination, mais en conservant en mémoire les sommets contaminés des modules précédents. Ainsi, les modules consécutifs sont considérés comme un seul métamodule qui s’agrandit au fur et à mesure qu’on avance dans la signature. Le méta-module s’agrandit lorsque qu’une interaction fait passer le flux d’informations du dernier module du méta-module au module suivant. Le méta-module devient alors l’union de lui-même et du module nouvellement atteint par le flux d’informations. Trace Prédécesseur Sommets contaminés Méta-module 1 s → 1 – – – 2 1 → x 1 x M1 3 x → u 1 x, u M1 ∪ M2 4 1 → z 1 x, u, z M1 ∪ M2 5 z → v 1 x, u, z, v M1 ∪ M2 6 v → d – – – 4. Le cas du contournement : Lors d’un backtrack sur des modules consécutifs, le système de gestion des backtracks autorise un contournement des modules traversés. Dans l’exemple de la section précédente, le module M2 a été atteint. Il est donc inclus dans le méta-module. Or, lorsqu’un sommet est dans le méta-module, il peut être contaminé par le sommet précédant les modules (ici le sommet 1). Pour éviter que les contournements ne soient considérés comme des complétions de signature, il faut vérifier que, pour chaque transfert dont la source est le pré- décesseur, la destination appartienne au premier des modules consécutifs. Trace Prédécesseur Sommets contaminés 1 er module Méta-module 1 s → 1 – – – – 2 1 → x 1 x M1 M1 3 x → u 1 x, u M1 M1 ∪ M2 4 1 → v 1 x, u M1 M1 ∪ M2 5 v → d – – – – 5. Le cas du pont : Le problème du pont vient du fait que tous les modules ayant été atteints par le flux sont considérés comme un seul méta-module. Or, suite à un backtrack, il devient possible de passer d’un module à l’autre via un sommet intermédiaire, ce qui ne correspond pas à la signature. Il est donc nécessaire de s’assurer qu’on peut entrer dans un module, qui n’est pas le premier des modules consécutifs, uniquement par un sommet du module précédent. Ainsi, un sommet appartenant à un module ne peut être contaminé que par un sommet qui est dans la liste de sommets contaminés de son module, ou par un sommet contaminé du module précédent. 964.6. GESTION DES EXCEPTIONS Trace Prédécesseur Contaminés M1 Contaminés M2 Méta-module 1 s → 1 – – – – 2 1 → z 1 z – M1 3 z → w 1 z w M1 ∪ M2 4 1 → x 1 z, x w M1 ∪ M2 5 x → a 1 z, x, a w M1 ∪ M2 6 a → v 1 z, x, a w M1 ∪ M2 7 v → d 1 z, x, a w M1 ∪ M2 Lors de la détection, la gestion de deux modules consécutifs demande des ressources mémoire supplémentaires pour stocker toutes les informations de contamination. Contrairement à la gestion d’un seul module, ces informations peuvent rester longtemps en mémoire et, ainsi, diminuer les performances du système. Cet effet s’accentue si le nombre de modules consécutifs est important. Une analyse plus poussée est donc nécessaire afin de vérifier que le gain en compression, dû à la présence de modules consécutifs, n’est pas contre-balancé par cette consommation mémoire. Les problèmes engendrés par la présence de modules consécutifs correspondent au fait qu’une signature détecte une violation de propriété censée être détectée par une autre signature. La seule conséquence à cela est la levée de multiples alertes pour une même attaque détectée. Nous ne sommes donc pas dans le cas d’une attaque non-détectée ou d’une fausse alerte. Leur non-traitement engendrerait donc une absence de correspondance entre le comportement détecté et la signature levant l’alerte. Cependant, l’équivalence en terme de détections de violations de propriétés de sécurité serait conservée. Néanmoins, le traitement des modules consécutifs est nécessaire si l’on souhaite mettre en place une gestion fine des exceptions. 4.6 Gestion des exceptions Le système de détection original de PIGA permet de définir des exceptions. Ces comportements correspondent à une violation de propriété de sécurité, mais les alertes les concernant sont ignorées lors de la détection. De plus, si PIGA est en mode IPS et, si toutes les alertes levées par une interaction concernent des exceptions, alors l’interaction n’est pas bloquée. Actuellement, les exceptions sont définies dans un fichier chargé par le système de détection. Le comportement est donc représenté dans la base de signatures. Dans le système original, une signature correspond à un seul comportement. Il est donc facile de définir une exception. En effet, il suffit de spécifier l’identifiant de la signature correspondant au comportement et, si une alerte concernant cette signature doit être levée, elle n’est pas prise en compte. L’utilisation de la décomposition modulaire ou de la suppression par inclusion implique différents problèmes liés à la gestion des exceptions. 974.6. GESTION DES EXCEPTIONS Décomposition modulaire Lors de la génération de la base signatures, l’utilisation de la décomposition modulaire permet de compresser plusieurs signatures du système original en une signature modulaire. Ainsi, une signature modulaire ne représente plus un comportement mais plusieurs. Si un comportement est représenté par une signature modulaire, il n’est donc plus possible de définir une exception concernant uniquement celui-ci : soit l’exception s’applique à tous les comportements représentés par la signature modulaire, soit aucun comportement n’est considéré comme une exception. De plus, il est possible qu’un même comportement soit représenté par deux signatures différentes. Par exemple, il est possible, en utilisant le principe des boucles sur module que deux signatures incluant les deux même modules représentent le même comportement. Soit deux modules : M1 = {x, y, z}, M2 = {u, v, w} Dans le comportement suivant, on remplace les contextes par le module auquel ils appartiennent : 1 → x → 2 → u → 3 → y → 4 → v → 5 Le comportement modulaire obtenu possède alors deux contextes qui apparaissent deux fois. Il faut supprimer les cycles afin d’obtenir la signature représentant ce comportement : 1 → M1 → 2 → M2 → 3 → M1 → 4 → M2 → 5 Il y a deux moyens de supprimer les cycles : – Soit on supprime le cycle sur M1 : 1 → M1 → 2 → M2 → 3 → M1 → 4 → M2 → 5 1 → M1 → 4 → M2 → 5 – Soit on supprime le cycle sur M2 : 1 → M1 → 2 → M2 → 3 → M1 → 4 → M2 → 5 1 → M1 → 2 → M2 → 5 Il y a donc deux signatures qui représentent le comportement : 1 → M1 → 4 → M2 → 5 1 → M1 → 2 → M2 → 5 Si l’on souhaite ajouter une exception pour un comportement représenté par plusieurs signatures modulaires, il faut ajouter une exception pour chacune des signatures le représentant. Il faut donc tout d’abord, obtenir l’ensemble des signatures représentant le comportement à ajouter aux exceptions. Ce problème apparaît avec la gestion des boucles sur module. Cependant, il devient plus important si l’on ajoute la gestion des modules consécutifs. En effet, dans la gestion de ces modules, la plupart des difficultés viennent du fait qu’une signatures détecte un comportement qu’elle ne représente pas. Il est donc nécessaire de traiter tous les cas problématiques induits par la présence de modules consécutifs, avant de pouvoir ajouter la gestion des exceptions. 984.7. CONCLUSION Suppression par inclusion La méthode de suppression par inclusion consiste à supprimer de la base les signatures qui incluent une autre signature de cette base. Cette méthode n’est utilisable que si PIGA est utilisé en mode IPS, car, dans ce cas, si une interaction complète la signature incluse, cette interaction est bloquée. Les signatures incluant la signature complétée ne peuvent donc jamais être complétées. Si l’on définit une signature comme étant une exception, la dernière interaction de cette signature n’est plus bloquée par le système de détection. Ainsi, les signatures incluant cette signature peuvent être complétées. Cependant, les exceptions étant définies après la génération de la base de signatures, celles-ci ne sont pas présentes dans la base. Les comportements qu’elles représentent ne peuvent donc pas être détectés, et ainsi permettre des violations de la politique de sécurité. Afin d’éviter ce problème, il est nécessaire de définir les exceptions lors de la gé- nération de la base de signatures. Les signatures ainsi définies comme des exceptions sont alors supprimées de la base avant l’application de la suppression par inclusion. 4.7 Conclusion Dans ce chapitre, nous avons tout d’abord étudié la manière d’utiliser les signatures générées par application de la décomposition modulaire. La possibilité d’effectuer des boucles sur module demande une gestion plus fine et plus gourmande en mémoire de la progression de chaque signature, lors de la détection. À partir de cette étude, nous avons mis au point un algorithme de détection permettant de gérer la présence de modules non-consécutifs et des boucles sur module. La complexité en temps de cet algorithme est en O(s.t) où s représente le nombre de signatures et t le nombre de lignes de la trace analysée. Sa complexité en espace est en O(S.n) où S représente la base de signatures et n le nombre de sommets du graphe d’interactions utilisé pour la génération de la base. Nous avons ensuite prouvé l’équivalence de notre nouveau système de détection avec le système de détection orignal de PIGA. Cette équivalence signifie que tout comportement détecté par PIGA sera détecté par notre système de détection et inversement. Pour les bases de signatures utilisant la suppression par inclusion, l’équivalence avec le système original est valable uniquement dans le cas où PIGA est utilisé en mode IPS. Les expérimentations effectuées montrent que l’application de la décomposition modulaire et de la suppression par inclusion permet de réduire, à la fois le temps et la mémoire nécessaires à la détection. La réduction de mémoire utilisée est inférieure à la compression obtenue sur la base de signature. Cependant, elle reste suffisante pour confirmer l’intérêt de l’utilisation de la décomposition modulaire et de la suppression par inclusion, lors de la génération de la base de signature. Ces expérimentations ont également permis de vérifier l’équivalence entre le nouveau système de détection et le système original. Enfin nous avons présenté deux améliorations possibles de notre système. Tout 994.7. CONCLUSION d’abord, la mise en place du traitement des modules consécutifs permettrait, théoriquement, d’améliorer la compression de la base de signature. Pour cela, il est nécessaire d’étoffer l’analyse présentée dans ce chapitre. Une seconde amélioration consiste à intégrer la gestion des exceptions. Chacune des méthodes de compression utilisée induit des problèmes pour gérer des exceptions précises. L’application de la décomposition modulaire rend difficile la possibilité d’isoler un comportement précis, si celui-ci est représenté par une ou plusieurs signatures modulaires. Il devient donc complexe d’ajouter des exceptions. Lors de l’utilisation de l’application de suppression par inclusion, l’ajout d’exceptions peut conduire à rendre non détectables, car étant considérés comme irréalisables, des comportements violant la politique de sécurité. 100Conclusion Durant cette thèse, nous nous sommes attachés à réduire la mémoire utilisée par PIGA, lorsque son système de détection est activé. La principale source d’utilisation de la mémoire est le stockage de la base de comportements violant la politique de sécurité définie pour PIGA. Ces comportements malicieux sont représentés par une base de signatures, chaque signature correspondant à un comportement. Les signatures étant générées à partir d’un graphe, nous avons cherché des méthodes de réduction de la base sur deux axes : réduire directement la base de signatures et réduire le graphe utilisé pour la génération de signatures. Le premier chapitre a exposé le fonctionnement général de PIGA et s’est attardé sur les systèmes de génération de signatures et de détection. Tout d’abord, nous avons présenté des notions classiques de sécurité, telles que les systèmes de prévention et détection d’intrusions, ainsi que les grandes familles de propriétés de sécurité. Puis, nous avons expliqué la manière dont PIGA utilise le système de contrôle d’accès mandataire, sur lequel il se greffe, afin de générer un graphe d’interactions représentant les actions autorisées sur le système d’exploitation. Nous avons alors détaillé comment PIGA utilise ce graphe pour générer les signatures, afin de créer une base de comportements violant les propriétés de sécurité décrites dans la politique. Pour cela, nous avons vu que PIGA génère différents graphes à partir du graphe d’interactions suivant le type des propriétés. Ensuite, nous avons décrit le système de détection de PIGA. Ce système fait progresser les signatures à mesure que des actions sont effectuées sur le système. Quand une signature est complétée, PIGA, suivant son mode de fonctionnement, bloque la dernière action ou lève une alerte. Enfin, nous avons défini la problématique de cette thèse : réduire la taille de la base de signatures. Pour cela, nous proposons deux approches. La première consiste à travailler directement sur les signatures en supprimant celles qui ne peuvent pas être complétées. La seconde consiste à réduire la taille du graphe d’interaction afin de diminuer le nombre et la taille des signatures. Pour cela, nous regroupons les sommets du graphe qui partagent le même comportement. L’outil de la théorie des graphes effectuant cette action se nomme la décomposition modulaire. Dans le deuxième chapitre, nous avons expliqué le fonctionnement de la décomposition modulaire. Nous avons tout d’abord rappelé les fondements théoriques de cet outil. Notamment, trois objets de la théorie des ensembles : les partitions, les familles partitives et les permutations factorisantes. À partir de cela, nous avons défini les notions de modules d’un graphe, d’arbre de 101CONCLUSION décomposition modulaire et de graphe quotient modulaire. L’intérêt de ce graphe est qu’il permet de diminuer la taille de notre graphe en limitant la perte d’information. Puis, nous avons vu les différents types de modules ainsi que les propriétés qui leurs sont associées. Nous avons ensuite analysé les algorithmes de décomposition modulaire orienté et non-orienté, ainsi que leur complexité en temps. Enfin, nous avons présenté quelques applications de la décomposition modulaire. Nous avons pu noter que l’on trouve de nombreuses applications sur des problèmes de la théorie des graphes, tels que les ensembles stables ou la coloration. Cependant, les applications sur des problèmes pratiques, telles que le dessin de graphe ou les réseaux d’interactions protéine-protéine, sont plus rares. Le chapitre 3 présente la première partie de notre contribution. Nous avons appliqué deux méthodes de réduction de la base de signatures : l’application de la décomposition modulaire sur le graphe d’interactions et la suppression par inclusion. Pour tester l’efficacité de nos méthodes, nous nous sommes concentrés sur les propriétés de confidentialité. Celles-ci génèrent le plus de signatures. Tout d’abord, nous avons établi les deux problèmes principaux de l’application de la décomposition modulaire. Le premier problème est que les différents graphes utilisés par PIGA ne donnent pas la même décomposition orientée. La génération des signatures utilisant plusieurs graphes par propriété, la décomposition modulaire orientée ne peut pas être utilisée. Pour résoudre ce problème, nous avons utilisé la décomposition modulaire non-orientée. Le second problème est que les extrémités des signatures n’apparaissent pas obligatoirement sur le graphe quotient modulaire. Nous avons donc présenté deux algorithmes permettant d’extraire des sommets de leur module, tout en gardant un graphe quotient aussi compact que possible. Ensuite, nous avons évalué l’efficacité de l’application de la décomposition modulaire sur la génération de signatures. Tout d’abord, nous avons calculé la compression théorique de la présence d’un module dans une signature, c’est-à-dire le nombre de signatures représentées par une signature modulaire. Puis, nous avons présenté plusieurs expérimentations. Pour la première, sur un graphe jouet, nous avons obtenu une compression moyenne de plus de 98% pour toutes les paires source/destination possibles. Pour la deuxième, nous avons travaillé sur un graphe de flux réel tiré d’un pot de miel utilisant PIGA. Nous avons obtenu une compression moyenne de plus de 95% pour six paires source/destination. Enfin, la troisième expérimentation a été effectuée sur un graphe de processus pour une seule paire. En limitant la longueur des signatures à 4, nous avons obtenu un taux de compression de 99%. Puis, nous avons évalué les performances de la suppression par inclusion. Le principe de cette méthode est de supprimer de la base toutes les signatures qui incluent une autre signature de la base. En effet, si le comportement représenté par cette dernière est bloqué, alors toutes les signatures qui l’incluent ne peuvent être complétées. Nous avons appliqué cette méthode seule et avec la décomposition modulaire sur le graphe de flux. Dans le premier cas, nous avons obtenu un taux de compression de 80%. Dans le second cas, le taux de compression obtenu est de plus de 98%. Enfin, nous avons discuté des limites d’utilisation de ces méthodes. L’application de la décomposition modulaire ne permet pas d’avoir une analyse précise des com- 102CONCLUSION portements violant la politique de sécurité. En effet, chaque module se comporte comme une boîte noire. La mémorisation du chemin qui le traverse nécessite une quantité de mémoire conséquente. Le suppression par inclusion se base sur le fait que la dernière interaction d’une signature est bloquée. Elle ne peut donc être utilisée que si PIGA est en mode IPS. Dans le cas contraire, les signatures supprimées peuvent être complétées sans que le système ne les détecte. Ce chapitre a mis en évidence que les méthodes proposées permettent de compresser, de manière efficace, une base de signatures. Le taux de compression est très dépendant de la forme du graphe. Cependant, les modules obtenus possèdent une cohérence sémantique. On peut donc supposer que les graphes utilisés par PIGA se prêtent bien à l’application de la décomposition modulaire. Il nous a ensuite fallu adapter le système de détection à la forme des nouvelles signatures. Le quatrième chapitre présente la deuxième partie de notre contribution : l’adaptation du système de détection de PIGA aux signatures modulaires. Les expérimentations, décrites dans ce chapitre, ont pour but de confirmer l’efficacité de nos mé- thodes de compression. En effet, le but initial de cette étude n’était pas de réduire le nombre de signatures, mais de réduire la mémoire nécessaire à PIGA lors de la détection. Il nous fallait obtenir un temps de réponse à chaque trace au plus égal à celui de l’ancien système. Tout d’abord, nous avons présenté une liste des nouveaux cas engendrés par la présence de modules dans les signatures. Nous avons analysé en détail les problèmes induits par la présence d’un module ou de plusieurs modules non-consécutifs. Pour chacune des cas, nous avons présenté les problèmes qui pouvaient apparaître, puis nous avons proposé une solution pour les gérer. Ensuite, nous avons décrit deux algorithmes de détection des signatures. Le premier permet de gérer certains des cas engendrés par la présence d’un module isolé, tandis que le deuxième permet de gérer tous les cas. Nous n’avons pas présenté d’algorithme gérant les modules consécutifs, car notre liste de cas les concernant n’était pas exhaustive. De plus, nous n’avons généré aucune signature possédant des modules consécutifs. Pour chacun de ces algorithmes, nous avons analysé leurs complexités en temps et en espace. Les deux nouveaux algorithmes ont une complexité en temps identique à l’algorithme original, c’est-à-dire en O(s.t). Leur complexité en espace est en O(S + s.n), tandis que l’algorithme orignal exécute en O(S). Nous avons ensuite prouvé l’équivalence des systèmes de détection. Afin de vérifier les performances du deuxième algorithme, nous avons mesuré ses performances grâce à des traces générées semi-aléatoirement. Les critères étaient : le nombre d’alertes levées, le temps d’exécution et la mémoire consommée. Nous avons comparé quatre bases de signatures différentes : la base originale, la base appliquant la décomposition modulaire, la base appliquant la suppression par inclusion et la base appliquant les deux méthodes. Tout d’abord, quelle que soit la base utilisée, les mêmes alertes ont été levées au même moment. Pour le temps d’exécution, nous avons noté une diminution de celui-ci. Cette diminution est plus forte si on utilise la suppression par inclusion. Les mêmes remarques ont été faites concernant la mémoire utilisée. Notre algorithme est donc plus efficace en temps et en mémoire consommée, tout en gardant la même efficacité en terme de détection de comportements 103PERSPECTIVES malicieux. Nous avons ensuite présenté une analyse préliminaire des cas problématiques induits par la présence de modules consécutifs dans une signature. Le traitement de ce type de signatures, s’il n’est pas nécessaire, peut, théoriquement, permettre d’augmenter la compression. Enfin, nous avons soulevé un problème lié à l’utilisation de la décomposition modulaire et de la suppression par inclusion. En effet, la gestion d’exception devient plus complexe si l’on utilise l’une ou l’autre de ces méthodes. Pour la première mé- thode, il devient difficile d’isoler un comportement d’une signature modulaire. Pour la seconde, si une signature incluse dans une autre est une exception, alors il ne faut pas supprimer cette dernière. L’étude effectuée durant cette thèse a obtenu de bons résultats. Sur le graphe flux et pour six paires source/destination, le fichier contenant la base de signatures a diminué de 98,6% en utilisant les deux méthodes de réduction. Lors de la détection, nous avons noté une diminution moyenne de plus 75% du temps d’exécution et une diminution moyenne de plus de 68% de la mémoire consommée. De plus, l’utilisation de ces méthodes ne diminue pas l’efficacité de PIGA en terme de détection de comportements malicieux. Enfin, notre système est encore améliorable tant d’un point de vue algorithmique que d’un point de vue de l’intégration à PIGA. Perspectives Suite à cette étude, des perspectives s’ouvrent sur trois axes : l’amélioration de l’intégration des méthodes de réduction à PIGA, l’amélioration des algorithmes utilisés et l’application de nos méthodes à d’autres problèmes. Améliorations de l’intégration à PIGA Actuellement, nos méthodes ne sont appliquées qu’aux propriétés de confidentialité avec quelques limitations. La première amélioration possible est d’appliquer nos méthodes de réduction aux autres propriétés de sécurité utilisées par PIGA. Les deux méthodes peuvent être appliquées de manière simple aux autres propriétés générant des signatures simples. Cependant, pour les propriétés générant des signatures composées, l’utilisation de nos méthodes est plus compliquée. En effet, la suppression par inclusion ne peut être utilisée que sur la dernière partie des signatures composées. La seconde amélioration consiste à intégrer la gestion des exceptions. L’ajout d’exceptions se fait actuellement en spécifiant à PIGA l’identifiant des signatures représentant les comportements à ignorer. Ce système a la particularité de permettre l’ajout d’exceptions a posteriori de la génération de signatures. Avec l’utilisation de la décomposition modulaire, une signature peut représenter plusieurs comportements. L’éclatement d’un ou plusieurs modules, afin d’isoler un comportement précis, demande de recalculer une partie de la base ce qui est assez contraignant. Une solution pourrait être d’ajouter une base de signatures représentant l’ensemble des comportements à ignorer. Les deux bases progresseraient alors en parallèle. 104PERSPECTIVES Améliorations algorithmiques Les systèmes de génération de signatures et de détection développés lors de cette thèse fonctionnent de manière efficace avec les données testées. Cependant, des optimisations ainsi qu’un élargissement du spectre des données traitables sont possibles. Actuellement, notre système de génération de signatures n’utilise qu’une partie de l’arbre de décomposition modulaire. En effet, seul le premier niveau de cet arbre est utilisé pour générer le graphe quotient. Lors de l’analyse de l’algorithme de décomposition modulaire non-orienté, nous avons observé qu’à la fin de la première itération de l’algorithme calculant la permutation, on obtient une décomposition modulaire où le sommet choisi comme centre est isolé. En choisissant ce centre comme une des extrémités des signatures, puis en faisant une seconde itération sur le module contenant l’autre extrémité en prenant celle-ci pour centre, on obtient alors une décomposition modulaire avec les deux extrémités isolées. En utilisant cette méthode, il n’est plus nécessaire de calculer une première fois la décomposition modulaire, puis de modifier l’arbre pour en extraire les extrémités. Pour le moment, le système de détection ne gère pas la présence de modules consé- cutifs dans une signature. Nous avons proposé des moyens de modifier ce type de signatures afin de ne plus avoir de modules consécutifs. Cependant, afin de conserver une compression optimale, il nous faut conserver ces signatures. Une amélioration de notre système serait de modifier l’algorithme de détection afin qu’il gère la présence de modules consécutifs. Cette modification nécessiterait un approfondissement de l’étude des cas problématiques induits par ce type de signature, présentée dans cette thèse. Applications Notre problématique initiale était de diminuer la mémoire nécessaire lorsque le système de détection de PIGA est actif. Rapidement, nous avons réduit ce problème à une diminution de la taille de la base de signatures générées par PIGA. Or, une signature est soit un chemin dans un graphe, soit une composition de plusieurs chemins. Les solutions proposées dans cette thèse sont donc des moyens de réduire le nombre de chemins entre deux sommets d’un graphe. Notre méthode d’application de la décomposition modulaire peut être appliquée à différents problèmes nécessitant une compression des chemins sur un graphe. Dans le cas d’un graphe orienté, une implémentation de l’algorithme de décomposition modulaire orienté est nécessaire. 105PERSPECTIVES 106Bibliographie [ABB+12] Z. Afoulki, A. Bousquet, J. Briffaut, J. Rouzaud-Cornabas, and C. Toinard. PIGA-Cloud : une protection obligatoire des environnements d’informatique en nuage. In NOTERE CFIP 2012, 2012. [AEKBT+05] A. Abou El Kalam, J. Briffaut, C. Toinard, M. Blanc, and L. Oudot. MIDS : Multi level Intrusion Detection System. In The 4th Conference on Security and Network Architectures, pages 145–155, 2005. [BBC+06a] M. Blanc, J. Briffaut, P. Clemente, M. Gad El Rab, and C. Toinard. A Collaborative Approach for Access Control, Intrusion Detection and Security Testing. In The 2006 International Symposium on Collaborative Technologies and Systems, Special Session on Multi Agent Systems and Collaboration, pages 270–278, 2006. [BBC+06b] M. Blanc, J. Briffaut, P. Clemente, M. Gad El Rab, and C. Toinard. 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Durant cette thèse, nous avons mis en place plusieurs méthodes pour réduire la mémoire nécessaire pour stocker les signatures, tout en préservant leur qualité. La première méthode présentée est basée sur la décomposition modulaire des graphes. Nous avons utilisé cet outil de la théorie des graphes pour réduire la taille du graphe et, ainsi, diminuer le nombre de signatures, ainsi que leur longueur. Appliquée à des propriétés de confidentialité sur un système servant de passerelle, cette méthode divise par 20 le nombre de signatures générées. La seconde méthode réduit directement la base de signatures en supprimant des signatures inutiles lorsque PIGA est en mode IPS. Appliquée sur les mêmes propriétés, cette méthode divise par 5 le nombre de signatures générées. En utilisant les deux méthodes, on divise le nombre de signatures par plus de 50. Ensuite, nous avons adapté le mécanisme de détection afin d’utiliser les nouvelles signatures géné- rées. Les expérimentations que nous avons effectuées montrent que notre système est équivalent à l’ancien système. De plus, nous avons réduit le temps de réponse de PIGA. Mots clés : détection d’intrusions, décomposition modulaire, compression, signatures, sécurité système Algorithmic approach for perfomance improvement of the intrusion detection system PIGA PIGA is a tool for detecting malicious behaviour by analysing system activity. This tool uses signatures representing illegal behaviours that violate security properties defined in the policy. The signatures are generated from graphs modelling the operation between different system entities and stored in the memory during the intrusion detection. The signature base can take up several MB (Megabytes). This will reduce system performance when the intrusion detection is running. During this thesis, we set up two methods to reduce the memory used to store the signatures while also preserving their quality. The first method is based on the modular decomposition of graphs. We used this notion of graph theory to reduce the size of the graph and lower the number and length of signatures. Applied to confidentiality properties on a gateway system, this method divides by 20 the number of generated signature. The second method reduces directly the signature base by deleting useless signatures when PIGA is used as an IPS. Applied to the same properties, this method divides by 5 the number of generated signatures. Using both methods together, the number of signatures is divided by more than 50. Next, we adapted the detection mechanism to use the new generated signatures. The experiments show that the new mechanism detects the same illegal behaviours detected by the previous one. Furthermore, we reduced the response time of PIGA. Keywords : intrusion detection, modular decomposition, compression, signatures, system security Laboratoire d’Informatique Fondamentale d’Orléans Bâtiment IIIA Rue Léonard de Vinci B.P. 6759 F-45067 ORLEANS Cedex 2 Contribution `a l’´etude des retours haptiques pour am´eliorer l’exp´erience audiovisuelle Fabien Danieau To cite this version: Fabien Danieau. Contribution `a l’´etude des retours haptiques pour am´eliorer l’exp´erience audiovisuelle. Human-Computer Interaction. Universit´e Rennes 1, 2014. French. HAL Id: tel-00951094 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00951094 Submitted on 24 Feb 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.ANNEE 2014 ´ THESE / UNIVERSIT ` E DE RENNES 1 ´ sous le sceau de l’Universite Europ ´ eenne de Bretagne ´ pour le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE RENNES 1 ´ Mention : Informatique Ecole doctorale Matisse ´ present ´ ee par ´ Fabien DANIEAU prepar ´ ee au centre Inria Rennes - Bretagne Atlantique ´ et a Technicolor R&I ` Contribution to the Study of Haptic Feedback for Improving the AudioVisual Experience These soutenue ` a Rennes ` le 13 Fevrier 2014 ´ devant le jury compose de : ´ Pr. Sriram SUBRAMANIAN Professeur a l’Universit ` e de Bristol / ´ President ´ Pr. Gery C ´ ASIEZ Professeur a l’Universit ` e de Lille 1 ´ / Rapporteur Pr. Abdulmotaleb EL SADDIK Professeur a l’Universit ` e d’Ottawa ´ / Rapporteur Pr. Alain BERTHOZ Professeur au College de France ` / Examinateur Dr. Anatole LECUYER ´ Directeur de Recherches chez Inria / Directeur de these ` Dr. Marc CHRISTIE Maˆıtre de Conferences ´ a l’Universit ` e de Rennes 1 ´ / Examinateur Dr. Philippe GUILLOTEL Chercheur Senior a Technicolor ` / Examinateur Dr. Julien FLEUREAU Chercheur Senior a Technicolor ` / ExaminateurA Fanny `Remerciements Tout d’abord je voudrais remercier Anatole L´ecuyer et Philippe Guillotel qui ont initi´e ce projet de th`ese et qui m’ont encadr´e pendant ces trois ans. J’ai pris beaucoup de plaisir `a travailler avec vous et j’ai ´enorm´ement appris `a vos cˆot´es. Comme vous me l’aviez dit au d´ebut, ces trois ans sont pass´es tr`es vite. Ce fut une exp´erience inoubliable, j’en garderai un excellent souvenir. Je remercie vivement Julien Fleureau, Nicolas Mollet et Marc Christie qui ont aussi activement encadr´e cette th`ese. Vos conseils et vos encouragements durant ces trois ann´ees ont ´et´e pr´ecieux et ont concr`etement permis l’aboutissement de ce travail. Je voudrais ´egalement remercier les membres du jury qui ont accept´e du juger mon travail et mon manuscrit. Je remercie ainsi Pr. G´ery Casiez et Pr. Abdulmotaleb El Saddik d’avoir accept´e d’ˆetre rapporteurs de mon manuscrit, et Pr. Alain Berthoz et Pr. Sriram Subramaniam d’avoir accept´e d’ˆetre examinateurs. Merci ´egalement pour vos commentaires pertinents sur mon travail et pour vos conseils. Merci `a toute l’´equipe Hybrid du centre Inria/IRISA et `a tous les membres des anciennes ´equipes VR4I et Bunraku. Merci de m’avoir accueilli, nous avons pass´e de super moments ensemble, aussi bien au laboratoire qu’en soir´ee. Merci `a Orianne Siret, Emmanuel Badier, Steve Tonneau, Ferran Argelaguet Sanz, Julian Joseph, Florian Nouviale, Jonathan Perrinet, Loiez Glondu, Gabriel Cirio, Thomas Lopez, K´evin Jordao, Jonathan Mercier-Ganady, Hui-Yin Wu, Teofilo Dutra, Carl-Johan Jorgensen, Rozen Bouville-Berthelot, J´erˆome Ardouin, Huyen Nguyen, Anne-H´el`ene Olivier et Julien Bruneau. Un merci particulier `a mes deux coll`egues de bureau Anthony Talvas et Merwan Achibet. Merci `a Nathalie Denis pour sa gentillesse et son aide. Merci `a toute l’´equipe de Technicolor R&I. J’y ai ´egalement re¸cu un accueil chaleureux et pass´e de tr`es bons moments. L`a encore il y a beaucoup de personnes `a remercier et je ne pourrai pas ˆetre exhaustif. Merci en particulier `a Mehmet T¨urkan, Martin Alain, Ronan Boitard, Matis Hudon et Mika¨el Le Pendu pour tout ce que l’on a partag´e ensemble. Merci `a l’´equipe exploratoire et aussi `a l’´equipe HMIUB qui m’a adopt´e sur la fin de ma th`ese, et o`u je suis heureux de rester pour continuer mes recherches. Je voudrais ´egalement remercier les stagiaires qui ont travaill´e avec moi sur ce projet de th`ese et qui m’ont grandement aid´e. Merci `a Audrey Cabec, J´er´emie Bernon et In`es Rouxel. 12 Remerciements J’aimerais remercier l’´equipe Flowers du centre Inria Bordeaux o`u j’ai fait mon stage de fin d’´etudes d’ing´enieur. C’est l`a que j’ai d´ecouvert et fais mes premiers pas en recherche. Merci `a Pierre-Yves Oudeyer et Pierre Rouanet de m’avoir accueilli, form´e et pouss´e `a continuer. Un grand merci `a Pierre et Matthieu Lapeyre d’avoir fait mille kilom`etres pour venir me voir. Merci `a tous mes amis que j’ai connus et laiss´es `a Bordeaux. Vous me manquez beaucoup et c’est toujours un plaisir de venir vous voir. Votre soutien et vos encouragements m’ont ´enorm´ement aid´e. Merci `a Fran¸cois Tessier, Marion Gimenez, Patrick Dos-Santos, Regis Cobrun et Fran¸cois B´egou. Merci `a mes nouveaux amis bretons, de souche ou de cœur. C’est avec joie que je reste en Bretagne avec vous o`u je suis sˆur que nous continuerons `a passer de bons moments. Merci `a Fabien Racap´e, Darya Khaustova, Anna Mateus, Simon Malinowski, Marco Bellaviqua et Youssef Alj. Je voudrais terminer en remerciant ma famille pour leur soutien depuis le d´ebut de mes ´etudes, mes parents Gilles et Sylvie, ma sœur Aur´elie et ma grand-m`ere Monique. Enfin, merci `a ma Fanny qui me soutient quotidiennement et grˆace `a qui j’en suis l`a aujourd’hui.Contents Remerciements 1 1 Introduction 11 1.1 Adding haptic feedback to audiovisual content: challenges and workflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2 Thesis objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.1 New haptic device dedicated to video viewing settings . . . . . . 13 1.2.2 New haptic rendering algorithm for haptic-audiovisual scenarios 14 1.2.3 New authoring tool for creating of haptic effects . . . . . . . . . 14 1.2.4 New haptic effects for enriching the haptic-audiovisual experience 14 1.3 Approach and contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.1 Part I - Rendering haptic effects: novel device and algorithms for rendering haptic effects in video viewing settings . . . . . . . . . 15 1.3.2 Part II - Producing haptic effects: tools and techniques for creating haptic-audiovisual content . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 Related work on haptic-audiovisuals 19 2.1 Production of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.1.1 Haptic effects for audiovisual content . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.1.2 Capturing haptic effects from the real world . . . . . . . . . . . . 21 2.1.3 Automatic extraction of haptic effects from audiovisual content . 22 2.1.3.1 Generation from visual content . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.3.2 Generation from audio content . . . . . . . . . . . . . . 24 2.1.3.3 Generation from metadata . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.1.4 Graphical creation tools for synthesizing haptic effects . . . . . . 25 2.1.4.1 Device-oriented effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.4.2 User-oriented effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2 Distribution of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1 Data formats for haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1.1 XML-based . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1.2 VRML-based . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2 HAV containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3 Rendering of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 56 Contents 2.3.1 Wearable devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.2 Handheld devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.3 Desktop devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.4 Haptic seats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.4 Quality of experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4.1 Subjective measures: questionnaires . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.2 Objective measures: physiological data . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.6 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 I Rendering Haptic Effects: Novel Device and Algorithms for Rendering Haptic Effects in Video Viewing Settings 45 3 HapSeat: simulating motion sensation with multiple force-feedback devices embedded in a seat 47 3.1 Related work on motion simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.1.1 Human motion perception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.1.2 Motion simulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2 HapSeat: a novel approach for simulating 6DoF motion . . . . . . . . . 49 3.3 Proof-of-concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.1 Prototype of the HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.2 Motion data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.3.3 Models for motion simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.3.1 Physical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.3.2 Geometrical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3.3.3 Output of the models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.3.4 Haptic Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.4 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.4.1 Sequences: haptic-audiovisual contents . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.4.2 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.4.3 Measurement of QoE: questionnaire . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.4.4 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.4.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.5 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4 Haptic rendering for HAV based on a washout filter 65 4.1 Washout filter for haptic rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.2 Proof-of-concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.1 Haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.2 Haptic device: the HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.3 Control model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.4 Washout filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.4.1 User’s body model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Contents 7 4.2.4.2 Perceptive optimizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.4.3 Workspace optimizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.5 Haptic rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2.6 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2.6.1 Perception thresholds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2.6.2 Performance evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.3.1 Experimental conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.3.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.5 Application to a full video sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.6 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 II Producing Haptic Effects: Tools and Techniques for Creating Haptic-Audiovisual Content 83 5 H-Studio: an authoring tool for adding haptic and motion effects to audiovisual content 85 5.1 The authoring tool: H-Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.1 Manual motion effect edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.1.1.1 Waypoint edition using a force-feedback device . . . . . 87 5.1.1.2 Trajectory recording from a force-feedback device . . . 87 5.1.2 Automatic creation of motion effect . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.1.2.1 Capture device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.1.2.2 Processing of the captured motion signals . . . . . . . . 89 5.1.3 Preview of motion effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2.1 Capturing test sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2.2 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.3 Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.4 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.2.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6 Toward haptic cinematography: enhancing movie experience with haptic effects based on cinematographic camera motions 99 6.1 Haptic cinematography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.1.1 Taxonomy of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.1.2 Camera effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.1.3 Haptic effects based on camera effects . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.2 Proof-of-concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.2.1 Audiovisual content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1038 Contents 6.2.2 Haptic device: the HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.2.3 Cinematic model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.2.4 Semantic model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.2.5 Haptic rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.3 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.3.1 Experimental plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.3.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.3.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.5 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7 Conclusion 115 A Haptic Effects Used in Chapter 4 (Washout Filter) 121 B Output of Cinematic and Semantic models 125 C Video Sequences Illustrating the Camera Effects 133 D R´esum´e Long en Fran¸cais 135 D.1 Partie I - Rendu d’effets haptiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 D.1.1 HapSeat: simulation de sensations de mouvement avec plusieurs appareils `a retour de force int´egr´es dans un si`ege . . . . . . . . . 137 D.1.1.1 HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 D.1.1.2 Impl´ementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 D.1.1.3 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 D.1.2 Rendu haptique pour des contenus haptique-audiovisuels bas´e sur un filtre perceptif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 D.1.2.1 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 D.1.2.2 Impl´ementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 D.1.2.3 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 D.2 Partie II - Production d’effets haptiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 D.2.1 H-Studio: un outil d’´edition pour ajouter des effets haptiques et de mouvement `a un contenu audiovisuel . . . . . . . . . . . . . . 141 D.2.1.1 H-Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 D.2.1.2 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 D.2.2 Cin´ematographie Haptique: am´eliorer l’exp´erience audiovisuelle avec des effets haptiques bas´es sur des mouvements de cam´era . 142 D.2.2.1 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 D.2.2.2 Impl´ementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 D.2.2.3 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 D.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Author’s publications 146Contents 9 Bibliography 156 List of Figures 157 List of Tables 15910 ContentsChapter 1 Introduction The sense of touch (haptics) in interactive systems has been particularly studied and appears to be a key factor in user immersion [Rei04]. Many haptic interfaces that enable the physical interaction with virtual or remote objects have been developed and evaluated in the past decades [BS02, HACH+04]. They were first used in virtual reality or teleoperation systems. Nowadays haptic technologies are used in various applications in medical, robotics and artistic settings. In contrast, the use of haptics in a multimedia context, in which haptic feedback is combined with one or more media such as audio, video and text, seems surprisingly underexploited. Yet, in 1962, Heilig introduced the Sensorama, a system where one could watch a 3D movie, sense vibrations, feel the wind and smell odors [Hei62]. Although the potential industrial impact of haptics for audiovisual entertainment seems to be important, research and technology remains essentially focused on improving image and sound. Only a few systems, known as “4D cinemas”, currently exploit this technology. However, the number of articles reporting the potential of haptic feedback for multimedia is increasing. O’Modhrain et al. have demonstrated that the benefits of haptic feedback observed in virtual reality, video games or telepresence are applicable to multimedia applications [OO03]. Haptic feedback increases user’s feeling of presence, of realism and user’s engagement in the application. Haptic feedback may also open new ways to experience audiovisual content. The relation between users and audiovisual content is no longer limited to a passive experience but could enable physical involvement in a more immersive experience [MTB06]. More than physical sensations associated to audiovisual content, the user could expect to receive a complementary piece of information or to intensify an emotion through haptic interaction. The combination of haptics and audiovisual content becomes the complete medium of haptic-audiovisual (HAV [EOEC11]) content. Worthy of study, HAV is thus becoming a new scientific field with its own specific requirements and challenges. The young field of study of HAV introduces new scientific issues. How can haptics be employed efficiently in conjunction with image and sound, and how can haptic feedback be created for this purpose? What kind of device is suitable for rendering haptic feedback in a viewing scenario (cinema or user living space, potentially shared)? 1112 Introduction Moreover, to what extent can haptics influence the video viewing experience? and how can the resulting quality of experience be evaluated? These issues are organized and studied in this manuscript. 1.1 Adding haptic feedback to audiovisual content: challenges and workflow The issues of adding haptic effects to audiovisual content can be organized within a workflow illustrated in Figure 1.1. Inspired from the typical workflow for videostreaming [WHZ+01], it comprises three stages: production, distribution and rendering. We use the term “haptic effect” to designate the use of a haptic feedback in audiovisual content, a generalization of the term employed in the specific context of video viewing [OO03, YAMS06, CES09]. Audiovisual media Haptic effects Capturing Synthesizing Automatic extraction Network Screen & Speakers Haptic devices Audiovisual renderer Haptic renderer Automatic extraction E N C O D E R E N C O D E R D E C O D E R D E C O D E R Figure 1.1: Workflow for adding haptic effects to audiovisual content. In this thesis, we consider haptic effects as a component of a multimedia content. Effects are typically: (i) produced, (ii) distributed and (iii) rendered in the user living space in parallel to the audiovisual content. The first stage in the workflow deals with the production of the content, i.e. how haptic effects can be created or generated in synchronization with the audiovisual content. Three techniques emerge from the literature: the capture and processing of data acquired from sensors, automatic extraction from a component of the audiovisual content (image, audio or annotations) and manual authoring of haptic effects. The second stage in the workflow deals with the distribution of haptic effects. Current technologies allow mass distribution of media over networks, so there is a strong requirement for haptic effects also to be distributable in this way. This raises questions on formalizing haptic effects. The synchronized transmission of haptic effects over networks is termed haptic broadcasting [CHK+09]. Finally, in the third stage, an encoded haptic effect is rendered on a specific haptic device and experienced by the user, while the audiovisual content is displayed on a screen and played on speakers. Haptic effects are converted into commands for the haptic device by the dedicated haptic renderer.Thesis objectives 13 A last main aspect, complementary to the workflow, is the evaluation of the user experience which cuts across production, distribution and rendering. The quality of experience (QoE) has several definitions [Jai04, Kil08] but can be defined in our context as the measure of the user’ subjective experience with an audiovisual content. Most interest to date has focused on the technical aspects of the three stages of the workflow, but there is also a clear necessity to measure the quality of haptic-enhanced audiovisual experiences. 1.2 Thesis objectives The work presented in this manuscript belongs to the recent field of study of hapticaudiovisuals (HAV). Numerous improvements of the three stages of the workflow (production, distribution and rendering of haptic effects) are required in order to make HAV a mature technology. At the time of starting this thesis, the aspect of formalization and transmission of haptic effects were partly studied and on the way to be standardized by the MPEG1 group. This stage will not be considered in this work. This thesis focuses therefore on the two stages of production and rendering of haptic effects. Four points will be addressed in particular (see Figure 1.2): (1) designing a new device dedicated to audiovisual viewing, (2) improving the haptic rendering for haptic-audiovisual scenarios, (3) simplifying the creation of haptic effects thanks to a new authoring tool, and (4) enriching the taxonomy of haptic effects with dedicated cinematographic effects. These four objectives are detailed in the following sections. Audiovisual media Haptic effects Capturing Synthesizing Automatic extraction Network Screen & Speakers Haptic devices Audiovisual renderer Haptic renderer Automatic extraction E N C O D E R D E C O D E R Figure 1.2: Overview of the four objectives and main contributions of the thesis. 1.2.1 New haptic device dedicated to video viewing settings Numerous haptic interfaces have been designed for virtual reality, teleoperation or gaming purposes [BS02, HACH+04], but few exist to enhance a video viewing session. 1 ISO/IEC Moving Picture Experts Group14 Introduction Moving seats, designed for amusement parks or “4D cinemas”, provide strong effects of motions, vibrations or water sprays. But these cumbersome devices are not really adapted to traditional movie theaters or a user’s living space. More popular devices are those embedding vibrating motors, such as gamepads or mobile phones. But the range of sensations they provide is quite limited. Therefore a real need for devices providing a wide range of sensations while remaining simple, comfortable, robust and adapted for a classical video viewing experience appears. 1.2.2 New haptic rendering algorithm for haptic-audiovisual scenarios In typical haptic rendering algorithms, the haptic feedback is computed from the interaction between the user and the simulation [SCB04]. When the user touches a virtual object, the reaction force is computed and rendered on the haptic device. The haptic rendering is performed continuously during the simulation. In a context of hapticaudiovisual applications, haptic effects may have been designed by content creators to be triggered at specific moments in the audiovisual content (synchronized to sounds effects, movement of a character, explosions, etc.) [WRTH13, Kim13]. Such effects are designed independently from a specific device (and its constraints) and may occur in a noncontinuous way. Classical haptic rendering algorithms are not suitable in this context. New algorithms need to be developed to handle the transitions between effects and to adapt the haptic feedback to the workspace of the device. 1.2.3 New authoring tool for creating of haptic effects The creation of haptic effects is often a manual process achieved by providers of hardware for “4D cinemas” [DBO, MED]. Effects are added on top of existing audiovisual content. These effects are not designed by the creators of audiovisual content and thus not fully integrated as part of the media. But the authoring of haptic effects is a complex task and few editors exist. For example, creating a 6DoF2 effect of motion requires the edition of multiple parameters (usually three translational accelerations and three angular speeds). Therefore user-friendly tools are needed to design and add haptic effects to videos, similar to those used by movie-markers to design sound or visual effects during the (post-)production of audiovisual content. 1.2.4 New haptic effects for enriching the haptic-audiovisual experience In virtual reality or teleoperation applications, haptic feedback allows the users to touch what they see. The first approaches combining haptics and audiovisual follow this principle (although there is no actual interaction with a video) [OO04, LLC+05, GMS06]. But an audiovisual content may represent more than physical events. Emotion or information can also be conveyed (with romantic movies or documentaries for instance). Then the traditional use of haptic feedback would be quite limiting while haptics has 2Degrees of FreedomApproach and contributions 15 the potential to convey more than physical sensations [MTB06]. New ways of combining haptics and audiovisual have to be studied in order to enrich the taxonomy of haptic effects. 1.3 Approach and contributions This manuscript describes the work we carried out in order to address the four objectives: designing a new device dedicated to video viewing settings, improving the haptic rendering for haptic-audiovisual scenarios, simplifying the creation of haptic effects thanks to a new authoring tool, and enriching the taxonomy of haptic effects with dedicated cinematographic effects. We first present in Chapter 2 the related work on haptic-audiovisuals. The key challenges of the field are detailed, and previous works for producing, distributing and rendering haptic effects are reviewed. Then the current techniques and metrics to evaluate the user haptic-audiovisual experience are described. The following chapters are dedicated to the scientific contributions we proposed. They are gathered in two parts: Part I describes contributions related to the rendering of haptic effects and Part II details contributions related to the production of haptic effects. We have used a user-centered approach and we have designed metrics to measure the quality of experience. Our contributions were systematically evaluated in this thesis. 1.3.1 Part I - Rendering haptic effects: novel device and algorithms for rendering haptic effects in video viewing settings The rendering of haptic effects is a key challenge to enhance the video viewing experience. In this last stage of the HAV workflow, haptic effects are delivered to the end-user while the audiovisual content is displayed. The haptic feedback provided depends thus on the capabilities of the haptic device used. As explained in Section 1.2.1, there is a lack of devices rendering rich haptic feedback in consumer environment. In Chapter 3 we propose a novel device to render haptic effects in a video viewing scenario. More particularly we focus on the rendering of the sensation of motion. Motion simulators moving the whole user’s body are quite expensive and cumbersome for a classical video viewing experience. Hence we introduce a new device, the HapSeat, in which the sensation of motion is provided by the stimulation of three points of the user’s body (head and hands). A proof-of-concept has been designed and uses three low-cost force-feedback devices. Two control models have been implemented. A user study has been conducted to evaluate the relevance of this concept and the impact of the different models on the quality of experience. Haptic effects can be created independently of a haptic device and may occur in a noncontinuous way during the display of the audiovisual content. The haptic rendering needs to adapt the haptic effects to the workspace of the device used, and has to handle16 Introduction the transitions between effects. Classical haptic rendering algorithms are not suitable in this context. In Chapter 4 we propose a new haptic rendering algorithm for hapticaudiovisuals. We introduce the use of washout filters for force-feedback devices. The principle of a washout filter is to move a device toward the center of the workspace under the user’s perception threshold. This technique is well-known for the control of traditional motion simulators. As the whole user’s body is moving, the perception threshold is determined by the capabilities of the human vestibular system. This approach is however not applicable for the force-feedback devices, including the HapSeat, which stimulates the human kinesthetic system. We thus propose to rely on a biomechanical model to compute the user’s perception thresholds. Based on this technique, we optimize the haptic rendering, allowing the generation of multiple effects of motion. A user study was also conducted to quantify the benefits of this washout filter on the quality of experience. Evaluations were performed in order to characterize the user’s perception of this washout filter, and a study on an actual haptic-audiovisual movie was conducted to generalize these results. 1.3.2 Part II - Producing haptic effects: tools and techniques for creating haptic-audiovisual content The second part of the manuscript is focused on the production of haptic effects. Our approach is to consider haptics as a new medium, equivalent to image and sound. Therefore we propose several techniques to design and associate haptic effects to audiovisual content. In Chapter 5 we present new methods for editing haptic and motion effects. The design of motion effects is particularly challenging due to the 6DoF which all have to be set at a time. Thus we propose three different methods: two manuals methods using a force-feedback device as input and one automatic method to capture motion effects during the recording of a video sequence. These methods were implemented in a new authoring tool: the H-Studio. Besides we introduce a new feature to preview motion effects thanks to a force-feedback device. This way the haptic designer can preview the amplitude of the effects, the dynamic of the sequence and the synchronization of the effects with the video. Eventually a user study has been conducted to evaluate the preview of the captured motion effects. Few haptic-audiovisual systems have been described in the literature, but it appears that haptic effects are mainly used to make the audience feels physical events happening in a video. This approach is similar to the use of haptic feedback in virtual reality applications. However we believe that haptics could be combined to other aspects of an audiovisual content in a same way that sound in movies can be related to physical events (sound effects) or to the ambiance (music). In line with this observation, we introduce in Chapter 6 the concept of Haptic Cinematography which presents haptics as a new dimension in the creation space for filmmakers and we propose a taxonomy of haptic effects. We detail in particularApproach and contributions 17 new haptic effects coupled with classical cinematographic camera motions to enhance video viewing experience. More precisely we propose two models to render haptic effects based on camera motions. The first model makes the audience feel the motion of the camera and the second provides haptic metaphors related to the semantics of the camera effect. A user study has been conducted to evaluate the impact of these haptic effects on the quality of experience. Finally Chapter 7 provides conclusions and perspectives of the work presented in this manuscript.18 IntroductionChapter 2 Related work on haptic-audiovisuals Contents 2.1 Production of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.1.1 Haptic effects for audiovisual content . . . . . . . . . . . . . . 20 2.1.2 Capturing haptic effects from the real world . . . . . . . . . . 21 2.1.3 Automatic extraction of haptic effects from audiovisual content 22 2.1.4 Graphical creation tools for synthesizing haptic effects . . . . 25 2.2 Distribution of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.1 Data formats for haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2.2 HAV containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3 Rendering of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.1 Wearable devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3.2 Handheld devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.3 Desktop devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.4 Haptic seats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.4 Quality of experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4.1 Subjective measures: questionnaires . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.2 Objective measures: physiological data . . . . . . . . . . . . . 40 2.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.6 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Haptic technology has been widely employed in applications ranging from teleoperation and medical simulation to art and design, including entertainment, flight simulation, and virtual reality. Today there is a growing interest among researchers in integrating haptic feedback into audiovisual systems. A new medium emerges from this effort: haptic-audiovisual (HAV) content. 1920 Chapter 2 The aim of this chapter is to survey the results obtained in this young field of research and identify its key challenges. We build on the workflow for adding haptic effects to visual audiovisual content to detail contributions related to its three main stages (see Figure 2.1). Firstly, haptic effects are produced thanks to dedicated tools and techniques, reviewed in Section 2.1. Secondly, haptic effects are formalized and combined to audiovisual contents in order to be distributed to end-users, potentially through streaming platforms. Various models and formalizations for the distribution are presented in Section 2.2. Thirdly, haptic effects are rendered by dedicated haptic interfaces. Section 2.3 offers an overview of the wide range of published renderers classified by the type of device (wearable, handheld, desktop or seat). We finally discuss techniques for evaluating the quality of experience (QoE) with such systems in Section 2.4. We conclude by discussing the developing prospects in the field. Audiovisual media Haptic effects Capturing Synthesizing Automatic extraction Network Screen & Speakers Haptic devices Audiovisual renderer Haptic renderer Automatic extraction E N C O D E R E N C O D E R D E C O D E R D E C O D E R Figure 2.1: HAV workflow for adding haptic effects to audiovisual content. 2.1 Production of haptic effects Production is the task of creating haptic effects in order to enhance audiovisual content. Three methods to create them have been reported in the literature: (i) capturing haptic effects from the real world using physical sensors, (ii) generating haptic effects by an automated analysis of audio and/or visual contents, and (iii) manually synthesizing haptic effects from scratch or by editing effects obtained with the previous methods. Haptic effects will be classified according to their perceptual characteristics (tactile, kinesthetic, and proprioception). 2.1.1 Haptic effects for audiovisual content The MPEG-V format is a promising standard allowing to describe sensory effects for multimedia content (see Section 2.2.1.1) [MPE11]. A classification of sensory effects such as taste, smell and haptic is proposed. Haptic effects reported were temperature, wind, whole body vibration, water sprayer, passive kinesthetic motion and force (the user simply holds a force-feedback device), active kinesthetic (the user can explore actively the content thanks to a force-feedback device), tactile and rigid body motionProduction of haptic effects 21 (the whole body of the user is moved as in motion simulators). In the standard the effects are defined in an abstract way to capture the haptic designer’s intention. The description is supposed to be device independent but some effects are directly linked to a specific device (water sprayer or tactile for instance). In contrast, the classification we propose is based on haptic perceptual capabilities. Haptic feedback is often separated into two categories: tactile and kinesthetic feedback. There are three types of tactile stimuli: perception of vibration, of pressure [Shi93] and of temperature [JB02]. Two types of kinesthetic stimuli may be defined [Jon00]: perception of movement and limb position, and the perception of forces. Finally, haptic perception may result from the motion of the user’s own body [Ber00]. Both the vestibular system and proprioception contribute to the perception. We then propose a table summarizing haptic effects in HAV systems in which each category is mapped to contributions from the literature (see Table 2.1). The reader may also refer to the guidelines for the design of vibrotactile effects [vE02] or haptic feedback in multimodal environments [HS04]. These individual effects can be combined to create more complex effects. For example, the haptic effect associated with an explosion might be defined with a combination of temperature and vibration. Haptic effects are mostly used to represent physical events which occur in the scene (see references in Table 2.1). The user perceives stimuli which are directly related to the audiovisual content (e.g. bumps when driving off-road), augmenting the physical event and the sense of “being physically present”. However other aspects of an audiovisual content, such as ambiance, can be enhanced as well [KCRO10]. The role of haptic effects in audiovisual content is analogous to that of audio in movies: audio is used for increasing the realism (sound effects) and to create ambiance (music). In movies, a clear separation is drawn between diegetic sounds (a sound for which the source belongs to the diegesis, the recounted story) and non-diegetic sounds (a sound for which the source is neither visible nor implied in the action, typically such as a narrator’s comment or mood music). Non-diegetic haptic effects have similar potential. Non-visual content could be augmented by providing additional information that is perceived by the user. The use of haptic effects to enhance ambiance or emotion is not straightforward. The haptic effect designer may explore results from research on affective haptics: recent works attempt to communicate affect with haptic feedback [SM07] or trigger users’ emotions with the help of haptic patterns [TNP+09, LCB+09]. 2.1.2 Capturing haptic effects from the real world One approach for creating haptic effects is to capture haptic data related to an object or actor in a scene. The capture is performed by a “haptic camera” which is a physical sensor extracting haptic properties from the real world [Mac96]. Piezo-electric sensors can be used to capture forces [OO03] or vibrations but, most of the time, accelerometers are used to record accelerations and deduce forces applied to the targeted object. Brady et al. equipped a radio-controlled car to capture accelerations on X, Y and Z axes [BMO+02]. These recorded data were then directly transmitted and rendered to the user’s control device. Recorded accelerations on X and Y axes control an embedded22 Chapter 2 Haptic Perception Haptic Effect Reference Tactile Temperature [Dio97, PWN+] Vibration [LLC+05, uR08, LCB+09, WRTH12, RAC10, KCRO10, PWN+] Pressure [SKI05, PWN+, HTIS10, AMS11] Kinesthetic Movement [GMS06, KPK+11] Force [OO04, YAMS06, CES09, KPK+11] Proprioception Body Motion [DBO, CJ4] Table 2.1: List of potential haptic effects for audiovisual content. Individual effects can be combined to create complex effects. 2DoF force-feedback device and acceleration on the Z-axis drives a vibration device. In a less direct way, Kuchenbecker et al. recorded haptic events in a database to enable replay later [KFN05]. The authors recorded accelerations resulting from the impact of a stylus on different materials (wood, foam). These accelerations were transduced into forces and replayed by a force-feedback device when the user touched virtual materials. A second approach consists of capturing haptic effects related to a whole scene. Depth (or 2.5D) cameras have been used to build touchable images [CES09, RS11]. A more precise result could be obtained with 3D trackers [MKT+05] but these devices are more expensive and the analysis of the scene would take longer (see Figure 2.2). The problem of capturing haptic effects remains strongly constrained by the available hardware. In contrast to video and sound recording, only a limited number of devices exist, mainly accelerometers and 3D cameras with considerable variations in precision and cost. 2.1.3 Automatic extraction of haptic effects from audiovisual content Haptic effects can also be created automatically by extraction. The key idea is to generate haptic effects which are consistent with media content in order to highlight specific aspects. For example a scene showing an explosion could be enhanced by haptic feedback such as vibrations and heat. Video and sound analysis might be used to detect explosions and then automatically add haptic effects. Automatic extraction can occur in the production stage or in the rendering stage. In the production stage, haptic effects are automatically generated and can be modified by the creator. In the rendering stage, haptic effects are automatically generated on the client side. 2.1.3.1 Generation from visual content A classical way to extract content from an audiovisual media consists in using video analysis techniques. Typical algorithms rely on feature detectors to extract points of interest inside an image to build derived information (e.g. object identification) [TM07]. There are significant variations in the features they offer such as robustness to lightProduction of haptic effects 23 Figure 2.2: Capture of visual and haptic cues [MKT+05]. 360➦ images (a), shape and size (b), information about material and texture (c), and data from the haptic manipulation (d) are captured. variations or motion, and computational cost. Some specific algorithms are dedicated to the detection of specific features such as faces [ZCPR03] or motion [HTWM04]. Detecting events is also possible. Video abstraction [TV07] and video data mining [ZWE+05] have both been used for event detection but are restricted to specific subjects such as sports, where the potential range of events is limited. Once a targeted event is detected in the audiovisual content, a haptic effect could be generated. For instance, R´ehman et al. have shown how to automatically extract events from a soccer game video and to display them with a vibrotactile device [uR08]. Five vibration patterns were designed to represent the position of the ball on the field, to the team leading the game or to the goals. However the main focus was on how to render the effects rather than the video analysis. Rasool and Sourin have described several techniques to extract haptic properties from images [RS11]: haptic geometry from stereoscopic images, haptic textures based on shading information or image segmentation into haptic regions with constant physical properties. Kim et al. have relied on a saliency map to drive a vibrotactile array [KLC12]. A saliency map spatiotemporally abstracts perceptual importance in24 Chapter 2 a visual scene. They have computed a map for each frame of a video and they have mapped the result to the vibrotactile array. Then vibrations are related to the most important elements of the video. The difficulty of direct extraction of haptic information from video was pointed out by Mc Daniel et al. [MKT+05]. To simplify the problem, the authors built a database which maps visual information (a picture of an object) to haptic information (the 3D shape of the object). The database is used to generate appropriate haptic feedback for each object identified from visual information. Even if computer vision provides a broad range of tools, most techniques to analyze and generate haptic feedback have not been yet explored in detail. The robustness and adaptability of the detection algorithms remain typical issues in the field [TM07]. 2.1.3.2 Generation from audio content Haptic effects can also be created from the audio content within audiovisual media. The main approach is to transduce an audible signal into a signal suitable for vibration motors. Chang and O’Sullivan used a band-pass filter to isolate frequencies compatible with a targeted vibration motor and then amplify and render the output signal on this device [CO05]. This system was developed for mobile phones which then vibrate according to ringtones. The “Integrator” development platform from Immersion is a similar commercially available system [IMM]. The “Reverb” module allows the automatical addition of haptic effects to any application using the output audio stream. The approach selected by Nanayakkara et al. is even more direct and does not require any processing of the audio stream [NTWO09]. The authors developed a chair for deaf people which renders music and vibration. The sound is played by speakers attached to the seat, which are specially designed to propagate vibrations to the surface they are attached to. Most research follows this straightforward technique of the transduction of audio into vibrations. An alternative is to render specific parts of the audio signal. Chi et al. have developed an algorithm that detects pre-learned target sounds (gun effects) into a video game [CCO+08]. Once an effect is detected, a vibration pattern is render on the player’s device. Lee at al. have developed a model which extracts perceptual variables of the audio signal, roughness and loudness, and converts them into a vibrotactile signal [LC13]. The model is able to detect specific sound effects such as explosions or the noise of a motor engine. The approach could be extended by attempting to represent the information conveyed by the audio stream. Audio analysis techniques to extract specific features would then be useful. For example the system described by Zhang and Kuo permits the identification of music, speech and environmental sound in an audio signal [ZK01]. 2.1.3.3 Generation from metadata Metadata can contain information about movements or physical properties of objects within the media. Yamaguchi et al. extracted data from a Flash [FLA] animation toProduction of haptic effects 25 compute force feedback as the user explores the content [YAMS06]. Since this format allows access to the geometry and position of elements within a 2D animation, it is possible to compute a force-feedback related to one of the objects in the scene. The authors defined a virtual mass for the targeted object and then computed a forcefeedback relative to the acceleration and mass of this object. This technique can be applied to computer animations where a 3D model of the scene is available. But the system remains specific to animations and is not suitable for standard video. However some data formats allow for the description of audiovisual content. The MPEG-7 standard focuses on the description of multimedia content and can contain a description of movement within a scene [CSP02], opening many possibilities for the generation of haptic effects. 2.1.4 Graphical creation tools for synthesizing haptic effects Although haptic effects can be created automatically, the need to create them before their integration with audiovisual content remains. Original effects may need to be edited. Neither of these functions can be automated. Two main categories of graphical creation tools have been designed. The first allows users to specify the behavior of one or several actuators. In this case the designer has to use the same device as the end-user. In the second category the designer edits haptic cues that the user will perceive without referring to specific hardware. Various data formats and graphical tools are summarized in Table 2.2. 2.1.4.1 Device-oriented effects The behavior of an actuator is typically controlled by specifying a curve representing the amplitude of the stimulation (vibration or the force in time). The Hapticons editor [EM03] was created to edit trajectory patterns called “haptic icons” on a 1DoF force feedback device (see Figure 2.3). Similar systems have been developed for 3DoF devices [GMS06, CSKR07]. In the same way, vibration patterns may be edited. This kind of tool is already used in the industry. The aforementioned Integrator [IMM] development platform provides a curve editor for designing vibrotactile patterns for various devices (mobile phones, gamepads, etc.). Quite different graphical interfaces are used to edit the behavior of an array of motors. The user must specify the behavior of each motor in time. Representative examples have been developed by Rahman et al. [RAC10] and Kim et al. [KCRO10] (see Figure 2.4). 2.1.4.2 User-oriented effects The second type of graphical tool focuses on describing what the user should feel instead of defining how actuators should behave. This implies that the haptic rendering is handled by dedicated software. Ryu et al. have created the posVib Editor to edit vibrotactile patterns [RC08]. The intensity of the vibration felt by the user is represented by a curve.26 Chapter 2 Figure 2.3: Device-oriented graphical authoring tools - Hapticons Editor [EM03]. Figure 2.4: Device-oriented graphical authoring tools - Tactile array editor [KCRO10]). Three editors, based on the MPEG-V format, have been developed to create and tune sensory effects all along a movie: Rose Studio [CLY11], SEVino [WRTH12] and SMURF [Kim13]. One or several effects can be added on a timeline which determines when they start and when they finish (see Figure 2.5). The haptic effects supported by these editors are vibrations, temperature, wind and water-spray. A different approach consists in describing material properties of objects within a scene. It implicitly determines what users feel when they touch objects. This type of tool resembles a 3D editor in which the author directly visualizes the 3D object beingProduction of haptic effects 27 manipulated, but haptic (friction, stiffness) rather than visual properties are edited. We refer the readers to the presentation of the K-Haptic Modeler [SLK+07] as well as the HAMLAT tool [EAAE08] which is a graphical editor for HAML (see Section 2.2.1.1 and Figure 2.6). Figure 2.5: User-oriented graphical authoring tools - SEVino [WRTH12]. Haptic effects can be defined and synchronized to a video. Figure 2.6: User-oriented graphical authoring tools - HAMLAT [EAAE08]. Haptic properties can be set for a virtual object.28 Chapter 2 Type of Effect Format Data Content GUI Container Ref. Useroriented MPEG-V (XML) Description and organization of sensory effects in a multimedia content Yes (Rose Studio, SEVino, SMURF) MPEG-2 TS [CLY11, WRTH12, YCLL10, Kim13] MPEG-7 (XML) Description of a 3D scene, haptic device and haptic rendering Yes (HAMLAT) n/a [EfEOS06, EAAE08] XML Haptic properties of a 3D scene: friction, stiffness, etc. of objects Yes (K-Haptic Modeler) n/a [SLK+07] Vibration patterns Yes (PosVib Editor) n/a [RC08] VRML Description of 3D objects and associated haptic rendering methods No n/a [SW08] MPEG-4 BIFS (VRML) Information about depth, stiffness, friction of a scene No MPEG-4 [CES09] Deviceoriented n/a Trajectory patterns Yes (Hapticon Editor) n/a [EM03] XML Description of haptic device properties and description of how they are activated Yes (TouchCon) n/a [KSH09] Vibration patterns of a tactile array Yes n/a [RAC10] MPEG-4 BIFS (VRML) Vibration patterns of a tactile array Yes MPEG-4 [KCRO10, KPK+11] Table 2.2: Overview of existing formats to edit and store haptic effects. Two types of haptic effect can be described: effects focused on what the user will perceive (useroriented), and effects focused on how the actuators will behave (device-oriented). Most of the time a graphical user interface is designed to easily edit data. Some formats are to be embedded with a container enabling both audiovisual and haptic contents to be distributed via streaming platforms.Distribution of haptic effects 29 2.2 Distribution of haptic effects The second stage consists in formalizing haptic effects into data to be synchronized, stored and transmitted with the audiovisual media. Even though the range and nature of haptic effects is not yet well defined, there have been several attempts at providing formalizations. These formats are summarized in Table 2.2 which displays, when available, the associated authoring tools (see Section 2.1.4), and solutions to transmit haptic effects over the network (see Container column of Table 2.2). 2.2.1 Data formats for haptic effects Though there are several contributions which use dedicated formats to encode haptic feedback for audiovisual content, most approaches rely on generic formats. We consider two ways to formalize haptic effects: “device-oriented” that defines the actuators’ precise behavior, and “user-oriented” that describes effects from the user’s point of view. The formats presented in this section are however suitable for both usages. Choosing between them only influences the way in which the rendering stage has to be handled: device-oriented data are used to control haptic devices directly, but user-oriented data must be interpreted. Since there is no obvious way to classify the encoding of haptic effects, we will use a per-format classification. We will detail contributions based on XML, a versatile description language, and VRML, a language dedicated to descriptions of 3D worlds. These formats are summarized in Table 2.2. The issue of formalizing haptic effects has been solved by companies such as D-Box [DBO] or Immersion [IMM] who have developed commercial solutions for rendering haptic effects along with audiovisual content. D-Box has created a proprietary language to add haptic effects to a movie, called D-Box Motion Code➋. However, details of these formats are not currently available and the effects cannot be edited by the end-user. 2.2.1.1 XML-based The first method of formalizing haptic feedback relies on XML language. The Haptic Application Meta-Language (HAML [EfEOS06]) is a generic format for describing haptic feedback which contains information about the haptic device, haptic rendering and visual rendering (see Listing 2.1). The purpose of this format is to be able to use any haptic interface with any virtual world, the system adapting the haptic feedback to the capabilities of the haptic interface used. This language is dedicated to virtual reality applications but it could be used to describe scenes in audiovisual content: objects and their location, geometry, haptic properties (stiffness, damping, friction), etc. This format respects the MPEG-7 standard which yields standardized tools to structure and organize descriptions of multimedia content [CSP02]. 1 . . . 2 3 430 Chapter 2 Mesh 5 Cube 6 . . . 7 8 0 .8 9 0 .9 10 0 .5 11 0 .3 12 13 14 15 16 Listing 2.1: Example of an xml-based file (HAML [EOEC11]). Here, the haptic properties (stiffness, friction and damping) of a 3D cube are defined. Closely related to video viewing, the MPEG-V format also relies on XML [MPE11]. This language is designed to add sensory effects to any multimedia content: movies, video games, web content, etc. Users can create groups of effects and synchronize them with other media (see Section 2.1.1 for the list of effects). For each effect the designer can specify at least its intensity and duration. However devices and techniques to render effects are not specified. If converting an intensity into vibrations is simple, the rendering of a forward movement over 2 meters with an acceleration of 30cm.s−2 is less straightforward (see Listing 2.2). At the time of writing this thesis, this format is close to being standardized by the MPEG working group. First implementations may be found in the literature [Yoo13, WRTH13]. 1 3 4 5 8 9 Listing 2.2: Example of an xml-based file (MPEG-V [MPE11]). Here a “Move Toward” effect is defined followed by a group of effects combining “Wind” effect and a “Vibration” effect. In an approach dedicated to instant messaging applications, Kim et al. [KSH09] developed an XML-based format to exchange haptic feedback called “TouchCons”. This allows users to send haptic messages such as vibration patterns or thermal effects. Two main files are used in this system. First, the Library XML describes a list of haptic messages and how they should be rendered (device used, intensity, duration). Second, the Device XML describes the available devices and associated capabilities. To send aDistribution of haptic effects 31 message, the user chooses one from the Library XML file. When he receives a message, it is rendered according to the capabilities of the devices listed in the user’s Device XML file. This framework could be used, instead of TouchCons, to describe haptic effects and then to send them to the end-user. The effects would be then rendered according to the user’s devices configuration. Finally XML representation can be used to determine the behavior of actuators directly. For example, Rahman et al. [RAC10] described vibration patterns of a vibrotactile array: the vibration intensity of each motor is specified in an XML file. This approach is simple but the effects described can be rendered only by a specific device. 2.2.1.2 VRML-based A third method used to describe haptic content uses VRML/X3D. This language serves to represent 3D worlds and contains information needed by visual rendering systems. Sourin and Wei [SW08] proposed an extension of this language by adding haptic rendering techniques. One purpose of this language is to transmit virtual objects and their associated haptic rendering algorithms over the internet. In a similar way to HAML, this solution allows an audiovisual scene and the associated rendering techniques to be described. The two techniques presented hereafter are based on the MPEG-4 BIFS format, also known as MPEG-4 Part 11[ISO05]. BIFS, which stands for Binary Format for Scenes, is a scene description protocol based on VRML. Cha et al. extended this format to add haptic properties to a video [CES09]. The authors built a “touchable” movie, i.e. a movie in which spectators can feel the depth of the images using a force-feedback device. For each frame of the video the authors associated texture properties (stiffness, static friction and dynamic friction; see Listing 2.3). Shape{ 1 appe a r ance Appearance { 2 t e x t u r e ImageTexture { 3 u r l ” c ol o r im a g e . jp g ” 4 } 5 h a p ti c S u r f a c e H a p ti cT e x t u r e S u r f a c e { 6 s t i f f n e s s R a n g e 0. 1 10 7 s t a t i c F r i c t i o n R a n g e 0. 2 0. 9 8 dynamicF ric tionRan ge 0. 3 0. 9 9 maxHeight 1. 0 10 h a p ti cT e x t u r e ImageTexture{ 11 u r l ” h a p ti c im a g e . jp g ” 12 } 13 } 14 } 15 geometry Depth { 16 f o c al L e n g t h 6. 9 8 3 17 pixelWid th 0. 0 0 1 2 3 18 n e a rPl a c e 10 19 f a rPl a n e 200 2032 Chapter 2 t e x t u r e ImageTexture { 21 u r l ” dep th image . png” 22 } 23 } 24 } 25 Listing 2.3: A VRML-based file (Extended MPEG-4 BIFS [CES09]). This file describes haptic properties of a visual scene (color image.jpg). The depth map and associated friction are specified. The modified BIFS format can also be used to store vibrotactile patterns used to drive an array of vibration motors. Kim et al.’s encoded a pattern in a grey-scale image where each pixel represents an actuator and the intensity of the pixel corresponds to actuator activation intensity: from black (0) for idle to white (255) for maximal vibration [KCRO10]. In a similar way, vibrotactile patterns can be associated with video frames (see Listing 2.3: instead of “haptic image.jpg” a “tactile pattern.jpg” would be associated with the visual scene). Thus the MPEG-4 BIFS format extended by Cha et al. can both describe a 3D scene and/or contain data to drive vibrotactile arrays. These two possibilities have been implemented by Kim et al. for adding haptic textures effects or vibration effects to educational videos [KPK+11]. 2.2.2 HAV containers A container is a meta-file format that can hold several files in a single file or stream which makes distribution easier. In the HAV context, a container regroups haptic, visual and audio content. This stage is depicted in Figure 2.1. All components are compressed and synchronized into a single container for network transmission [WHZ+01]. These containers are mainly used in multimedia applications to store both audio and visual content into a single file which is then transmitted, downloaded or streamed. Several containers embedding audio and video exist (ogv, avi, mp4, etc.), but those combining haptic content are less common. A simple solution would consist of directly embedding the file containing the haptic data into a container that allows the attachment, such as the mkv container. O’Modhrain and Oakley used the Flash standard to distribute videos enhanced with haptic effects [OO04]. They integrated haptic feedback in their home-made animation and the media was played by a web browser embedding the Immersion Web plug-in. This alternative is suitable for distribution purposes, although limited to the rendering capability of the plug-in and to a specific type of audiovisual content (animation). To take advantage of streaming platforms, one solution is to develop formats for haptic effects compatible with video containers that permit playback as they are downloaded. Some formats were designed to support this streaming feature (see Section 2.2.1). Modified MPEG-4 BIFS [CES09] can be embedded into a classical MPEG-4 container. In a similar way MPEG-V is compatible with the MPEG-2 TS container [Yoo13]. Actually any MPEG-based format is compatible with any MPEG-based container. Moreover MPEG-V provides a binary representation of the sensory effects to enable a fast andRendering of haptic effects 33 efficient transmission. This streaming challenge has been identified as haptic broadcasting by Cha et al. [CHK+09]. This is a specific challenge different from the classical transmission of data for teleoperation [HS06]. The purpose is not to control a device remotely but to send multimedia containing audio, video and haptic content. The two formats presented are at an early stage of development but demonstrate the possibility of haptic broadcasting. 2.3 Rendering of haptic effects Once the haptic content has been transmitted to the end-user, the haptic device needs to decode and render the content to provide the appropriate effect (in the same way that video is displayed on the screen or audio is rendered on the speakers). Here we review a list of haptic interfaces proposed for “enhanced” video viewing. We classified these devices into four categories: wearable devices, handheld devices, desktop devices and haptic seats. The results are presented in Table 2.3. 2.3.1 Wearable devices Wearable devices are designed to be worn by as the user experiences audiovisual content. Typically they are composed of several vibrotactile actuators embedded into clothes, as detailed in Rahman et al. [RAC10] (see Figure 2.7a). This topic has been intensively studied for virtual reality purposes [LYNH06] and many devices have been designed. (a) vibrotactile jacket and armband [RAC10] (b) vibrotactile gloves [KCRO10] Figure 2.7: Wearable haptic devices. In the HAV context, exploring the idea of enhancing live sports experience, Lee et al. proposed a device with vibrotactile sensations through an assembly of 7x10 vibrotactors attached to the user’s forearm [LLC+05]. This prototype was used to render movements of the ball on the field during a soccer game. The tactile array was mapped to the field and vibrations were triggered at ball locations. According to the authors this device allows the user to better understand ambiguous game situations.34 Chapter 2 Kim et al. designed a tactile glove for immersive multimedia [KCRO10, KPK+11]. It contains 20 tactile actuators per glove (4 per finger). The gloves are wireless-controlled and produce vibrotactile patterns as the user watches a movie (see Figure 2.7b). These patterns were first created, then synchronized with the video. A vibrotactile belt has been designed by Ooshima et al. to provide a feeling of being slashed [OHA+08]. They have used small speakers to generate vibrations that propagate inside the user’s abdomen. A tactile jacket has also been developed by Lemmens et al. [LCB+09]. They explored the influence of tactile devices on spectators’ emotional responses, and designed a tactile jacket with 16 segments of 4 vibration motors covering the torso and the arms. Motors are activated following patterns related to specific emotions. For example, the feeling of love is enhanced by activating motors overlying the abdomen in a circular manner. Palan et al. [PWN+] presented a vest with embedded vibration motors, solenoids and Peltier elements. The vest was designed to display three haptic effects as realistically as possible: gunshots, slashing and blood flow, with the motivation of improving video games experience. Similarly, a commercially available jacket manufactured by TNGames produces effects such as explosions, gunshots or accelerations using 8 air cells [TNG]. While the embedded devices do not yield a significant change in weight or wearability of clothes, being composed of simple vibrotactile actuators, the range of possible haptic effects is rather limited. 2.3.2 Handheld devices Users can experience haptic feedback through portable devices held in the hand. Vibrotactile technology appears well-suited for portable devices. For years, the gaming industry has used vibrating joypads to enhance immersion in video games. Mobile devices (phones and tablets) are now equipped with vibration motors which may be used to enhance multimedia contents [IMM]. Using this technology, R´ehman et al. relied on a mobile phone equipped with a vibration motor to display haptic cues related to a soccer game [uR08]. Vibrotactile capabilities of tablets can be extended by a tactile surface, allowing then to touch images [GALSC12, KIP13]. Such systems are not used in a HAV context though. Alexander et al. developed a prototype of a mobile TV providing tactile feedback using ultrasound [AMS11]. The device is a screen with a 10x10 array of ultrasonic transmitters set on the reverse side. The user holds the device to observe the audiovisual content and experiences haptic feedback through the fingers (see Figure 2.8). The remote control developed by O’Modhrain and Oakley is a different sort of handheld device that provides force-feedback [OO04]. A gaming joystick was rehoused in a device resembling a remote control (see Figure 2.9). Similarly Yamaguchi et al. used a computer mouse with a 2DoF force-feedback joystick [YAMS06]. As with clothes-based devices, handheld devices cannot embed heavy actuators and so only a restricted range of haptic effects can be rendered. However, the use of a common device in the user living space (remote control, mobile phone) seems well onRendering of haptic effects 35 the way to popular acceptance. Figure 2.8: Handhled haptic device. A mobile haptic TV embedding an array of ultrasonic transmitters delivering tactile cues on user’s fingers [AMS11]. Figure 2.9: Handhled haptic device. A remote control including a 2DoF force-feedback joystick [OO04]. 2.3.3 Desktop devices In virtual reality settings, force-feedback devices are mainly used to interact with virtual objects. The user can feel and often modify the displayed content. With video36 Chapter 2 viewing the user cannot modify the content. The user receives haptic cues, sometimes while actively exploring the content, but the audiovisual content does not change. For example in the solution devised by Gaw et al. [GMS06], the user holds a force-feedback device and is guided along a prerecorded path while viewing a movie. The same technique was used by Kim et al. to enhance educational videos with a Phantom device [KPK+11, PHA]. These devices have also been adapted to the task of “touching” images in a video [CES09] (see Figure 2.10). In this study the user could actively explore the video content and received haptic feedback through a Novint Falcon device [NOV]. Figure 2.10: Desktop haptic device. User touching a video thanks to a force-feedback device [CES09]. Other desktop devices have been designed to convey haptic feedback to the user without direct contact. An example is a fan which generates air streams, simulating the haptic effect of wind. Associated with a thermal device, a fan may be used to create temperature variations [Dio97]. Fans providing wind effects are commercially available. The Philips amBX system generates not only wind effects but also lighting effects and enables keyboard vibration [AMB]. This kind of device is simple to use, which results in more ecological interaction. Waltl et al. have relied on this device to enhance the multimedia experience [WRTH13]. Contact with virtual objects is possible without directly handling a device. Hoshi et al. [HTIS10] used ultrasound to exert pressure remotely on a user’s skin. Their prototype was composed of an array of 324 airborne ultrasound transducers, able to exert a force of 16 mN at a 20 mm focal point diameter over a 180×180 mm surface. This invisible surface is created at 200 mm above the device. Combined with a 3D display system, the author succeeded in creating touchable floating images. A similar system has been developed by Sodhi et al. [SPGI13], based on the projection of air vortexes (see Figure 2.11). This technique allows a larger workspace than the previous device. Tactile feedback can be provided with a 75 degrees field of view, and within an 8.5 cm resolution at 1 meter.Rendering of haptic effects 37 Figure 2.11: Desktop haptic device. The AIREAL, a contact free tactile interface [SPGI13]. 2.3.4 Haptic seats Our fourth device category is the haptic seat. The user sits on a modified chair and passively senses haptic effects. Vibrotactile actuators have once again been used in a number of ways. The tactile blanket [DWAD10], a variant for the theme Lemmens’ Jacket [LCB+09], is equipped with 176 actuators and displays vibration patterns designed to enhance the user’s emotion. More recently Israr and Poupyrev embedded an array of 12 vibrotactile actuators in the back of a chair, with an original controller [IP11]. The user experienced the tactile illusion of a continuous stimulus though the actuators were at discrete locations (see Figure 2.12). Figure 2.12: Haptic seat. Seat embedding an array of vibrotactile actuators [IP11]. Several commercial products in this category are already available. One example is the “couch shaker” from The Guitammer Company [BUT]. This device uses actuators38 Chapter 2 to shake the couch or sofa, operating like a subwoofer which propagates low-frequency vibrations to the couch instead of playing sounds. Some seating devices attempt to provide more complex effects such as motion. Typically such seats are fixed on actuators or motion platforms. For example, the D-Box seat features 3DoF: pitch, roll and heave [DBO] (see Figure 2.13). Haptic seats are commonly encountered in theme parks or amusement arcades where they are typically used as motion simulators. Some of them even embed several devices to provide a wide range of effects (water spray, air blast, leg ticklers, etc. See the CJ 4DXPlex company [CJ4]). These devices are not, however, adapted to the end-user living space and their cost is prohibitive for the mass market. In contrast, the D-Box seat is a consumer product designed for living room use though it remains expensive. Devices based on vibrotactile arrays are also available but the range of tactile effects which can be rendered is quite limited. Figure 2.13: Haptic seat. The D-Box seat [DBO]. 2.4 Quality of experience Haptic effects aim at enhancing the audiovisual experience. This means that the quality of experience (QoE) of a video viewing session with haptic feedback would be higher than when haptic feedback is not present. But how should this hypothesis be assessed? Jain discusses the necessity of capturing the QoE for system evaluation [Jai04]. He underlines the difficulty of identifying and measuring the factors that characterize this metric due to its subjective nature. Nevertheless Hamam et al. [HESG08] have proposed an initial model for the evaluation of QoE in multimedia haptics which identifies four factors: rendering quality, and the user-centered measures of physiology, psychology and perception. The rendering quality is dependent on the quality of the visual, audio and haptic feedback. Perception measures describe the way the user perceives the system depending on the user’s expe-Quality of experience 39 Type of interface Device Actuator Haptic Effect Ref. Wearable Vibrotactile armband 7x10 vibration motors Vibrations (related to position of a ball during a soccer game) [LLC+05] Vibrotactile glove 20 vibration motors (4 per finger) Vibrations [KCRO10] Vibrotactile armband or jacket Array of vibration motors (variable size) Vibrations [RAC10] Vibrotactile jacket 16x4 vibration motors Vibrations (related to user’s emotions) [LCB+09] Vibrotactile vest Vibration motors + solenoids + peltier elements Pressure (gunshot), temperature (blood flow), vibrations (slashing) [PWN+] Vibrotactile vest 8 air cells Vibrations and pressure (gunshots, acceleration, explosion) [TNG] Handheld Mobile phone Vibration motor Vibrations (related to status of soccer game) [uR08] Mobile phone Vibration motor Vibrations [IMM] Remote control 2DOF joystick Force [OO04] Computer mouse 2DOF joystick Force [YAMS06] Portable TV 10x10 array of ultrasound transducers Pressure [AMS11] Desktop Force-feedback device 3DOF motorized arm Movement [GMS06] Phantom 6DOF motorized arm Movement [KPK+11] Novint Falcon 3DOF motorized arm Force (texture of an image) [CES09] n/a Array of 324 ultrasound transducers Pressure [HTIS10] n/a Air vertexes projector Pressure [SPGI13] Philips AmBX Vibration motor + 2 fans (+ 2 LED spotlights) Vibration (+ wind & light) [WRTH13] Haptic Seat Vibrotactile blanket 176 vibration motors Vibrations (related to user’s emotions) [DWAD10] Vibrotactile chair 3x4 vibration motors Vibrations [IP11] Couch Vibration motor Vibrations (of the whole seat) [BUT] Moving chair 4 compressors under chair legs 3DOF body motion (pitch, roll, heave) [DBO] Table 2.3: Overview of existing haptic devices used for enhancing audiovisual content.40 Chapter 2 rience, fatigue and other factors which may alter the user’s perception. Physiological measures identify how the system modifies the user’s biological state, and psychological measures highlight changes in mental state. The authors detail an exhaustive list of parameters related to each factor (e.g. respiration rate, body temperature or blood pressure for physiological measures). While this provides a taxonomy of the different factors influencing the quality of experience, techniques to evaluate them were not presented. In this section we detail classical techniques to measure the QoE of HAV systems. The typical approach found in the literature is a subjective measure based on questionnaires. Other approaches capture biosignals which provide an objective measurement of the user’s physiological state from which emotional state is inferred. 2.4.1 Subjective measures: questionnaires Most contributions in HAV rely on simple questionnaires to evaluate the impact of haptic feedback on the quality of experience. Participants are usually asked to respond to questions on a Likert-scale. For example, Kim et al. [KCRO10] studied the benefits of vibrotactile feedback for enhancing movies by using four general questions (Is this more interesting than movies? Is the tactile content easy to understand? Is the tactile content related to the scene? and Does the tactile content support immersion?). Ur Rh´eman et al. covered the same aspects using a more detailed questionnaire [uR08]. A more elaborate approach characterizes the quality of experience using multiple factors. Hamam et al. [HGE10] evaluated the five factors (extracted from their model described above) of realism, usefulness, intuitivism, fatigue and QoE. Waltl et al. have evaluated the QoE by presenting a video two times to participants, first without sensory effects and then the video augmented with sensory effects. Participants were asked to quantify on a Likert-scale the enhancement brought by the effects [WT10]. The variation of approaches highlights the need for a standardized questionnaire to better evaluate and compare different systems. Identifying the factors to be measured is not an easy task, but several have already been evaluated in a systematic way: comfort, interest, acceptance and satisfaction. They can serve as a basis on which to build a subjective measure of the QoE. 2.4.2 Objective measures: physiological data Another approach to the evaluation of the quality of experience consists of measuring changes in the user’s physiological state. The QoE cannot be directly determined from this measure, but it can be used to infer the user’s emotional state, which contributes to the QoE. To the best of our knowledge, no work has been done using these techniques in the context of HAV systems. Nonetheless, inspiring results can be found in the context of virtual reality applications and video viewing. In the context of virtual reality, Meehan et al. gathered heart rate, skin conductance and skin temperature data from subjects in a stressful virtual environment [MIWB02].Discussion 41 These measures helped to determine the user’s feeling of “presence” and were compared to subjective users’ self-reports (see [SVKV01] for a survey on “presence”). These authors suggest that heart rate has the strongest correlation with a sensation of presence. Skin conductance correlated less strongly and skin temperature not at all. Haptic feedback significantly improved presence. Mandryk et al. observed biosignals in video game players to determine their user experience [MIC06]. Skin conductance, heart rate, facial muscle activity and respiration rate were captured. The authors concluded that, for most participants, playing against a friend is more enjoyable than playing against the computer. The physiological measures were significantly consistent with the self-reported measures. In a video viewing context, Fleureau et al. studied the potential of physiological signals for detecting emotional events [FGHT12]. Participants simply watched several videos while their heart rate, skin conductance and facial muscle activity were recorded. A detector based on machine learning techniques was designed. Given the user’s biosignals, the system was robustly able to determine whether users were experiencing an emotional event and if this event was positive or negative. The physiological chosen signals in these studies were mostly similar: heart rate, galvanic skin response, and facial muscle activity. All yielded significant results despite the various settings of virtual reality, video games and video viewing. The implications for the evaluation of HAV experiences are clear. Furthermore, closed-loop systems, in which physiological signals are used to control the nature and intensity of haptic events offer interesting possibilities for adapting the haptic effects to the individual user. 2.5 Discussion We have presented an overview of how haptic effects can enhance audiovisual content. Studies relevant to each stage of haptic production, distribution and rendering have been presented. Some of these studies present solutions that address all stages and may be seen as implementations of the generic workflow displayed in Figure 2.1. These general approaches are summarized in Table 2.4. While the existing solutions clearly demonstrate how haptic effects can be used with audiovisual content using tactile or kinesthetic feedback, the studies reported do not explore combinations of effects (e.g. kinesthetic and tactile). This is mostly because the devices studied have generally had only one type of actuator. As a consequence, the range of effects that can be generated is narrow and the conjunction of effects is rarely explored, despite the significant potential benefits. Furthermore, there appears to be a gap between the use of portable haptic interfaces (wearable or handheld), conveying weak effects, and complex devices (motion simulators) which are not adapted to the user living space. There is thus a clear opportunity to design new haptic devices dedicated to audiovisual enhancement. This implies in turn a better understanding of the requirements for HAV systems, which seem to differ significantly from those in virtual reality systems. Further research on user perception should be conducted to determine relevant42 Chapter 2 haptic stimuli for effective audiovisual entertainment. The link between haptic stimuli and user experience is not thus far well established. Haptic effects are mainly used in a similar way to the use of haptic feedback in virtual reality: to immerse the user physically in the audiovisual scene. The use of haptic effects to enhance non-diegetic aspects of a video such as the ambiance or emotions has been little studied. This appears as a key challenge and opportunity in this nascent field. The distribution stage also requires research effort. Each solution currently uses a different technique to formalize haptic effects in the absence of a common definition for haptic effects. Only half of the studies have proposed methods for the transmission of the media to a remote display device. But several techniques allowing haptic broadcasting are emerging. Multimedia containers embedding audiovisual and haptic effects are currently being developed and standardized (MPEG-V, MPEG-4 BIFS). The MPEG-V format is a promising standard for distribution currently under development by the MPEG group. The draft standard presents a list of haptic effects along with an XML-based method to describe them. This format is also designed to be compatible with streaming technologies. However the new standard will have to follow the evolution of this emerging field of study. New haptic effects and devices will almost certainly be developed. In most solutions haptic effects are synthesized: authors manually create and synchronize haptic effects to the audiovisual content. Each solution currently offers a different technique for editing haptic effects, though general editing tools may arrive with the advent of new standards. The automatic extraction of haptic cues from visual content has also been reported. Such cues are currently limited to specific audiovisual content: soccer games following pre-defined rules, and animations where the position and geometry of objects is already known. The automatic extraction of haptic effects for any audiovisual content remains a complex task, and more work will be necessary to adapt current algorithms to this new purpose. Extraction can be facilitated by metadata that describe the content of the media, but extracting haptic effects from videos is a new challenge for which new specific techniques will have to be designed. One final aspect to be discussed in this review is the quantification of the benefits lent to audiovisual content by haptic effects. Some of the studies presented here have conducted user evaluations, mostly based on questionnaires. Most show that haptic effects enhance the user experience but the various studies are heterogeneous and hardly comparable. There is pressing need for shared validated tools to evaluate this quality of experience. 2.6 Chapter conclusion In this chapter we have surveyed the possibilities provided by haptic feedback for enhancing audiovisual content. Several trends can be identified within this emerging field. The studies presented have been organized within a workflow and the key challenges that pertain to this new way of experiencing videos identified. The first stage of the workflow, related to production of haptic effects, is the iden-Chapter conclusion 43 Audiovisual Content Haptic Effect Production Distribution Rendering Ref. Category Details Sport Soccer game (3D simulation) Vibrations (ball position) [Automatic extraction] The system traces the ball during soccer game n/a Vibrotactile array embedded into an arm band [LLC+05] Soccer game (simulation) Vibrations (ball position, goals, team leading) [Automatic extraction] Video analysis of events (not implemented, events are received from the simulation) n/a Mobile phone equipped with vibration motor [uR08] Animation Animation (home-made with Flash) Force (related to an object of the animation) [Automatic creation] Forcefeedback is computed from the position and geometry of the object Flash Mouse with a joystick (2DOF force feedback) [YAMS06] Cartoon (home-made with Flash) Force (related to onscreen character) [Synthesis] Force-feedback is de- fined during edition of the cartoon Flash Remote control with a joystick (2DOF force feedback) [OO04] Cartoon / Movie Movement (user’s hand is guided) [Capturing] Trajectories recorded from force feedback device n/a Force-feedback device [GMS06] Movie Movie Force (user touches the image) [Synthesis / Capturing] Material properties for each frame (depth, stiffness, etc.) stored into MPEG-4 BIFS MPEG-4 Novint Falcon (3 DOF forcefeedback) [CES09] Movie (from Youtube) Vibrations [Synthesis] Vibration patterns stored into XML file XML file on a web server Vibrotactile array embedded into arm band or jacket [RAC10] Movie Vibrations [Synthesis] Vibration patterns stored into MPEG-4 BIFS MPEG-4 Vibrotactile array embedded into gloves [KCRO10] Movie Vibrations and wind [Synthesis] Sensory effects stored into MPEG-V file MPEG-2 TS Philips amBX system [WRTH12] Educational video Vibrations or force (user touches the image) [Synthesis] Haptic effects (vibrations or haptic properties) stored into MPEG-4 BIFS MPEG-4 Vibrotactile gloves or Phantom device (6DOF forcefeedback) [KPK+11] Table 2.4: Summary of existing schemes for adding haptic effects to audiovisual content. Each system offers a solution for synchronizing and rendering haptic feedback within an audiovisual content. Some schemes also specify ways to distribute the media over the network.44 Chapter 2 tification and generation of haptic effects which must be delivered to the user during the display of the media. We detailed different formats to store and synchronize haptic effects to audiovisual media, from VRML-based representations to standardized XML formats. The key issue is the creation of haptic feedback. While a number of authoring tools are available, these effects may also be captured from physical sensors or generated from another part of the media (video, audio or metadata). Once the media has been enriched with haptic effects, it must be sent to the user. Media streaming platforms to distant users is now a common method of distribution. This second stage is dependent on the way haptic data are stored. Though these issues are largely solved for audiovisual media, there are few standards for media with haptic effects. However some pioneering contributions have demonstrated the feasibility of this approach. In the last stage the user perceives the media through a haptic device. These haptic interfaces are generally designed and dedicated to the purpose of displaying haptic cues during video viewing. They may be portable (wearable or handheld devices) or grounded (desktop devices or haptic seats). Each stage impacts the user experience. The evaluation of the quality of experience is then a key challenge of the field, but few methods exist. The subjective experience may be evaluated though questionnaires and more objective measures can be collected from physiological data. The results of our survey suggest that research effort is needed in the design of data formats and technology for distributing HAV content. Promising solutions are currently under development. The development of haptic media creation tools is also necessary. This may lead to a new type of professional activity in the cinema industry. Just as 3D movies now need “stereographers”, so will new HAV content require “haptographers”. Haptic devices adapted to video viewing settings are also needed to render this new content. Moreover the development of tools to evaluate the quality of experience and the acceptance of such systems is mandatory. Tackling the challenges of this young but promising field of study will yield new tools and methods for adding haptic content to multimedia, leading to a more compelling user experience in combination with audiovisual content.Part I Rendering Haptic Effects: Novel Device and Algorithms for Rendering Haptic Effects in Video Viewing Settings 45Chapter 3 HapSeat: simulating motion sensation with multiple force-feedback devices embedded in a seat Contents 3.1 Related work on motion simulation . . . . . . . . . . . . . . 48 3.1.1 Human motion perception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.1.2 Motion simulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2 HapSeat: a novel approach for simulating 6DoF motion . . 49 3.3 Proof-of-concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.1 Prototype of the HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.2 Motion data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.3.3 Models for motion simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.4 Haptic Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.4 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.4.1 Sequences: haptic-audiovisual contents . . . . . . . . . . . . . 56 3.4.2 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.4.3 Measurement of QoE: questionnaire . . . . . . . . . . . . . . 57 3.4.4 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.4.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.5 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Motion simulation is usually provided by a motion platform [LD03]. Typically the user’s whole body is moved to generate various sensations such as accelerating, falling or passing over bumps. While these devices generate a realistic sensation of motion with 6 degrees of freedom (DoF), they are not designed for domestic settings and they 4748 Chapter 3 are too expensive for the mass consumer market. Immersive experiences with motion effects are thus currently limited to amusement parks or “4D Cinemas”. In this chapter we introduce the HapSeat, a novel approach for producing motion sensations in a consumer settings using multiple force-feedback devices embedded in a seat. We first review the literature on human motion perception and motion simulators in section 3.1. Then the HapSeat is introduced in section 3.2. Three low-cost actuators which simulate 6DoF effects of motion are used, the motion effect is generated by adjuncts to the structure of the chair rather than moving the whole chair. The proofof-concept is detailed in section 3.3. A prototype has been designed and constructed, which uses actuators held by an armchair-shaped structure. Two models to control the device have been implemented: a Physical Model which computes forces supposed to be felt during a movement, and a Geometrical Model which modifies the structure to match the position and posture that characterize a movement. A user study was conducted to assess this approach and to evaluate the quality of the user experience. Protocol and results are presented in section 3.4. Finally a conclusion is provided in section 3.5. 3.1 Related work on motion simulation 3.1.1 Human motion perception The perception of motion is a complex sensation resulting from the integration of multiple perceptive inputs from different systems: visual, auditory, vestibular and kinesthetic [Ber00, HJZ+02]. The visual system contributes to this perception by providing an estimation of distances between the body and landmarks. A displacement of the body will modify these distances and add the perception of self-motion. Moving visual cues can often trigger a sensation of self-motion even though the viewer is stationary [RSP]. This illusion is called vection. The auditory system may also contribute to this perception by locating the body relative to “acoustic” landmarks [VLVK05]. The main contributor to the perception of motion is the vestibular system. Located in the inner ear, this organ is composed of three orthogonally-oriented semi-circular canals and two otolith organs. The canals allow rotational movements to be detected while otolith organs contribute to the perception of linear accelerations. Additionally, it is interesting to note that haptic cues provided by the kinesthetic system also influence the sensation of motion. The kinesthetic system provides information about limb positions. When an elevator goes up, one feels the motion thanks to the proprioceptive receptors in joints and muscles of the legs. The tactile sense also provides information about motion: internal receptors detect movements of visceral organs and act as accelerometers. These visceral graviceptors are especially to be found in the region of the kidney. Similarly the somatosensory system indicates the direction of gravity through pressure patterns all over and inside the body [TBN+04].HapSeat: a novel approach for simulating 6DoF motion 49 3.1.2 Motion simulators Motion simulators are well-known devices designed to make the user feel motion. They are intensively used in driving or flight simulators for training purposes. Most are based on a Stewart’s platform [Das00], a 6DoF platform driven by 6 hydraulic cylinders. A motion simulator is basically a seat attached to this kind of platform. While the user navigates the virtual environment, the seat moves to generate a sensation of motion. These systems are often used in virtual reality rooms or 4D cinemas but few are designed for the mass market. To the best of our knowledge, the D-Box company is one of the few actors in this market, having developed an armchair placed on four actuators that is suitable for an end-user’s living-rooms [DBO]. This seat generates 3DoF motion effects (pitch, roll and heave) for movie viewing and consumer applications. Despite this attempt to succeed in the consumer environment, this chair remains expensive and limited to 3DoF motion effects. The sensation of motion can also be induced in a less invasive way by force-feedback devices that simulate the kinesthetic system. Ouarti et al. applied a force to users’ hands as they watched an optic flow stimulus [OLB09]. The system was expected to generate an illusion of motion with force-feedback: when the interface pulled the user’s hand, the user experienced a sensation of forward motion. Similarly, L´ecuyer et al. have showed that a torque feedback applied on a user’s hand contribute to the feeling of self-motion [LVJ+04]. The use of haptic illusions to enhance the audiovisual experience has also been explored by Israr and Poupyrev, who designed a chair with several vibration devices embedded in the back [IP11]. Actuators in the chair were activated in such a way that the user felt a continuous stimulus. Though no effect of motion was claimed in this study, Riecke et al. have showed that vibrotactile feedback may generate a vection effect by improving the realism of the simulation [RSPCB05]. To sum up, there remains an important gap between haptic devices which do not, or only partially simulate, a sensation of motion, and complex simulators which are ef- ficient in conveying motion but remain expensive and not well adapted to the consumer environment. We propose the HapSeat as a solution to fill this gap. 3.2 HapSeat: a novel approach for simulating 6DoF motion We propose to enhance the experience of passive navigation in virtual or cinematic content using 6DoF motion effects generated by multiple force-feedback devices. Instead of moving the whole user’s body as on motion platforms, only some parts of the body are stimulated. As described in section 3.1.1, the perception of motion results from the stimulation of various parts of the body (vestibular system, visceral organs, kinesthetic system). Our approach is built on the hypothesis that local haptic cues suffice to trigger a sensation of self-motion.50 Chapter 3 Using only one or two 3DoF force-feedback devices is not sufficient to invoke a 6DoF sensation of motion (translations and rotations). Up to 5DoF can be provided with two devices [STMA10]. Extending the approach to three 3DoF devices in order to apply three force-feedback stimulus to the user’s body offers the possibility of simulating a global 6DoF effect of motion. A plane looping sensation could be simulated by pulling the head backward and lifting both arms simultaneously, while a car braking could be simulated by pushing both the head and hands forward. This concept can be extended by stimulating other regions of the body, using 5×3DoF devices for instance. 3.3 Proof-of-concept The prototype developed as a proof of concept relies on three actuators. Two stimulate the user’s hands, while a third stimulates the head. As the vestibular system is located in the head, stimulating this part of the body should heighten the illusion of simulated motion. SIMULATION WORKFLOW DEVICES Y X Z GLA GRA GH G Video Motion Data Model Haptic Rendering a(t),w(t) G’A FA HapSeat Figure 3.1: Simulating 6DoF motion with 3×3DoF force-feedback devices. While the three local devices are moving, the user is expected to feel a sensation of motion in relation to the visual content. Figure 3.1 shows a schematic representation of the concept and offers an introduction to our notation. The motion description associated with a simulation is transmitted to a model at each instant t which computes the ideal position G′ A for each local actuator A. This position is then rendered by the haptic rendering algorithm as a force FA. Each step of this workflow is detailed in this section. 3.3.1 Prototype of the HapSeat An aluminum structure was designed to allow the positioning of the three actuators around an ordinary chair. The user passively rests his or her head and hands on each of the 3DoF actuators while watching a projection on a screen positioned in front of the chair (see figure 3.2). The head actuator is equipped with a block of foam for the user’s comfort. At rest (no rendered motion), the three actuators H, LA and RA maintain the head, right arm and left arm of the user at the central positions GH, GLA and GRAProof-of-concept 51 Aluminum Structure Moving Headrest Moving Armrest Seat Figure 3.2: Prototype of the HapSeat. Left: seat structure with 3 force-feedback devices. Right: the system in use. respectively. When the simulation starts, each actuator generates 3DoF forces on its respective body part within the limits of the cubic workspaces in Figure 3.1. Our current prototype uses three Novint Falcons actuators [NOV]. These devices are robust, relatively cheap and the forces generated are appropriate for safe movement of the user’s head and hands. 3.3.2 Motion data We focus on the case of a first person point-of-view simulation, whose intention is to mimic for the user the sensation of motion that the principal actor would have felt at the time of the shooting. The audiovisual content is augmented with extra data describing the motion in terms of the linear acceleration a(t) and the angular velocity w(t). Let us define FN as the navigation frame of the actor and FB the frame associated with his body, centered on a point C (his chest for instance). The actor’s motion is modeled as a rigid body motion described by two quantities a(t) = [a(C ∈ FB|FN )]FB = {ax(t), ay(t), az(t)} t (the gravity being removed [Sab06]) and w(t) = [wFB/FN (t)]FB = {wx(t), wy(t), wz(t)} t (where the [x]F notation designates the vector x expressed in the frame F). This kind of content can be easily produced by a video camera equipped with an52 Chapter 3 inertial measurement unit. The capture device was attached to an actor’s torso to record both his movement and a video of his field of view (we describe such a system in Chapter 5). Therefore a(t) and w(t) describe the motion of the actor. 3.3.3 Models for motion simulation Each actuator (H, LA, RA) moves to create the feeling of 6DoF global motion modeled by the quantities a(t) and w(t) as if the motion of the main actor was mapped onto them. Two models to control the device were devised. The first model is based on a Physical Model. The related acceleration applied to some parts of the body of the actor (here the head, left hand and right hand) are derived from the parameters of the global motion, a(t) and w(t) and then reproduced on the user by the corresponding actuators. The second model, referred to as Geometrical Model, aims at reproducing the position and attitude of the main actor on the basis of a more metaphorical paradigm. 3.3.3.1 Physical model In this model the accelerations felt by the main actor at his head, PH, and at his left and right shoulders, PLS and PRS, are computed through a rigid body approach, where the motions of the hands are considered equivalent to the movements of the shoulders. Knowing a(t) and w(t) at the origin of his body frame FB, the accelerations of a new point P of the rigid body may be computed by the following mechanical relation (time derivation of the kinematic torsor): [a(P ∈ FB|FN )]FB = a(t) + dw dt ∧ −−→GP + w ∧ (w ∧ −−→GP) (3.1) The new position G′ A for an actuator A is formulated in terms of displacement from its initial and central position GA by: −−−−→ GAG ′ A =   sx 0 0 0 sy 0 0 0 sz   (a(t) + dw dt (t) ∧ −−→GPA + w(t) ∧ (w(t) ∧ −−→GPA)) (3.2) where G′ A is the new application point at time t, and sx, sy, sz are scaling factors which map the actual motions of the three actuators in their workspaces. Those scaling factors are computed so as to use the workspace of the actuator in an optimal way. This involves compromises between the use of the largest possible space, so as to have a larger amplitude in the final rendering, while avoiding any saturation. These scaling factors are computed is a preprocessing step that consists of finding the maximal amplitude of the acceleration rendered by the actuator. In this context the new application points G′ H, G′ LA and G′ RA are computed from the initial points GH, GLA and GRA, and sx = sy = sz.Proof-of-concept 53 3.3.3.2 Geometrical model This second model aims to make the chair reproduce the position and posture of the moving actor during the simulation. Two kinds of motion will be rendered: linear accelerations and orientation changes. The linear acceleration rendering is simply performed by a simultaneous translation of each of the different local actuators along the 3D vector given by a(t). The scene pose changes rendering is trickier. It makes the assumption that the rotation speed of the current scene, modeled by w(t), may be rendered by rotating the position of the three actuators around the center modeled by a point G located near the user’s sternum (see Figure 3.1) and with a 3D angle modeled by w. Then the faster the object is turning, the bigger the angle of rotation. Moreover, if the rotation stops (i.e. w(t) = 0), the actuators are at rest. The new position G′ A of the actuator A for a rotation around G can be expressed: −−−→ GG′ A = (Rx(wx(t))Ry(wy(t))Rz(wz(t)))−−−→ GGA (3.3) i.e.: −−−−→ GAG ′ A = −−−→ GG′ A − −−−→ GGA (3.4a) = (Rx(wx(t))Ry(wy(t))Rz(wz(t))) − I3) −−−→ GGA (3.4b) where Rx, Ry and Rz are the 3D rotation matrices around their respective X, Y and Z axes and I3 is the identity matrix in dimension 3. A complete 6DoF motion is a combination of linear accelerations and rotations. A function f is proposed to model the incorporation of both these types of information in our system. The proposed system has intentionally decoupled the linear motions from the rotational ones. This assumption is somewhat unrealistic from a mechanical point of view, but nevertheless makes sense in the context of passive navigation. If the motion to be rendered is a pure translation or a pure rotation, this decoupling is not a restriction. The difficulty arises when the motion to be rendered is a combination of translation and rotation. We make the assumption that a user would unconsciously expect to feel the dominant motion in the scene more strongly. Then, if G′ A represents the new position of the actuator A at time t and GA its initial position, we have: −−−−→ GAG ′ A = f(   sx 0 0 0 sy 0 0 0 sz   a(t),(Rx(mxwx(t))Ry(mywy(t))Rz(mzwz(t)) − I3) −−−→ GGA) (3.5) with f(B, C) = kB~ kB + kC~ kC kB~ k + kC~ k (3.6)54 Chapter 3 From this equation, the new application points G′ H, G′ LA and G′ RA are computed from the initial points GH, GLA and GRA. In addition, sx, sy, sz on one hand and mx, my, mz on the other hand represent different scaling factors to map the actual motion represented by the couple (a(t), w(t)) in the workspace of the different actuators. As previously described, those scaling factors are computed so as to use the workspace of each actuator in an optimal way. More precisely, computing the scaling factors mx, my and mz is performed during a preprocessing step that consists in finding the maximal amplitude f with respects to the values of a(t) and w(t) over the whole time interval. An exhaustive numerical analysis is thus performed to find the joint optimal discretized values mx, my and mz. Several solutions may be admissible in the parametric space and the one that offers the best isotropic behavior is selected. 3.3.3.3 Output of the models A comparison of the outputs of the models is described in this section to highlight their main differences. The outputs of simple translations and then rotations are combined together. A linear forward acceleration on the Z axis can be described by a(t) = {ax(t) = 0, ay(t) = 0, az(t) = t} t and w(t) = {wx(t) = 0, wy(t) = 0, wz(t) = 0} t . Such a movement is rendered in the same way by both models: −−−−→ GAG ′ A = f(   sx 0 0 0 sy 0 0 0 sz   a(t)) (3.7) All actuators are moving simultaneously along the Z-axis as if the user is being pushed forward. The same behavior is observed for the other translations on Y and X axes. In these cases, the user is pushed upward or pulled toward the left side. Secondly self-rotations are tested. For instance a left rotation around the Y-axis can be described by a(t) = {ax(t) = 0, ay(t) = 0, az(t) = 0} t and w(t) = {wx(t) = 0, wy(t) = t 2 2 , wz(t) = 0} t (the angular acceleration w ′ (t) is linear). In this case (see Figure 3.3), the outputs of the models are different. With the Physical Model the user’s hands are moving along the X-axis toward the center while the head is not moving. With the Geometrical Model, the right hand is going forward (Z-axis) and the left hand is going backward (Z-axis) while the head slightly moves to the right side (X-axis). The same behavior is observed for rotations on other axes: the Physical Model renders self-rotation by an attraction of each part of the body toward the center G and the Geometrical Model renders them with desynchronized movements. A 6DoF movement that combines translations and rotations is thus managed differently by each model depending on the amount of rotations.Proof-of-concept 55 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 3 6 9 12 Position (m) Physical Model Left Hand -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 3 6 9 12 Position (m) Geometrical Model Left Hand -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 3 6 9 12 Position (m) Right Hand -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 3 6 9 12 Position (m) Right Hand -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 3 6 9 12 Position (m) Time (s) Head X Y Z -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0 3 6 9 12 Positiopn (m) Time(s) Head X Y Z Figure 3.3: Output of the models. (Physical on the left, Geometrical on the right) for a left rotation around Y-axis of 15 seconds. The position in meters is plotted for each actuator LA, RA and H, and for each axis. 3.3.4 Haptic Rendering Whatever the model selected to control the chair, for each instant t of the simulation, each actuator A (namely H, LA and RA) has to be in its targeted position G′ A (namely G′ H, G′ LA and G′ RA). Most force-feedback devices (such as Novint Falcons) are impedance haptic devices, and the position of the actuator is thus not directly controllable. Indeed this kind of device is designed to sense the current position of the actuator and to provide a reaction force to the user. A classical spring-damper model may be used to control these devices in pseudo-position. The force FA applied to an actuator A is computed by: FA = k(G ′ A − PA) − dVA (3.8)56 Chapter 3 where G′ A is the targeted position, PA the current position of the actuator, VA its velocity, k the spring constant and d the damping constant. The models and the rendering algorithm were integrated to a home-made multimedia player that allowed the haptic rendering on three force-feedback devices to be synchronized with the audiovisual playback. The haptic loop runs at 1KHz and the value of the force FA is updated at each instant t. The control software is written in C++ and runs on an ordinary personal computer. 3.4 User study A user study was conducted to evaluate the quality of the simulated motion and to quantify its impact on the user’s perceived quality of experience (QoE). Seventeen participants took part in the study, aged from 21 to 54 (¯x=36.11 σx=11.11). Five were female, two participants were left-handed and one already used a forcefeedback device. The pilot study was presented as a single experiment lasting 20 to 30 minutes. Each participant was first introduced to the Novint Falcon and given a demonstration of its force capabilities. This step aimed to reduce the “surprise effect” for novice users. Participants were asked to passively experience each stimulus (see Figure 3.4 and Section 3.4.1) and then answer a questionnaire (see Section 3.4.3). Figure 3.4: The user, comfortably installed on our device, is experiencing passive navigation enhanced by a haptic effect of motion. 3.4.1 Sequences: haptic-audiovisual contents Two driving sequences were created to test our device, and evaluate the sensation of motion and quality of experience. We generated two 1-minute videos and the associated descriptions of the global motion in terms of a(t) and w(t). Our first sequence was a video of a real car driving session (see Figure 3.5a). Data was first captured using a front passenger equipped with a camera and an inertial measurement unit that sampled data at 30Hz (see Chapter 5 for more details on the capture setup).User study 57 The second sequence was a video of a virtual car racing video game (see Figure 3.5b). The main camera of the 3D simulation was placed inside the car in order to have a passenger point of view of the race. The visual output of the simulation was recorded while the accelerations and turn-rates of the car were extracted at 50Hz from the physics engine. (a) Real video sequence of a car driving. (b) Virtual car race. Figure 3.5: Haptic-Audiovisual contents. 3.4.2 Variables To evaluate the quality of the simulated motion (and of the models) and the impact of this haptic feedback on the QoE, we defined four types of haptic feedback to be rendered with each sequence. Physical Feedback, computed from the physical model; Geometrical Feedback derived from the geometrical model; No Haptic Feedback in which only the audiovisual content was displayed, serving as a control to show how the other conditions impact on the QoE; and lastly Random Haptic feedback was provided. This random feedback was derived from low-pass filtered white noise (cutoff frequency Fc = 0.5Hz) played throughout the video. The amplitude of the signal was limited to the capabilities of the actuators. This last feedback was not synchronized with the video and was used to evaluate the effect of providing a continued haptic feedback. All height conditions (two videos sequences × four types of haptic feedback) were presented in random order to the participants. They were not aware of the different types of haptic feedback. 3.4.3 Measurement of QoE: questionnaire A questionnaire was designed to evaluate the QoE of passive navigation enriched with haptic feedback. QoE relates to the subjective user experience with a service or an application [Jai04, Kil08]. In our context this may be specified as the measure of the user’s subjective experience with haptic-audiovisual content. In order to evaluate this experience, we built the questionnaire around the Usability [TA08] and the Presence [WS98] concepts.58 Chapter 3 Usability is defined by the norm ISO 9241-11 and aims at measuring how easy a system is to use. Three factors composed this concept: Efficiency, Effectiveness and Satisfaction. This latter measures how well the user enjoyed the system. “Effectiveness” means how well a user can perform a task while “Efficiency” indicates how much efforts are required. These two factors were not totally suitable for our system in the sense that it was not designed to perform a task. We preferred to use the term of Comfort to measure how well was the system to provide feedback. Satisfaction was however fully relevant in our situation. Presence aims at measuring how much the user feels being physically situated in a virtual environment. Witmer and Singer [WS98] have identified four factors to determine the presence: Control, Sensory, Realism and Distraction. “Control” determines how much the user can control and modify objects within the virtual environment. “Sensory” characterizes how each sensory modality is solicited during the interaction. “Realism” describes how much the environment is realistic and consistent with user’s representation of the real world. “Distraction” identifies how much the user is disturbed by the apparatus used to create the virtual world. From this definition we focused on two factors: Realism and Sensory. As the user is passive with our system, Control factor was not relevant here. The Distraction factor was not directly used but included in the Comfort factor described previously. The questionnaire was thus based on the four factors we wanted to evaluate: Realism, Comfort, Sensory and Satisfaction. Each factor was evaluated by questions rated on a 5-point scale. A mean was calculated for each factor. The sum of the scores gave a global QoE score. Table 3.1 presents the questions used to evaluate the QoE. Factor Question Realism How much did this experience seem consistent with your real-world experiences? How strong was your feeling of self-motion? Sensory How much did the haptic feedback contribute to the immersion? Were the haptic and visual feedback synchronized together? Comfort Was the system comfortable? How distracting was the control mechanism? Satisfaction How much did you enjoy using the system? Table 3.1: QoE Questionnaire. Each question is rated on a 5-point scale from 1 (Not at all) to 5 (Totally) 3.4.4 Results Two hypotheses are tested: the HapSeat enhances the quality of experience, and it does generate a sensation of motion. Shapiro-Wilk and Bartlett tests were performed on our data and the normality and homoscedasticity for most distributions could notUser study 59 be assumed. Hence non-parametric tests were used to analyze the results presented in this section. As described above, a score for the four factors, Realism, Sensory, Comfort and Satisfaction were obtained using a questionnaire (see Figure 3.6 and Table 3.2). First, the main result confirms our first hypothesis. Our device significantly enhances the quality of experience (Friedman Anova: p = 8.44e −08 < 0.05). The Wilcoxon test with the Holm-Bonferroni correction has been used for the post-hoc analysis (see Table 3.3). With the haptic feedback computed from the Physical or Geometrical model, the QoE is significantly higher than without haptic feedback (p < 0.05). However the QoE of the Geometrical Model is not significantly different from the QoE of the Physical Model (QoEG = 15 ≈ QoEP = 14.20, p = 0.5575 > 0.05). Second, it seems that haptic feedback consistent with the video is necessary to improve the QoE: user scores for random feedback are not statistically different to the no feedback condition (QoEN = 8.36 ≈ QoER = 9.45, p = 0.4816 > 0.05). This tendency is observable for three factors. Presenting users with haptic feedback computed from our models resulted in significant increase in their reporting of Realism (Friedman Anova, p = 3.80e −08 < 0.05), Sensory (Friedman Anova, p = 7.02e −08 < 0.05) and Satisfaction (Friedman Anova, p = 3.86e −07 < 0.05) scores. However Comfort remained similar for all conditions: the Friedman Anova is significant, p = 1.27e −03 < 0.05, but Wilcoxon tests cannot confirm this hypothesis, p > 0.05 (see Table 3.3). Finally no significant differences are found for the QoE of each model between the two sequences Real Car and Virtual Car (Wilcoxon test, pGeo = 0.3933 and pP hy = 0.4173 > 0.05). None Random Physical Geometrical 0 4 8 12 16 Quality of Experience Satisfaction Comfort Sensory Realism Score Figure 3.6: Quality of experience. The haptic feedback provided by the Physical and Geometrical models significantly improves the QoE. In order to evaluate the second hypothesis, which is that the HapSeat generates60 Chapter 3 Factor Model QoE Realism Sensory Comfort Satisfaction None 8.3578 1.2353 1.1618 3.6961 2.2647 x¯ 2.0741 0.3477 0.4325 0.8853 1.1608 σx Random 9.4479 2.4688 2.0625 2.3854 2.5313 x¯ 2.9550 0.9481 0.8190 1.0187 1.1324 σx Physical 14.1961 3.6471 3.6176 3.4020 3.5294 x¯ 2.5521 0.7451 0.7609 0.5790 0.8564 σx Geo. 15 3.9167 3.8333 3.3166 3.9333 x¯ 1.7904 0.5401 0.6099 0.5300 0.5936 σx F. Anova 35.7534 37.3958 36.1324 15.7554 32.6279 χ 2 3 3 3 3 3 df 8.44e −8 3.80e −8 7.02e −8 1.27e −3 3.86e −7 p *** *** *** * *** sig. Table 3.2: Means (¯x) and Standard deviations (σx) for each model with respects to each factor. A Friedman Anova (χ 2 , df, p.value) has been performed on each factor. QoE Geometrical None Physical None 1.5e −05 - - Physical 0.5575 6.5e −05 - Random 6.9e −05 0.4816 0.005 Realism Geometrical None Physical None 5.3e −06 - - Physical 0.4336 4.1e −06 - Random 0.0005 0.0004 0.0028 Sensory Geometrical None Physical None 5.5e −06 - - Physical 0.5169 5.2e −06 - Random 4.6e −05 0.0004 0.0002 Comfort Geometrical None Physical None 0.1575 - - Physical 0.4927 0.1664 - Random 0.0161 0.0064 0.0107 Satisfaction Geometrical None Physical None 0.002 - - Physical 0.4992 0.0095 - Random 0.0037 0.4992 0.0273 Table 3.3: Pairwise comparison of each model for each factor using Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction. a sensation of motion, the answers to the two questions of the Realism factor were analyzed (see Figure 3.7, Q1 on top and Q2 on bottom and Table 3.4). The results from Q1 suggest that the simulated motion was perceived as realistic (Friedman Anova p = 3.60e −05 < 0.05). A Wilcoxon test with the Holm-Bonferroni correction was also performed on our data (see Table 3.5). Again, no statistical difference between the Physical and Geometrical models is observed (Q1P = 3.6 ≈ Q1G = 3.8, p = 0.6356 > 0.05) but they are significantly different from the Random and None conditions (p < 0.05). The results from Q2 follow the same pattern. Both models provided a strong sensation of motion, significantly higher than Random and None conditions (Friedman Anova p < 0.05, Wilcoxon tests p < 0.05).User study 61 None Random Physical Geometrical 1 2 3 4 5 Realism Factor How much did this experience seem consistent with your real-world experiences? How strong was your feeling of self-motion? Score Figure 3.7: Realism factor details. Users found the simulation realistic and experienced a strong sensation of self-motion. Question Model Q1 Q2 None 1.2647 1.2059 x¯ 0.5338 0.3976 σx Random 2.1563 2.7813 x¯ 0.9259 1.0483 σx Physical 3.5588 3.7353 x¯ 0.7045 0.8860 σx Geometrical 3.8 4.0333 x¯ 0.5606 0.6935 σx F. Anova 20.4615 12.86 χ 2 2 2 df 3.60−05 1.61e −03 p *** * sig. Table 3.4: Means (¯x) and Standard deviations (σx) for each model with respects to Q1 and Q2. A Friedman Anova (χ 2 , df, p.value) has been performed on each question. Q1 Geometrical None Physical Q2 Geometrical None Physical None 4.5e −06 - - None 3.5e −06 - - Physical 0.6356 3.9e −06 - Physical 0.3743 3.5e −06 - Random 0.0002 0.0030 0.0005 Random 0.0045 0.0001 0.0238 Table 3.5: Pairwise comparison of each model for both question using Wilcoxon tests with the Holm-Bonferroni correction.62 Chapter 3 3.4.5 Discussion Our results suggest that the HapSeat does enhance the user experience during passive navigation simulation. Both rendering models significantly increased the QoE compared to the Random and None feedback conditions. Our results also suggest that the synchronization of the haptic effect with the visual content is important. In this study, no statistical differences are found between the Physical and Geometrical models. This is probably due to the nature of the simulation (car driving) which does not fully exploit the 6DoF. Only translation (car acceleration) and rotation (turns) were included in the two sequences tested. More complex content, such as spaceship flight or a rollercoaster ride, might produce results that highlight differences between the models. In addition, the parameters of the models could be tuned to increase their differences. Each one is composed of several factors which impact the use of the workspace. The Physical Model could also be improved by modeling the segments and joints of the user’s skeleton instead of treating the user as a single rigid body. We observed that the simulated motion was not perceived in the same way by all participants. Some of them found that the haptic feedback computed from our models was reversed. For instance, they expected to be pushed backward instead of being pulled forward when the car (real or virtual) was moving straight forward. However this observation was not consistent among all users. Some participants expected to feel the reaction force instead of the acceleration only during turns, but found the feedback acceptable for linear translations, i.e. when the car was going straight forward. Though some participants seem to prefer a reversed force feedback in specific cases, this does not mean that the output of the models should necessarily be reversed. One might posit two user profiles “direct” and “reversed” to address this, it can certainly be said that the design of the associated haptic feedback is not straightforward. The perception of motion simulated by force-feedback devices requires further evaluation. Studies are also needed to understand the influence of a haptic stimulus on the perception of a visual stimulus. Our device was reported as comfortable and user friendly. The perception of comfort was similar with and without haptic feedback, suggesting that no extra discomfort is introduced by the system. Nevertheless comfort could be improved, especially for the headrest. Some participants reported that the haptic feedback for the real car sequence contained too much vibration. This may be explained by the greater sensitivity of proximal joints to movement than distal joints [Jon00]. Similar displacements are perceived more strongly on the head than on the hands. If this vibration that contribute to realism when perceived by the user’s hand, might be too intense for the head. So far the haptic rendering for all actuators is the same. But dedicated algorithms could be implemented for each device. As a minimum, a low-pass filter could be applied on the output of the actuator H to reduce vibration. Attenuation coefficients can also be added and adjusted depending on the preference of the end-user.Chapter conclusion 63 3.5 Chapter conclusion In this chapter, we have introduced the HapSeat, a novel approach to the simulation of 6DoF effect of motion. Instead of moving the whole user’s body as it is traditionally done with motion platforms, we stimulate only parts of the body. Our hypothesis was that, coupled with a visual stimulus, these local stimulations could trigger a sensation of motion and thus improve the quality of experience. We used three force-feedback devices to stimulate the user’s hands and head when seated. A proof-of-concept prototype has been built, which rely on these three devices to simulate two moving armrests and a moving headrest. Two models were implemented to generate the effects of motion. The Physical model computes the forces supposed to be felt during a movement. The Geometrical model modifies the structure of the chair to match the position that characterizes the movement. A user study has been conducted to validate our concept. A methodology and metrics have been designed for this purpose. Results of the study show that the two control models succeed at enhancing the quality of experience during passive navigation. Several factors have been identified to measure the quality of experience (Realism, Comfort, Sensory, Satisfaction), and a dedicated questionnaire was designed. Furthermore participants reported having experienced a realistic sensation of self-motion. Thus it seems that our approach yields a new way to simulate a sensation of motion in a consumer environment and allows the creation of more immersive applications.64 Chapter 3Chapter 4 Haptic rendering for HAV based on a washout filter Contents 4.1 Washout filter for haptic rendering . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.2 Proof-of-concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.1 Haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.2 Haptic device: the HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.3 Control model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.4 Washout filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.5 Haptic rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2.6 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.3.1 Experimental conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.3.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.5 Application to a full video sequence . . . . . . . . . . . . . . 79 4.6 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 In the context of haptic-audiovisuals (HAV), recent works have proposed graphical authoring tools to create and synchronize haptic feedback to audiovisual content [WRTH13, Kim13]. These new tools allow to easily design haptic effects without knowledge on the control of haptic devices. But they also bring new challenges for the rendering of haptic effects. Haptic effects are designed independently from a specific device and its workspace. The haptic rendering algorithm has then to adapt the effects to the constraints of the device. Besides multiples haptic effects may have been created. The transitions between these effects must also be handled by the haptic rendering. 6566 Chapter 4 In this chapter we propose to improve the haptic rendering of HAV with a washout filter based on the human kinesthetic perception. A body model and an inverse kinematics algorithm are used to determine the user’s kinesthetic thresholds. The concept of our washout filter is introduced in section 4.1. The implementation is detailed in section 4.2, followed by the user study in section 4.3. Results are discussed in section 4.4 and the application of a full video sequence is presented in section 4.5. Finally conclusions are provided in section 4.6. 4.1 Washout filter for haptic rendering Washout Filter Haptic Effects Control Model Perceptive Optimizer Workspace Optimizer Haptic Rendering Haptic Device P Pp Pw FA PA E Figure 4.1: Washout filter for haptic rendering. Haptic effects E are converted into positions P for the actuator by a control model. The perceptive optimizer removes undesirable effects by limiting the movement of the actuator (Pp), and the workspace optimizer ensures that the limits of the workspace are respected (Pw). The force FA is then rendered by the device depending on its current position PA. Content creators can easily add trajectories or motion effects to audiovisual content thanks to authoring tools [WRTH13, Kim13]. For example, three separate forward movements may be defined (see Figure 4.2). Then a control model adapts the effects to the capabilities of the actuator and three forward movements are rendered (see Chapter 3 for an example of a control model). But, at the end of an effect, the actuator suddenly goes back to the central position, inducing a “counter-effect” which should not be perceived by the user. This problem has been solved for motion platforms where a washout filter is in charge of tacking back the device to a neutral position without making the user aware of this process. The platform is moved under the perceptual threshold of the vestibular system which is responsible for the sensation of motion (around 0.1m.s−2 [HJZ+02]). However these algorithms are not suitable for force-feedback devices which do not stimulate the vestibular system, but the kinesthetic system (perception of the force and movements). To tackle this issue, we propose a new workflow for the haptic rendering of HAV, based on a washout filter (see Figure 4.1). This washout filter reduces these countereffects while preserving the actual effects. Two steps compose the washout filter. First, the perceptive optimizer relies on kinesthetic perceptual thresholds to make the countereffects imperceptible. Then the workspace optimizer ensures that the maximum space of the workspace is exploited and that its limits are respected. Figure 4.2 shows the results of the washout filter on the three effects of our example.Proof-of-concept 67 max workspace Perceptive Optimizer Workspace Optimizer Control Model Effect Counter-effect min workspace Figure 4.2: Schematic example of the use of our washout filter. Three effects have been designed. Between the effects, the actuator suddenly goes back to the central position (counter-effects). The washout filter removes these counter-effects (Perceptive Optimizer) and optimizes the use of the workspace (Workspace Optimizer). 4.2 Proof-of-concept Our proof-of-concept is designed with the HapSeat, a force-feedback based motion simulator (see Chapter 3). The haptic effects are first formalized in this section, followed by a description of the device and the associated control model. Then the implementation of the washout filter is described and its performances are evaluated. 4.2.1 Haptic effects Haptic effects were designed with an editor allowing to synchronize them with a video (see Chapter 5). A haptic effect Ei of a global set of N haptic effects E = {Ei}1≤i≤N starts at an instant Ti of the video, has a duration of Di , and is described by Mi , a force (Cartesian coordinates xc, yc, zc) and a torque (three Euler angles φc, θc, ψc) at an instant t ∈ [Ti , Ti + Di ]: Mi(t) = [x i c (t), yi c (t), zi c (t), φi c (t), θi c (t), ψi c (t)] (4.1) 4.2.2 Haptic device: the HapSeat The HapSeat simulates motion sensations in consumer settings using local force-feedback devices (see Chapter 3). In the remainder of this paper the following notation is used. The actuators near to the head, left hand and right hand are labelled H, LA, and RA. Their central positions in their workspaces are named respectively GH, GLA and GRA, G being the center of the space. The workspace of one actuator is defined by W (in our case the dimension of W is 10×10×10cm). 4.2.3 Control model For a given haptic effect Ei , the control model for one local actuator A is formulated in terms of displacement from its initial and central position GA to the new position68 Chapter 4 G′ A , ∀t ∈ [Ti , Ti + Di ]: −−−−→ GAG ′ A(t) = f(T~(t), R~ (t)) (4.2) where f(T~(t), R~ (t)) = kT~(t)kT~(t) + kR~ (t)kR~ (t) kT~(t)k + kR~ (t)k (4.3) and T~(t) =   sx 0 0 0 sy 0 0 0 sz     x i c (t) y i c (t) z i c (t)   (4.4) R~ (t) = (Rx(mxφ i c (t))Ry(myθ i c (t))Rz(mzψ i c (t)) − I3) −−−→ GGA) (4.5) The function f is the combination of two vectors T~ and R~ which respectively uses the positions and rotations described by the trajectory Mi . The scaling factors sx, sy, sz, mx, my, mz map the motion effect to the workspace of the actuator. Rx, Ry and Rz are the 3D rotation matrices around their respective X, Y and Z axes and I3 is the identity matrix in dimension 3. From this equation, the new application points G′ H, G′ LA and G′ RA are computed from the initial points GH, GLA and GRA. The scaling factors are computed to use the workspace of each actuator in an optimal way, i.e. avoiding any saturation while using the largest space available. The computation of those scaling factors is performed by a preprocessing step consisting in finding the maximal amplitude of the displacement rendered by the three different actuators (H, LA, and RA). Eventually the position P computed by the control model for one actuator A can be defined as: P(t) = (−−−−→ GAG′ A (t), ∀t ∈ [Ti , Ti + Di ] 0, ∀t ∈]Ti + Di , Ti+1[ (4.6) Between haptic effects (∀t ∈]Ti+Di , Ti+1[), the actuator goes to the central position, which may induce counter-effects. Hence we propose the following washout filter to remove them. 4.2.4 Washout filter 4.2.4.1 User’s body model The kinesthetic perception is complex and includes several factors. According to Jones [Jon00], the kinesthetic perception is related to the angular speed of the joints of the moving limb. The faster the movement is, the lower the detection threshold is. Besides the joints do not have the same sensibility: proximal joints are more sensitive thanProof-of-concept 69 distal ones. Muscles play also a role in the detection threshold which decreases with the contraction of the muscles. Our approach consisted in designing a user’s body model to compute the kinesthetic perception. In this model we assume that the user is relaxed when watching a video, then the user’s perceptual thresholds are determined by angular speeds associated to each joint. The arms are considered as two segments (arm and forearm) and two joints (elbow and shoulder). The head and neck are composed by one segment and one joint respectively. The size of segments and the angle limits of joints are defined by anatomical data [SSS+10] and listed in Table 4.1. Constraints for the shoulders are not necessary because the movements imposed by the actuators are too small. Limb Size (cm) Neck and Head 16.8 Forearm 36.2 Arm 34.9 Positions x,y,z (cm) Left Shoulder (30,30,0) Right Shoulder (-30,30,0) Base Neck (0,30,0) Left Actuator (GLA) (30, -10, 40) Right Actuator (GRA) (-30, -10, 40) Head Actuator (GHA) (0, 46.8, 0) Constraints Angle (deg.) Elbow 0 to 140 Head (pitch) -65 to 40 Head (yaw) -50 to 50 Head (roll) -35 to 35 Table 4.1: Biomechanical constraints and parameters used in our model. 4.2.4.2 Perceptive optimizer The perceptive optimizer consists in moving the actuator toward its central position in a way that this movement is not perceived by the user. Hence the actuator speed needs to stay under the user’s perceptual threshold. Determining the angular speed of joints is a well known problem in computer animation. Given the skeleton of an arm composed by segments and joints and the given target position of the hand, multiple combination of angular speeds are possible. This kind of problem is solved by inverse kinematics algorithms. We use here the “cyclic coordinate descent” (CCD) algorithm which is effective for simple configurations with small amplitude of movements [Wel93]. The CCD is an iterative method which minimizes the distance between the end effector (in our case the hand or head) and the target position (the actuator) by modifying the angle of each joint. Starting from the70 Chapter 4 joint closest to the end effector the algorithm iterates through the kinematic chain to the farthest. The new position of the actuator computed by the perceptive optimizer can be defined as: Pp(t) = ( Pp(Ti) + P(t), ∀t ∈ [Ti , Ti + Di ] Pp(t − ∆t) + v∆t, ∀t ∈]Ti + Di , Ti+1[ (4.7) with ∆t the sampling time (typically 20ms) and v = arg min 0≤K(v,t) (kP(t − dt) + v∆tk) and Pp(0) = 0 (4.8) and the function K defined in Figure 4.3 Inverse Kinematics X K(v ,t)=min(Δθ ˙ th ) Δθ ˙ th=θ ˙ th−∣θ∣ ˙ θ ˙ th ∣θ∣ ˙ Perceptual Thresholds limb speeds amplitudes - + K(v ,t): v Body model at time t Figure 4.3: Function K determining the speeds of the actuator. The angular speeds of the joints are computed from the current speed v of the actuator. The speeds constrained by the perceptual thresholds are then calculated. Pp can also be written: Pp(t) = [P 1 p (t), P2 p (t), P3 p (t)]T (4.9) where P 1 p , P2 p , P3 p are the positions of Pp for the axes X, Y and Z respectively. 4.2.4.3 Workspace optimizer The previous step does not guarantee that the positions computed respect the limits of the workspace (see Figure 4.2). The workspace optimizer makes sure that these positions are compatible with the workspace of the actuator. An offset is performed to use the maximum space, and if necessary, the amplitude of the haptic effects is reduced. The new position computed by the workspace optimizer can be formalized as: Pw(t) =    Pp(t) if ∀t, Pp(t) ∈ W Pp(t) − Op s ∗ else (4.10) with s ∗ = min(s|∀t, Pp(t) − Op s ∈ W) (4.11)Proof-of-concept 71 where s ≥ 1 and Op = [O 1 p , O2 p , O3 p ] T (4.12) where O i p =    max t (P i p (t)) − min t (P i p (t)) 2    1≤i≤3 (4.13) 4.2.5 Haptic rendering The washout filter provides, at each instant t, the target position Pw for each actuator A. Most force-feedback devices (such as the Novint Falcons) are impedance haptic devices, and the position of the actuator is thus not directly controllable. Indeed this kind of device is designed to sense the current position of the actuator and to provide a force feedback to the user. The actual haptic rendering is performed thanks to a spring-damper model. The force F~A applied to an actuator A is computed by: F~A = k(P~w − P~A) − dV~A (4.14) where P~w is the targeted position, P~A the current position of the actuator, V~A its velocity, k the spring constant and d the damping constant. 4.2.6 Implementation 4.2.6.1 Perception thresholds The perception thresholds are key values in our system because they determine how much the counter-effects are reduced. These effects must be imperceptible. We de- fined thresholds by referring to the results described by Jones [Jon00]. The perceptual threshold for the elbow is around 1 deg.s−1 (angular speed of the joint). Proximal joints are known to be more sensitive than distal joints, thus we could set the thresholds for the shoulder and the neck to 0.5 deg.s−1 . Three profiles of perception thresholds have been designed (see Table 4.2). First one, entitled T1, is based on Jones’ results. Such angular speeds are small, and to respect these constraints the actuators have to move very slowly. The positions Pp computed might probably not fit the workspace (see Figure 4.2). The scaling factor s ∗ applied by the workspace optimizer might strongly reduce the actual effects. Thus we also propose less restrictive constraints to preserve the amplitude of the effects with the profiles T2 and T3. Besides in a context of HAV, the user’s attention is split between haptic and audiovisual feedback. Movements of an actuator might thus be not perceived with higher thresholds. Hence thresholds for T2 are higher than for T1, and those for T3 are higher than for T2. They were set empirically. As the output of the washout is non linear, determining such thresholds is not trivial. With T2 and T3 the counter-effects may be perceptible, but the scaling factor applied by the workspace optimizer will be lower than with the profile T1.72 Chapter 4 T1 Threshold (deg.s−1 ) Neck 0.5 Shoulder 0.5 Elbow 1 T2 Threshold (deg.s−1 ) Neck 1.5 Shoulder 1.5 Elbow 2.5 T3 Threshold (deg.s−1 ) Neck 3 Shoulder 3 Elbow 4 Table 4.2: Three profiles determining the user’s perceptual threshold. 4.2.6.2 Performance evaluation A first set of tests was conducted to assess the properties of our washout filter for each of the three profiles. We have first measured the time required for each profile to move an actuator from the edge of its workspace to the central position. The distance from the border to the center for the Novint Falcon is 5 cm. As expected, the lowest the perceptual threshold, the longest the time required to reach the central position: 1.8 secs for T3, 4.7 secs for T2 and more than 10 secs for T1 (see Figure 4.4). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 T1 T2 T3 time (s) distance (m) Figure 4.4: Time required for each profile, T1, T2 and T3, to move the actuator from the edge of its workspace to the central position. Second, we have evaluated the impact of each profile on the amplitude of the filtered effects. We have created several 15-second sequences with two to seven successive effects (as described in Section 4.2.1). The effects are identical which is the most critical situation for the haptic rendering: the actuator has to go several times in the same direction. Examples are available in Appendix A with sequences composed by three,User study 73 four and five effects (Figures A.1, A.2 and A.3 respectively). The more effects there are, the less time available there is for the perceptive optimizer, and the stronger the scaling s ∗ applied by the workspace optimizer (see Equation 4.11). Figure 4.5 depicts this scaling factor. We observed that with the profile T1, starting from two consecutive effects, the amplitude of the effects is decreased. As expected, the profile T2 less impacts the amplitude and the profile T3 even less. But when considering seven effects in a sequence the amplitude is reduced by at least 30% for each profile. 2 3 4 5 6 7 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 T1 T2 T3 Number of effects Scaling factor (1/s*) Figure 4.5: Scaling factor applied by the workspace optimizer. The more effects there are in a sequence, the more down-scaled they are. To conclude on this section, we observe that the profile T1 removes the countereffects, but it has a cost on the amplitude of the actual effects. By increasing the perceptual thresholds, with the profiles T2 and T3, amplitudes are more preserved but the counter-effects would become perceptible. 4.3 User study A user study was conducted to evaluate the relevance of this new haptic rendering for HAV. Our hypothesis is that the quality of haptic-audiovisual experience is better when counter-effects are not perceived (i.e. in presence of our washout filter). We also wanted to explore the influence of the thresholds on the quality of experience (QoE). We therefore tested the three profiles (T1, T2 and T3) and analyzed the perception of the QoE by users. Twenty participants took part in this experiment, aged from 23 to 52 (¯x=39.7 σx=9.21). Five were female and three left-handed. None of them was an expert user of force-feedback devices or motion platforms. 4.3.1 Experimental conditions To evaluate the impact of our washout filter on the haptic-audiovisual experience, we used four types of haptic feedback: T1, T2 and T3 respectively computed using the T1, T2 and T3 profiles. The fourth haptic feedback, T0, bypasses the washout filter.74 Chapter 4 Traveling right (2 secs) No effect (x secs) No effect (x secs) Video (15 secs) Traveling right (2 secs) Figure 4.6: Structure of the 15-second video sequences used in the user study. A video is composed by a succession of two sequences: a two-second traveling following a green character, and an x-second still shot of a man. The haptic rendering is directly computed from the positions P given by the control model. This feedback serves as a control condition to determine how the washout filter and the profiles modify the quality of experience. These four haptic feedbacks were compared against each others for three video sequences of 15 seconds, named S1, S2 and S3. They were designed according to the structure depicted in Figure 4.6: combinations of sequences of a traveling shots of a walking character (2 secs) and a still shot of a man (x secs). S1 is composed by a succession of three sequences (x=3 secs), S2 of four sequences (x=1.74 secs) and S3 of five sequences (x=1 sec). A haptic effect was associated to each traveling (movement toward the right). Then these three sequences exploit the different outputs observed in section 4.2.6.2 (see Figures A.1, A.2 and A.3). Then 4×3 haptic-audiovisual contents had to be experienced by each participant. 4.3.2 Procedure The experiment lasted around 20 minutes for each participant, comfortably installed on the HapSeat. The study was divided in three steps corresponding to the three sequences S1, S2 and S3. The steps were performed in a random order. For each, the participant had the possibility to experience the video and the four haptic feedbacks. They were asked to try each haptic-audiovisual content, as many times as needed, and to order the different haptic rendering from 1 (the best) to 4. Then they went to step 2 and 3 to experience the two others video sequences and associated haptic feedbacks. Finally an informal interview was conducted to collect more information about the user’s experience. 4.3.3 Results The normality of the distributions cannot be assumed according to the Shapiro-Wilk test. Hence results were analyzed using non-parametric tests: Friedman Anova and Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction. The main result of our study is that the three haptic feedbacks provided by the washout filter are preferred to the classical haptic feedback (see Figure 4.7, F. Anova: p < 0.05). The three profiles are not statistically different (Wilcoxon test: p > 0.05).User study 75 The analysis of the ranking for each video sequence provides the same results: the washout filter clearly improves the user’s experience, and there is still no difference between the profiles. A deeper analysis of the participants’ ranking is then necessary. S1 S2 S3 All 0 1 2 3 4 T0 T1 T2 T3 Rank Figure 4.7: Rankings for all sequences. Conditions with a washout filter are preferred to the control condition (T0). Sequence Profile All S1 S2 S3 T0 3.9 3.95 3.85 3.9 x¯ 0.48 0.22 0.67 0.44 σx T1 1.98 2.3 1.65 2 x¯ 0.83 0.86 0.67 0.86 σx T2 1.87 1.7 2 1.9 x¯ 0.85 0.80 0.92 0.85 σx T3 2.25 2.05 2.5 2.2 x¯ 0.84 0.83 0.76 0.89 σx F. Anova 80.2471 30.5294 26.8588 26.6471 χ 2 3 3 3 3 df 2.2e −16 1.068e −6 6.303e −6 6.981e −6 p *** *** *** *** sig. Table 4.3: Means (¯x) and Standard deviations (σx) for each profile with respects to each sequence. A Friedman Anova (χ 2 , df, p.value) has been performed on each sequence. The informal interviews at the end of the experiment led to interesting observations. We roughly identified three groups of participants. Some of them preferred a perfect match between the haptic feedback and the video, when counter-effects were imperceptible. Some preferred more dynamic effects and were more tolerant regarding the perception of counter-effects. So they could better understand when an effect starts and stops. Finally some participants did not have any preference between the three profiles, the results were acceptable in any case. We performed then a hierarchical76 Chapter 4 All T3 T2 T0 S1 T3 T2 T0 T2 0.071 - - T2 0.18 - - T0 2.0e −16 2.0e −16 - T0 1.1e −06 9.0e −07 - T1 0.144 0.568 2.0e −16 T1 0.57 0.12 4.0e −06 S2 T3 T2 T0 S3 T3 T2 T0 T2 0.278 - - T2 0.74 - - T0 1.0e −05 2.6e −05 - T0 4.3e −06 3.2e −06 - T1 0.023 0.265 7.8e −06 T1 0.74 0.74 7.3e −06 Table 4.4: Pairwise comparison of each sequence for each profile using Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction. cluster analysis of the participants’ ranking to determine if these three groups could be found [JMF99]. The distance between each participant was computed by an Euclidean distance on the whole set of rankings, and Ward’s method was used for the clustering (clusters are computed in a way that their variance is minimal). Results are displayed on a dendrogram where three groups may be identified (cut at height = 8, Figure 4.8). 3 2 19 5 14 4 6 11 15 8 9 13 18 7 1 10 16 12 17 20 0 2 4 6 8 10 Participant's id Height Group 1 Group 2 Group 3 Figure 4.8: Dendrogram of the cluster analysis. Three groups of 6 or 7 participants emerge. Our observations are confirmed by the analysis of the results of each group. The average ranking for Group 1, from the most preferred to the less, is: T1, T2, T3 and T0 (Figure 4.9). The four conditions are statistically different (F. Anova: p < 0.05, Wilcoxon p < 0.05). Group 3 has preferred the T2 profile (Wilcoxon test: p < 0.05), while T1 and T3 are not statistically different. Finally Group 2 reproduces the generalDiscussion 77 results. The three profiles performed better than the T0 but they are not statistically different. Ranking for each sequence was also analyzed but they follow the patterns observed for each group. Group 1 Group 2 Group 3 0 1 2 3 4 T0 T1 T2 T3 Rank Figure 4.9: Ranking of the groups for all sequences. Group 1 prefers the profile T1 while Group 3 prefers T2. The three profiles are not statistically different for Group 2. Sequence Profile Group 1 Group 2 Group 3 T0 3.86 3.94 3.90 x¯ 0.67 0.24 0.44 σx T1 1.29 2.11 2.57 x¯ 0.44 0.76 0.68 σx T2 2.10 2.33 1.24 x¯ 0.81 0.77 0.54 σx T3 2.76 1.61 2.29 x¯ 0.44 0.92 0.72 σx F. Anova 44.71 33 45.57 χ 2 3 3 3 df 1.1e −09 3.2e −07 7.0e −10 p *** *** *** sig. Table 4.5: Means (¯x) and Standard deviations (σx) for each profile with respects to each sequence. A Friedman Anova (χ 2 , df, p.value) has been performed on each sequence. 4.4 Discussion Taken together, our results suggest that the use of a washout filter improves the user’s quality of experience. Counter-effects are removed, or at least reduced, which seems to make the haptic-audiovisual content more enjoyable. Nevertheless it appears that the tuning of the washout filter for maximizing the quality of experience depends on the user.78 Chapter 4 Group 1 T3 T2 T0 T2 0.0026 - - T0 2.0e −07 5.9e −07 - T1 2.0e −07 0.0015 7.7e −08 Group 2 T3 T2 T0 T2 0.051 - - T0 3.1e −07 4.9e −07 - T1 0.105 0.266 8.9e −07 Group 2 T3 T2 T0 T2 4.7e −05 - - T0 1.3e −07 1.0e −08 - T1 0.23 3.2e −06 4.6e −07 Table 4.6: Pairwise comparison of each sequence for each profile using Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction. All participants reported that one of the haptic feedback provided continuous movement (i.e. actuators were not moving between the effects which corresponds to the pro- file T1). This means that the counter-effects were actually not perceived. This feedback was the favorite for participants of Group 1 for which the higher the perceptual threshold used, the worst the ranking of the haptic feedback. The precise synchronization of the haptic feedback with the video seems to be a key component in the quality of experience for certain users. On the contrary some participants have found the profile T1 less comfortable than the others. When the effect stopped, these users felt “being frozen” in a position different from the initial position, where all actuators are at rest. This perception may come from the muscles which do not support the same tension that in the initial position. Our model approximates the kinesthetic perception by the speed of joints and does not include the muscular perception. Then if the speed of the actuator is limited in a way to be not perceived, the off-center position is felt. This may explain why the profile T1 was not systematically preferred. In line with this observation, participants of the Group 3 have classified the profile T2 as the best. They reported that they perceived counter-effects but it was not disturbing due to their weak intensity compared to the actual effects. The rendering was also more comfortable than with the profile T1. With the profile T3, the intensities of the counter-effects were too strong to be ignored and induced effects not coherent with the video. From this experiment it appears that some users focus on the synchronization of the effects while others are more sensitive to the comfort of the position. But in both cases, counter-effects should be imperceptible. Not necessary from a kinesthetic pointof-view, but rather from a cognitive point-of-view. During a video viewing session, the user’s attention is divided between visual, auditive and haptic stimuli. Haptic effects could be not perceived while above the perceptual thresholds. Hence, in addition to the user’s sensibility, the perceptual thresholds for tuning a washout filter might be adjusted depending on the audiovisual context.Application to a full video sequence 79 4.5 Application to a full video sequence To complete this study we have tested the scalability of our approach in the context of a haptic movie. The new haptic rendering was applied on a movie enhanced with haptic effects. The movie used was “Sintel1” (see Figure 4.10), which total duration is around ten minutes. The haptic content was edited by a VFX artist thanks to a home made editor (see Chapter 5). Top part of Figure 4.11 shows an extract of the positions computed by the control model during a period of two minutes. Four counter-effects are present in this extract (represented by the grey rectangles). Figure 4.10: Screenshots of Sintel. Extract of the movie, from 4:44 to 7:02. Credit: Blender Fundation The effects processed by our washout filter, with the T1 profile, are displayed on the bottom of Figure 4.11. The offset and scaling performed by the workspace optimizer are clearly visible. As expected the amplitude of the effects are reduced compared to the original content. The modification resulting from the perceptive optimizer is visible on the last effect, where the duration between two effects is the longest (420 to 425 seconds). We informally asked to 11 volunteers to experience the two-minute extract of this haptic-movie. One time without washout filter, and another time with the washout and profile T1 (presented in a random order). They were asked to select their favorite sequence and to justify their choice. All of them reported that the haptic feedback is smoother with the washout filter, and this was appreciated. Almost two-thirds of the participants have clearly preferred the sequence with the washout filter enabled (7/11). The others found the amplitude of the haptic effects too small with the washout and preferred the other sequence. These first results follow those observed in the user study. The washout filter enables a smoother haptic rendering. A majority of users are focused on the synchronization of the haptic effects to the audiovisual content and prefer the use of a washout, whereas some others are more in demand for strong effects. But interestingly enough, this application proves that our haptic rendering works with real sequences. 1Credit: Blender Fundation. http://www.sintel.org80 Chapter 4 300 320 340 360 380 400 420 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 without washout filter X Y Z Time (s) Position (m) 300 320 340 360 380 400 420 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 with washout filter X Y Z Time (s) Position (m) Figure 4.11: Extract of the haptic effects for the full video. Haptic effects without the washout filter are displayed on top, with the washout filter and the profile T1 on the bottom.Chapter conclusion 81 4.6 Chapter conclusion In this chapter, we have presented a new haptic rendering algorithm for force-feedback device in a HAV context. It relies on a washout filter based on the kinesthetic perception. A user’s body model is used to compute the angular speed of the joints of the moving limbs. These speeds are compared to perceptual thresholds to determine if the movement of the force-feedback device is felt. This movement can be then adjusted in order to make undesirable effects imperceptible. Moreover, three profiles with different perceptual thresholds have been designed to explore different implementation of rendering. The results from a user study showed that the washout filter globally improves the QoE during video viewing. Besides, the results provided interesting insights regarding the tuning of such a washout filter. Parameters should be adjusted depending on the user’s kinesthetic sensibility and perception of the audiovisual content. The haptic rendering was also applied to a full video sequence, showing the scalability of our approach.82 Chapter 4Part II Producing Haptic Effects: Tools and Techniques for Creating Haptic-Audiovisual Content 83Chapter 5 H-Studio: an authoring tool for adding haptic and motion effects to audiovisual content Contents 5.1 The authoring tool: H-Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.1 Manual motion effect edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.1.2 Automatic creation of motion effect . . . . . . . . . . . . . . 88 5.1.3 Preview of motion effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2.1 Capturing test sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2.2 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.3 Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.4 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.2.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Despite the increasing interest for haptic effects in the context of audiovisual content, one main problem remains: how to design and when to insert haptic or motion effects in a given movie timeline so that the final effect may be relevant for the user? The selection of effects is strongly linked to the content (explosions, fast motions, camera effects) and some of them may be automatically proposed and placed on the timeline on the basis of the audiovisual content analysis. But the creative part of the author should provide a better final result, with optimal choice and placement of effects. It seems therefore necessary to provide content creators with authoring tools, easy-to-use and similar to their usual editing tools. But few editors already exists and they do not allow to intuitively edit 6DoF effects of motion. This chapter describes such a tool and introduces a novel user interface dedicated to the creation of haptic and motion effects: the H-Studio. The authoring tool and 8586 Chapter 5 its new features are detailed in section 5.1. In this work we focus on the creation of complex motion effects by proposing three editing methods. Two methods take advantage of a force-feedback device to enable the intuitive creation of motion effects. The third allows the import of real-world data. Such data are provided by a novel capture device we have designed, combining an inertial measurement unit and a video camera. Moreover, the authoring tool features the preview of motion effects rendered on a force-feedback device. A user study has been conducted to evaluate the quality of motion effect captured by our device, and more generally, the impact of the haptic feedback on the user’s quality of experience. Protocol and results are presented in section 5.2. Finally conclusion is provided in section 5.3. 5.1 The authoring tool: H-Studio We propose a new authoring tool to easily edit and preview haptic and motion effects. The interface of the editor, inspired from traditional video editing software, is composed of three main parts: a preview of the video, a timeline for the synchronization of effects and a menu with the parameters of the current effect (see Figure 5.2). So far, two types of effects are supported: vibration and motion. Two tracks are displayed above the timeline, each one is dedicated to one type of effect. The editor could easily be extended by the addition of more tracks associated to new haptic effects. To create an effect, the user determines when it starts and stops on a track, then defines waypoints. A parameter menu allows to finely tune each waypoint and data are interpolated between them (linear interpolation). An effect can also be saved in a library in order to be reused. Parameters for vibration effects are quite simple to edit: amplitude and frequency. The vibration is a sinusoidal signal created from these two parameters. The editor also proposes to automatically create vibrations from the audio track of the video content. The audio signal is directly used to represent the vibration effect. A filter is applied to adapt the signal to the capabilities of the vibrating device. This is a classical technique already used in the literature. Motion effects are however less trivial to edit due to the 6DoF which all have to be set at a time: three linear accelerations (ax, ay, az) and three rotational speeds (wx, wy, wz) [SACH10]. A motion effect can be formalized as: Mt = [ax, ay, az, wx, wy, wz] t (5.1) We focus here on the edition of motion effects. We propose two methods relying on a force-feedback device to intuitively design motion effects (see Figure 5.1). Moreover, we also propose a new capture device to create a video augmented with motion effects. Captured data can directly be imported in the editor. Finally, whatever the method used, the motion effect can be previewed on the force-feedback device. The content creator can thus directly feel the synchronization and dynamics of the motion effects, without using a cumbersome motion platform.The authoring tool: H-Studio 87 Capture device: video and motion recording H-Studio: processing and authoring Force-feedback device: authoring and preview Figure 5.1: Overview of the H-Studio. Video and motion effects can be imported from our capture device, or manually edited thanks to a force-feedback device. This device can also be used to preview motion effects. 5.1.1 Manual motion effect edition As it is not a simple task for the user to imagine a movement in 6DoF, we propose two methods to manually edit motion effects, taking advantage of a force-feedback device. 5.1.1.1 Waypoint edition using a force-feedback device This first method enables a force-feedback device to edit motion parameters for each waypoint (see Figure 5.2). A waypoint is set at an instant t when the creator clicks on the timeline. An effect of motion Mt is associated to this waypoint. By manipulating the force-feedback device, the creator can directly set a direction vector and an orientation, which represent the acceleration (ax, ay, az) and rotational speed (wx, wy, wz) for the instant t. For example, if the creator moves the actuator forward, the motion effect is set as a forward acceleration. The bigger the amplitude of the creator’s movement is, the bigger the amplitude of the motion effect is. In our implementation we rely on a Novint Falcon, a low-cost 3DoF force-feedback device [NOV]. Only the direction or the orientation can be edited at a time. This approach should easily be extended to a 6DoF device. 5.1.1.2 Trajectory recording from a force-feedback device Creating a complex effect might be tedious with the previous technique as motion parameters must be edited for each waypoint. The second proposed method is to record a trajectory thanks to the force-feedback device without using waypoints. The creator directly moves the device while the video is playing for a duration previously defined. The drawn trajectory represents the motion effect M. This solution is more intuitive although the synchronization with the video could be less easy. When the user starts the recording, the positions of the actuator are sampled at 30Hz and stored in a simple “csv” file. A timestamp is associated to each sample. Here again we rely on a Novint Falcon which allows to record 3DoF motion effects. But this technique is easily extendable to a 6DoF force-feedback device.88 Chapter 5 A/V Content Track Parameters of Motion Effect Timeline Figure 5.2: Screenshot of H-Studio. A motion effect is being edited: direction (represented by an arrow) and orientation (represented by a car) are defined at an instant t. 5.1.2 Automatic creation of motion effect The previous method allows to create complex trajectories, but designing a highly realistic motion effect as it would be felt in the real world is not straightforward. Then we have developed a new capture device to record motion effects during the shooting of the video. 5.1.2.1 Capture device The capture device is a combined system making use of an inertial measurement unit (IMU) and of a high definition camera dedicated to sportive activities. A complete integrated prototype combining the IMU, its battery and the camera has been developed. As the system is designed to be fixed on an actor (first-person point of view recording), it is robust enough to resist to different conditions of recording (see Figure 5.3b). The IMU we chose is the Ultimate IMU board which combines an ADXL345 ac-The authoring tool: H-Studio 89 celerometer, an ITG-3200 gyroscope and a HMC-5843 electronic compass (see Figure 5.3a). The first component records the 3-axis accelerations of the board ar, the second one quantifies the rotational speed of the board around its 3 axes, wr, and the last component allows a geocentric orientation by giving an estimation of the local magnetic field, cr. An additional micro-SD memory card may be embedded on the board and allows the recording of the three raw signals. A dedicated middleware has been developed and uploaded onto the Ultimate IMU to set the recording process of ar, wr and cr to 30Hz. A timestamp is associated to each sample. A filtering is necessary to reduce the noise of the original signal. For practical reasons, the filtering is actually performed on the IMU. More precisely, the three sensors data were natively sampled at 200Hz but due to limitations with the writing speed on the embedded micro-SD, samples were averaged and down-sampled at 30Hz. This averaging step results in a low-pass filtering of the raw signal. Complementary, a Camsports HDS-720p was selected to record the scene corresponding to the current point of view of the actor (see Figure 5.3a). The camera is a HD bullet camera. It uses a 120 degrees wide-angled lens and integrates a built-in 4GB memory chipset. The spatial resolution of this device is 1280×720p at a frequency of 30fps. It is water-proof and is able to handle harsh environments. It finally integrates a mono-channel microphone. (a) Prototype composed by (A) a Camsports HDS-720p and (B) an Ultimate IMU board. (b) The prototype is fixed on an actor’s chest and records motion on three axes. Figure 5.3: Overview of the device capturing both video and motion. 5.1.2.2 Processing of the captured motion signals Both the video and the motion effect captured by the device can be imported into the H-Studio. To synchronize the IMU and the camera, which do not offer possibilities of external synchronization, a mechanical trick is used (very similar to the audiovisual synchronization techniques traditionally used in movie making). Before each record, three little pats are given on the prototype which cause a fast and big peak in both90 Chapter 5 the acceleration signals of the IMU and the audio stream of the camera. Basic signal processing techniques are then used to make those peaks match in both signals (variance-based threshold). The signal recorded by the IMU has to be processed in order to be rendered on a haptic device. The main processing to apply is linked to the gravitational component g included in the raw acceleration ar. This latter is quite important regarding the other external sources of acceleration and can mask some useful information needed to render a motion feeling. The board orientation is estimated using the approach described by Sabatini [Sab06]. This latter especially combines the use of a quaternion-based representation of the board attitude and a dedicated extended Kalman filter to estimate the board orientation by merging the information coming from the three sensors (gyroscope, accelerometer and magnetometer). This operation allows to estimate the direction of the gravity (vertical) ng[k] in the accelerometer frame (frame A) at each time sample k. The raw acceleration vector ar is therefore updated by removing the quantity, kgkng[k], from each sample ar[k]. The new acceleration vector a[k] = {ax[k], ay[k], az[k]} t may be formalized, at each time sample k, by: a[k] = ar[k] − kgkng[k] (5.2) In our context the captured motion effect is thus defined by: Mt = [ax, ay, az, wrx, wry, wrz] t (5.3) Extra operations may be performed for enhancing the signal for a better rendering for the end-user. They may be simple operations to remove artifacts or artificial modulation (reduction or amplification) of some parts of interest in the Mt to underline specific haptic events. 5.1.3 Preview of motion effects Once edited, the creator may want to preview the motion effect. However, end-devices (such as motion platforms) are not always available or would not be convenient for a quick preview. In line with the approach proposed by Ouarti et al. [OLB09], we propose to use a force-feedback device to preview these effects. Figure 5.4 shows the setup used to render the motion effects. An open-loop rendering system was introduced to display motion effect Mt . Our implementation relies on the Novint Falcon which proposes 3DoF force-feedback rendering. Only the acceleration composing the motion effect Mt was rendered as a force vector F, defined as F[k] = {Fx[k], Fy[k], Fz[k]} t . To be rendered on the haptic device, an axis permutation of the signal M has to be performed to align the axes of the accelerometer (frame A) with the axis of the device (frame D). The associated permutation matrix is termed P A D . Besides a scaling of the data is necessary to adapt the amplitude of the signal M to the workspace ofUser study 91 the device. The force rendered by the haptic device may be finally formalized by: F =   sx 0 0 0 sy 0 0 0 sz  P A D (M) (5.4) In our context, the matrix simply switches the axes Y and Z of A in D. A complementary step reverses the Z-axis as the force-feedback device is placed in front of the user and it is supposed to pull the user’s hand when the recorded acceleration is positive on the z-axis. The scaling factors sx, sy and sz for each axis are assumed to be constant (independent of the time sample) and empirically set according to experimental feedback. During the haptic rendering, the force F is computed for each sample M and oversampled (piecewise constant interpolation) to meet the requirements of the 1kHz haptic rendering loop frequency. 5.2 User study The user study is focused on the evaluation of captured motion effects when previewed on a force-feedback device. We wanted to evaluate the realism of the motion effects captured by our device which is a key factor in the design of such effect. Also we evaluated the preview of such effects on one force-feedback device. More generally, we wanted to study the impact of the haptic feedback on the user’s quality of experience (QoE [Jai04, Kil08]). In our context, the QoE may be defined as the measure of the user’ subjective experience with haptic-audiovisual content. The realism is then a component of this QoE. Our hypothesis is that the haptic feedback improves this experience, even with a limited setup. 15 participants have taken part to the experiment. They were aged from 21 to 59 (¯x=27.8 σx=9.7), nine were Male, one participant was left-handed, eight never used a force-feedback device. The whole experiment lasted from 30 to 40 minutes. Each participant was first introduced to the Novint Falcon and given a demonstration of its force capabilities. This step aimed to reduce the “surprise effect” for novice users. Participants were asked to passively experience each stimulus (see Figure 5.4 and Section 5.2.1) and then answer a questionnaire (see Section 5.2.3). A post-test questionnaire with open questions was also submitted in order to collect more details about the users’ feelings. 5.2.1 Capturing test sequences Our motion capture prototype was used to create several samples of audiovisual content enriched with motion effects. We identified four scenarios to represent different kinds of motion feelings (Figure 5.5). The prototype was placed on an actor’s chest and we obtained the following contents:92 Chapter 5 Figure 5.4: A participant experiences one of the video sequence enriched with motion effects. 1. Bike. The objective of this scenario is to capture low-amplitude movements. The actor is performing outdoor cycling and a succession of vertical movements with small amplitude is captured. (duration 61s). 2. Horse. In this case the actor is riding a galloping horse and feels recurrent top-down movements. High-amplitude vertical movements are captured. (duration 60s). 3. Car turning. In this scenario, the actor is inside a car engaged in a roundabout. The centrifugal force makes him feel pushed on a side. The captured motion is felt as strong and long. (duration 45s). 4. Car Braking. This last scenario aims to capture a strong punctual movement. The actor is in a car strongly braking and feels a strong force pushing him forward during few seconds. (duration 75s). (a) Outdoor cycling (b) Horse riding (c) Car turning (d) Car braking Figure 5.5: Tests Scenarios.User study 93 5.2.2 Variables In order to evaluate the user’s QoE for each sequence we defined three types of haptic feedback to be rendered with the video: 1. Realistic Feedback. The captured haptic feedback, consistent with the sequences. 2. No Feedback. Only the audiovisual content is displayed. The goal of this condition is to measure the QoE of a classical audiovisual content. This will be used as a reference to evaluate the interest of a haptic feedback for a video. 3. Random Feedback. A random haptic feedback made of a low-pass filtered white noise (cutoff frequency Fc = 0.5Hz) with the same length and amplitude than the consistent haptic feedback. This feedback is not consistent with the video and will be used to evaluate the interest of providing a realistic haptic feedback. Combining the whole set of possibilities, 12 conditions (4 videos sequences × 3 types of haptic feedback) are obtained and were tested in each experiment in order to evaluate the QoE, our independent variable. These conditions were presented in a random order to the participants. 5.2.3 Measures A questionnaire was designed to evaluate the QoE of a video enriched with haptic feedback. It was built around the Presence [WS98] and Usability [TA08] concepts (similarly to the questionnaire used in Chapter 3). Presence aims at measuring how much the user feels being physically situated in a virtual environment. Witmer and Singer [WS98] identified four factors to determine the presence: Control, Sensory, Realism and Distraction. “Control” determines how much the user can control and modify objects within the virtual environment. “Sensory” characterizes how each sensory modality is solicited during the interaction. “Realism” describes how much the environment is realistic and consistent with user’s representation of the real world. “Distraction” identifies how much the user is disturbed by the apparatus used to create the virtual world. From this definition we focused on two factors: Realism and Sensory. As the user is passive with our system, Control factor was not relevant here. Moreover we did not measure Distraction in our QoE questionnaire, but this aspect was interesting and was evaluated in the post-test questionnaire. Usability is defined by the norm ISO 9241-11 and aims at measuring how easy a system is to use. Three factors composed this concept: Efficiency, Effectiveness and Satisfaction. This latter measures how well the user enjoyed the system. “Effectiveness” means how well a user can perform a task while “Efficiency” indicates how much efforts are required. These two factors were not totally suitable for our system in the sense that it was not designed to perform a task. We preferred to use the term of Comfort to measure how well was the system to provide feedback. Satisfaction was however fully relevant in our situation.94 Chapter 5 Hence, the QoE of our system was evaluated by four items : Realism, Sensory, Comfort and Satisfaction (see Table 5.1). We defined only one question by item supposed to be rated on a five-point Likert-scale. The QoE is computed by the sum of these four items. This way the QoE questionnaire is easy to fill in and can be submitted for each condition. Factor Question Realism How much did your experiences in the virtual environment seem consistent with your realworld experiences? Sensory How much did the haptic feedback improve the interaction? Comfort Was the system comfortable? Satisfaction Was the system pleasant to use? Table 5.1: QoE Questionnaire. Each question is rated on a 5-point Likert-scale from 1 (Not at all) to 5 (Totally). 5.2.4 Results The collected data were four notes (associated to Realism, Sensory, Comfort and Satisfaction; from 1 to 5) for each condition per participant. The sum of these notes gives the score for the QoE per conditions per participant. The normality of the distributions was tested with the Shapiro-Wilk test and was rejected most of the time. Hence nonparametric tests were used to analyze the results presented in this section (Friedman Anova and Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction). We first looked at the result for all the video sequences combined (see Table 5.2). QoERealistic (¯x = 15.3, σx = 2.6) has the highest score, followed by QoERandom (¯x = 10.2, σx = 1.6) and QoEN o (¯x = 7.5, σx = 2.1). This result, depicted on Figure 5.6, is significant according to the Friedman Anova (p < 0.05). We have also observed that the QoE for each individual sequence follows the same pattern (Figure 5.7). Figure 5.6 shows the mean score for each item of the QoE, for the three feedback conditions. The more realistic the feedback, the higher the Realism, Sensory and Satisfaction scores (see Table 5.2). These results are also significant according to Friedman Anova and Wilcoxon tests (see Table 5.3). However Comfort appears to be relatively stable all along the experiment (¯xN one = 2.9, ¯xRandom = 3.2, ¯xRealistic = 3.6). According to Wilcoxon test they are indeed statistically equivalent. Finally we observed that the QoERealistic remains the same for those who never used a Novint Falcon (¯x = 15.5 σx = 2.9) and for those who did (¯x = 15.25 σx = 2.5). The expertise of the participant do not affect the result significantly (Wilcoxon test, p = 0.77).User study 95 No Feedback Random Feedback Realistic Feedback 0 4 8 12 16 20 QoE for all sequences - Details Realism Sensory Comfort Satisfaction Score Figure 5.6: QoE of each haptic feedback and details of the components. The Comfort component of the QoE remains the same whatever the feedback perceived. However the three others increase with no feedback, random feedback and realistic feedback respectively. Factor Model QoE Realism Sensory Comfort Satisfaction None 7.4833 1.3333 1.1167 2.9167 2.1167 x¯ 1.5597 0.5147 0.2476 1.0965 0.9252 σx Random 10.2333 1.9167 2.4 3.1500 2.7667 x¯ 2.1391 0.5147 0.4706 0.8854 0.8987 σx Real 15.3667 3.8167 3.9167 3.5500 4.0833 x¯ 2.6184 0.7819 0.8746 0.8194 0.7599 σx F. Anova 24.7119 24.0339 26.678 8.7917 23.0526 χ 2 2 2 2 2 2 df 4.30e −6 6.04e −6 1.61e −6 0.0123 9.867e −6 p *** *** *** * *** sig. Table 5.2: Means (¯x) and Standard deviations (σx) for each model with respects to each factor. A Friedman Anova (χ 2 , df, p.value) has been performed on each factor. 5.2.5 Discussion The main result of this study is that the motion effect captured by our device is perceived as realistic and such effect improves the QoE. Moreover the expertise of participants with a force-feedback device does not affect the QoE. This observation let us think that our main result is not due to a “surprise effect” and that the setup is suitable for nonexpert users. This study has also brought interesting results regarding the design of motion effects96 Chapter 5 Bike Car Turning Car Braking Horse 0 4 8 12 16 20 QoE per sequence No Feedback Random Feedback Realistic Feedback Score Figure 5.7: QoE of each sequence and haptic feedback. For each sequences, participants found that a realistic haptic feedback improves the experience. Interestingly a random feedback was more appreciated that no feedback. QoE No Random Random 0.0016 - Real 1.2e −5 0.0002 Realism No Random Random 0.004 - Real 1.2e −5 2.9e −5 Sensory No Random Random 7.3e −6 - Real 5.0e −6 0.0001 Comfort No Random Random 0.48 - Real 0.12 0.48 Satisfaction No Random Random 0.06 - Real 0.0002 0.002 Table 5.3: Pairwise comparison of each model for each factor using Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction. for video viewing context. QoE increases with haptic feedback and more particularly with haptic feedback consistent with audiovisual content. However the low score obtained by sequences without haptic feedback (No Feedback condition) can be in part due to our experimental protocol. Whatever the condition, participants were asked to hold the force-feedback device in their dominant hand. Thus they might have been frustrated by the absence of feedback. Obviously if there is a haptic device, people are expecting haptic feedback. We have also observed that haptic feedback may change user’s perception of the audiovisual content, especially if the meaning of the video is ambiguous. For instance one cannot see a bike in the bike sequence although a head of a horse is visible in the horse sequence as well as a part of a car in the two car sequences. During the experiment a participant thought that the bike sequence represented a buggy riding video because he felt that the haptic feedback (Realistic Feedback condition) was closed to his ownChapter conclusion 97 buggy driving experience. Thus it appears that users build a mental representation of the multimedia content consistent with their own experience, and it is interesting to see how haptic feedback can influence this representation when audiovisual content is ambiguous. Another interesting behavior was observed while participant experienced video enriched with random feedback. Most of them tried to find a meaning for this haptic feedback, from their own personal experience. This observation may explain higher QoE for random feedback than for no feedback. The phenomenon was particularly highlighted in the Car Turning and Car Braking conditions. Several participants supposed that the haptic feedback was mapped to the gear shift of the car. This can also explain why QoE for Random Feedback in these two conditions is better than in Bike and Horse conditions. Finally participants reported in the post-test questionnaire to feel comfortable all along the experiment although the position of the arm and the hand-grip were reported as quite uncomfortable. This setup is obviously not suitable for watching a two-hour movie but is suitable in a previewing context. This first user study yielded interesting results for designing motion effects. Therefore, research efforts are necessary to determine when the user perceives a haptic feedback as consistent or not with an audiovisual content. This will help to finely design effects necessary to trigger an immersion feeling. The evaluation of the two other editing methods is also necessary. A usability study should be conducted to evaluate the strengths and weaknesses of each method. 5.3 Chapter conclusion This chapter introduces the H-Studio, a new authoring tool to create haptic and motion effects for audiovisual content. Three methods are proposed for the edition of motion effects. The first method enables the manual edition of motion parameters (acceleration and rotation speed) thanks to a force-feedback device. The second method allows to directly draw a trajectory using this device. The trajectory represents the motion effect. The third method consists in the import of real motion captures. Such captures can be performed by a new device we proposed, allowing to record both audiovisual content and motion effects. The authored effects may be easily previewed, which enables an iterative design process. Our playback system relies on a force-feedback device to make the user feel the motion effects while watching the video. Finally we have conducted a user study and presented a questionnaire to evaluate users’ quality of experience when previewing captured effects. Results show that the user experience increases with a realistic haptic feedback. Besides they bring useful insights for designing motion effects. This new tool could simplify the creation of haptic-audiovisual content. This brings a new way to experience multimedia content and can enhance many viewing contexts such as movies, extreme sports videos or video games.98 Chapter 5Chapter 6 Toward haptic cinematography: enhancing movie experience with haptic effects based on cinematographic camera motions Contents 6.1 Haptic cinematography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.1.1 Taxonomy of haptic effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.1.2 Camera effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.1.3 Haptic effects based on camera effects . . . . . . . . . . . . . 102 6.2 Proof-of-concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.2.1 Audiovisual content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.2.2 Haptic device: the HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.2.3 Cinematic model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.2.4 Semantic model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.2.5 Haptic rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.3 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.3.1 Experimental plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.3.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.3.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.5 Chapter conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Today, haptic-audiovisual (HAV) where users see, hear and physically feel the content, is mostly experienced in “4D cinemas” or amusement parks. But new devices are developed to bring this technology to consumers. A typical example is the seat developed by the D-Box company. With the provision of new haptic devices, appears the 99100 Chapter 6 necessity to create new HAV contents, and to design new modalities for the creation of haptic effects. Haptic effects often represent physical events occurring in an audiovisual scene. However many other aspects could be enhanced. In this chapter, we propose to consider haptics as a new component of the filmmaker’s toolkit. We dubbed this approach Haptic Cinematography. A taxonomy of haptic effects that classifies potential haptic effects for audiovisual content and the context in which they may be used is first presented in section 6.1. Among the possible effects, the coupling of haptic effects with cinematographic camera motions has not been addressed. Hence we introduce a new type of haptic effect related to camera motions (referred as camera effects) that are used by movie makers to convey meaning or to create emotion. We propose two models to render camera effects on haptic devices. The first model is designed to make the viewer feel the movement of the camera, the second provides a haptic metaphor related to the semantics of the camera effect. The proof-of-concept is described in section 6.2, followed by the user study in section 6.3. Discussion and conclusions are provided in sections 6.4 and 6.5. 6.1 Haptic cinematography Cinematography encapsulates both the art of making movies and the associated techniques (camera work, staging, lighting, sound, montage, etc.) [TB09]. In order to improve users’ experience, many others effects have been added: special visual effects, spatialized sound, 3D technology, etc and we believe that haptics should also be included in the filmmaker’s toolkit. We introduce the concept of Haptic Cinematography which represents the techniques to create haptic effects in order to produce a HAV content and organize effects in a taxonomy (see Figure 6.1). 6.1.1 Taxonomy of haptic effects A parallel can be drawn between the role of haptic effects and the one of audio in movies: audio is used for increasing the realism (sound effects) but also to create ambiance (music). These two categories of audio content are known as diegetic sounds, a sound for which the source belongs to the diegesis (the recounted story), and nondiegetic sounds, a sound for which the source is neither visible nor implied in the action, typically such as a narrator’s comment or mood music [TB09]. In a similar way, haptic effects can be classified into diegetic and non-diegetic effects. Diegetic haptic effects can enhance physical events happening (and usually visible) in the audiovisual content in a similar way to how haptic effects are used in virtual reality applications. Two subcategories may be identified: local or global. Local effects are associated to one object in the scene: e.g. force-feedback [OO03] or vibrations [KCRO10] related to events occuring with an onscreen character or vibrations representing the position of the ball in the soccer game [uR08]. Global effects refer to effects related to the environment. This could be vibrations associated to an earthquake in aHaptic cinematography 101 Haptic Effects Diegetic Global Environment Local Object Actor First-person POV NonDiegetic Camera Focal Length Zoom Vertigo Physical Movement Panning Tilting Crane Shot Traveling Arcing Editing Cut Fade Dissolve Pacing Wipe Sound Music Effects Voiceover Context Ambiance Emotion Figure 6.1: Taxonomy of haptic effects for audiovisual content. Items in boxes are categories and those linked with dash lines are examples. movie or a system allowing users to touch the objects within the scene (see Cha et al.’s touchable TV [CES09]). Non-diegetic effects refer to elements not attached to the fictional world depicted by the story. Davenport et al.’s have proposed a model of the shot which includes non-diegetic elements [DSP91]. From this model, we identified four categories of nondiegetic haptic effects. The first category of effects is related to non-diegetic sounds (i.e. music, voice-over, etc.). Here haptic effects would highlight particular sound effects or music [LC13]. In a second category, haptic effects underline the context, i.e. the ambiance or emotion (Lemmens et al.’s jacket [LCB+09]). More generally the design of such effects would take advantage of research results in affective haptics to convey emotion through haptic feedback [TNP+09]. A third category contains effects related to102 Chapter 6 the camera parameters, focal length and physical movement, which are used by movie makers to achieve visual effects. Editing techniques could be used in a similar way. The editing process is another tool employed by movie makers to convey emotion or meaning [TB09]. For example the “pacing”, the rhythm due to the succession of shots, may create tension. A haptic effect could follow this rhythm to increase the tension. To the best of our knowledge, no work relied on the camera or editing to create haptic effects. Similar techniques may exist in the field of virtual reality where the user can manipulate the camera. But our proposal fundamentally targets a different context: the association of haptics to cinematographic elements. There is no interaction and the aim is more to increase the cinematic experience than only moving the user’s point of view. These cinematographic techniques are intensively used to convey meaning or emotion. Our hypothesis is that haptic feedback may underline these effects and therefore improve the quality of the video viewing experience. To illustrate this approach we focus on enhancing camera effects with haptic effects. 6.1.2 Camera effects A camera effect consists in modifying the camera parameters such as the position of the camera or the focal length to obtain a specific visual effect [TB09]. If there is no strict rule, camera effects are generally associated to a specific purpose. For example, the “Vertigo” effect, also known as “Dolly Zoom”, has been democratized by Alfred Hitchcock in his Vertigo movie released in 1958. This effect is a combination of a zoomout and a forward movement of the camera. The result is that the environment around the framed object is being distorted, which induces a sensation of vertigo. We identified seven main representative camera effects from the cinematography literature [Mas98, TB09]: three movements (Crane Shot, Arcing and Traveling), two rotations (Dutch Angle and Tilting), one modification of the field of view (Zoom) and Vertigo. Table 6.1 describes how they are created and the purpose for which they are commonly employed. 6.1.3 Haptic effects based on camera effects We designed haptic effects to underline the visual effects achieved by the camera motions: the vertigo sensation of the Vertigo effect, the feeling of instability triggered by a Dutch Angle or the movement of the camera during a Traveling. We proposed two different models to render haptic effects based on camera effects. The first one aims at making the user feel the movement of the camera (a zoom is considered as a forward movement). This model is called Cinematic Model. We assume that information about the position, pose and field of view of the camera is available and can be used to drive a haptic device. The second model renders a haptic effect which is related to the purpose of the cinematographic effect (see Table 6.2). We dubbed this model Semantic Model. In this case the effect is manually authored and would be designed as a metaphor for the cinematographic effect.Proof-of-concept 103 Camera Effect Description Purpose Camera Parameter Crane Shot Vertical movement such as a lift-off Feeling of omniscience over the characters yc, φc Dutch Angle Tilting to a side Underline physiological uneasiness or tension ψc Arcing Circle movement around the framed object Increase the importance of the scene xc, zc, θc Traveling Lateral movement Follow an object or actor xc Tilting Rotation in a vertical plane from a fixed position End with low angle: feeling of inferiority regarding the framed object φc Zoom-in Modification of the focal length Attract attention toward an object γc Vertigo Zoom-out while the camera moves forward Sensation of vertigo or strangeness zc, γc Table 6.1: Cinematographic camera effects. They are typical movements along one or more degrees of freedom and/or a modification of the focal length and they are usually associated to a specific meaning [Mas98, TB09]. The last column indicates which parameters of Equation 6.1 are modified in order to generate the effect. Both models convert the camera effect into a haptic feedback. Then their implementation depends on the targeted haptic device. But the concept is applicable to any type of haptic device: force-feedback devices, tactile devices or even motion platforms. 6.2 Proof-of-concept To evaluate the relevance of our approach, we have created seven video sequences illustrating the camera effects listed in Table 6.1. Then our two models were implemented and designed to render effects on the HapSeat, a novel haptic device which simulates sense of motion (see Chapter 3). 6.2.1 Audiovisual content As already mentioned in the related work section, there are several ways to generate a video augmented with motion data: camera properties may be captured during production, they may be extracted from metadata in the AV content or they may be computed from image processing algorithms [Tho06]. Here a 3D engine has been used to generate video sequences illustrating the seven104 Chapter 6 camera effects. We used a classical camera model to represent the position of the camera in space (Cartesian coordinates xc, yc, zc), its orientation (three Euler angles φc, θc, ψc) and the value of its field of view, γc, for each instant t [CON08]: C t = [xc, yc, zc, φc, θc, ψc, γc] t (6.1) The 3D scene shows two characters animated with an idle behavior in a building (see Figure 6.2). The scene is voluntarily neutral to highlight the camera effect and to avoid potential distracting elements. The cinematographic effects were produced by modifying the camera parameters. For example a Traveling is a modification of the xc parameter or a Tilting is a change of the φc parameter (see Table 6.1). The duration of a sequence was seven seconds: the camera stayed still for the first second, then camera parameters were modified in a way to produce a continuous effect during five seconds and finally it stayed still again for one second (hence reproducing the classical usage of cinematographic camera motions in movies). The screenshots of the created sequences are available in appendix C. Figure 6.2: Screenshots of the Crane Shot sequence. The viewpoint displayed at the beginning of the sequence is modified by the movement of the camera (from left to right pictures). 6.2.2 Haptic device: the HapSeat Haptic effects were rendered on the HapSeat (see Chapter 3). In the remainder of this chapter the following notation is used. The actuators near the head, left hand and right hand are labeled H, LA, and RA. Their central positions in their workspaces are named respectively GH, GLA and GRA, G being the center of the space. The size of the workspace of one actuator is 10×10×10 cm. 6.2.3 Cinematic model The purpose of this model is to mimic the movement of the camera for which all parameters are available. It is an extension of the Geometrical model described in Chapter 3. The command law to control one local actuator A is formulated in terms of displacement from its initial and central position GA to the new position G′ A : −−−−→ GAG ′ A = f(T , ~ R, ~ F~ ) (6.2)Proof-of-concept 105 where f(T , ~ R, ~ F~ ) = kT~kT~ + kR~ kR~ + kF~ kF~ kT~k + kR~ k + kF~ k (6.3) and T~ =   kx 0 0 0 ky 0 0 0 kz     xc yc zc   (6.4) R~ = (Rx(mxφc(t))Ry(myθc(t))Rz(mzψc(t)) − I3) −−−→ GGA) (6.5) F~ =   0 0 0 0 0 0 0 0 sz     0 0 γc   (6.6) The function f is the combination of three vectors T~, R~ and F~ which respectively uses the positions, pose and focal length parameters of the camera model (Equation 6.1). kx, ky, kz, mx, my, mz, sz are some scaling factors to map the motion of the camera in the workspace of the actuator. Rx, Ry and Rz are the 3D rotation matrices around their respective X, Y and Z axes and I3 is the identity matrix of R3 . From this equation, the new application points G′ H, G′ LA and G′ RA are computed from the initial points GH, GLA and GRA. The scaling factors are computed to use the workspace of each actuator in an optimal way, by finding a compromise to avoid any saturation while using the largest space available. The computation of those scaling factors is performed by a preprocessing step consisting in finding the maximal amplitude of displacement rendered by the three different actuators. The output of this model is specific in the case of the Vertigo effect. The effect is composed by a combination of a forward movement (input of Equation 6.4) plus a zoom-out (which is considered as a backward movement by Equation 6.6). Thus the model produces no movement for this effect. For the other cases the user will follow the movement of the camera described in Table 6.1: for the Zoom-in, the user feels a forward movement (see Figure 6.3); for the Dutch Angle, the user feels a rotation (left actuator goes down while the right one goes up); for the Traveling, the user feels a lateral movement; etc. The output for all the sequences is provided in appendix B. 6.2.4 Semantic model The second model aims at evoking the purpose of the camera effect. For example, the Dutch Angle is often used to show that something strange is happening (Table 6.1). The associated haptic effect should therefore highlight this sensation of strangeness.106 Chapter 6 Camera Effect Metaphor Description Implementation Crane Shot Flying away User feels several up and down movements as a bird taking off. Actuators are going up then down with an increasing intensity. Dutch Angle Instability User sways from left to right, as on a boat. Left actuator goes up while the right one goes down and vice versa. Arcing Intensification User’s hands are getting closer in a movement to represent a concentration. All actuators are moving towards the center G. Traveling Crab walk Hands movement mimic a crab walk following the camera movement. Right actuator move toward the right. Then it slightly goes back to its initial position while the left actuator move toward the right. And so on. Tilting Inferiority User’s hands and head go down to make the user feel smaller than the framed object. All actuators go down. Zoom-in Walk forward User’s hands movement mimic a forward walk. Similar to crab walk except that the actuators move forward. Vertigo Vertigo User’s hands move away from each other as if the environment is being extended. All actuators are moving away from the center G. Table 6.2: Semantic model. Description of haptic metaphors for camera effects. Different types of movements were designed to explore the potential of haptic feedback for camera effects. The haptic effects have been designed with a home-made editor allowing us to determine the position G′ A of each actuator in time (the H-Studio, see Chapter 5). The metaphors were rendered as linear movements for the Arcing, Tilting and Vertigo while more dynamic patterns were used for the other sequences. MoreoverProof-of-concept 107 with the individual motions of each actuator, we created more complex sensations than the Cinematic model. Figure 6.3 shows the difference between the two models for the Zoom-in sequence. Table 6.2 describes these haptic effects dedicated to the HapSeat and what the user is supposed to feel. The implementation of each metaphor is provided in appendix B. -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure 6.3: Output of the models for the Zoom-in sequence (position of each actuator). With the Cinematic model (left), the user feels a global forward movement. With the Semantic model (right), a walk forward is simulated. Movements of the left and right actuators are desynchronized. 6.2.5 Haptic rendering The models provide, for each instant t of the simulation, the target position G′ A (namely G′ H, G′ LA and G′ RA) for each actuator A (namely H, LA and RA). Most force-feedback devices (such as the Novint Falcons) are impedance haptic devices, and the position of the actuator is thus not directly controllable. Indeed this kind of device is designed to sense the current position of the actuator and to provide a force feedback to the user. A spring-damper model is thus used to control these devices in pseudo-position. The force F~A applied to an actuator A is computed by:108 Chapter 6 F~A = k(G~′ A − P~A) − dV~A (6.7) where G~′ A is the targeted position, P~A the current position of the actuator, V~A its velocity, k the spring constant and d the damping constant. A haptic-audiovisual player has been developed to play back both video sequences synchronized with haptic feedback. The haptic loop runs at 1KHz and the value of the force F~A is updated at each instant t. 6.3 User study A user study was conducted to evaluate the influence of our haptic effects on the quality of experience (QoE [Jai04, Kil08]), i.e. the subjective user’s experience with haptic-audiovisual content. Our hypothesis is that a movie enhanced with our haptic effects provides a better user experience than with a regular movie. Thirty-eight participants took part in this experiment, aged from 14 to 53 (¯x=36.39 σx=10.47). Nine were female, 3 left-handed and 9 already used a Novint Falcon. None of them was an expert user of force-feedback devices or motion platforms. 6.3.1 Experimental plan To evaluate the impact of our models on the QoE, we used four types of haptic feedback. 1. Cinematic Feedback: haptic feedback computed using the Cinematic model 2. Semantic Feedback: haptic feedback computed using the Semantic model. 3. No Haptic Feedback: only the video was displayed, the actuators remained in the center of their workspace. 4. Random Feedback: haptic feedback computed from a low-pass filtered white noise (cutoff frequency Fc = 0.5Hz). The No Haptic Feedback corresponds to a regular movie viewing session and serves as a control condition to show how the others feedback modify the QoE. The Random Feedback, not synchronized with the video, is used to evaluate the influence of a synchronous feedback on the QoE. To compare the models we selected a pairwise comparison method: for each video sequence, every feedback was compared against all the others. This led to 6 couples of haptic feedback per sequence (except for the Vertigo where the Cinematic feedback is equal to the No Haptic Feedback. There were 3 couples in this case). For our 7 sequences, we obtained a total of 6 × 6 + 3 = 39 couples (conditions). In order to avoid effect order, the inverse of each couple had also to be tested. Therefore each participant tried 78 conditions.User study 109 6.3.2 Procedure The duration of the study was about 30 minutes, the participant was comfortably installed on the HapSeat (see Figure 6.4). The experiment included a training phase in which the participant experienced the seven videos associated to one of the four haptic feedback (randomly chosen). Then the 78 conditions were presented in a random order. Participants were allowed to take a break at any time. For a condition, the participant experienced one video plus an associated haptic effect, then the same video plus a different haptic effect. The requested task was to select the favorite sequence by pressing a button. The next condition was then automatically started. Finally a post-test questionnaire was submitted to collect more information about the user’s experience. Figure 6.4: Experimental Setup, front view (left) and back view (right). The participant experiences haptic effects while watching a video. The video sequences were made short, seven seconds, to prevent the experiment from being too long and too tiring for the participants. A pilot study was conducted to make sure that the duration of each video sequence was enough to complete the task. 6.3.3 Results A point was given to a model each time it was chosen by a participant (scores were normalized from 0 to 1 the maximum score). The scores are displayed in Figures 6.5 and 6.6. Scores are denoted by S Y X with X for the model and Y for the sequence. The normality of the distributions cannot be assumed according to the Shapiro-Wilk test. Hence non-parametric tests were used to analyze these results: Friedman Anova and Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction (see tables 6.3 and 6.4).110 Chapter 6 The main result is that the haptic feedback computed from the Cinematic model improves the QoE (Friedman Anova: p < 0.05). The score for this model is significantly higher than the score for the None condition (S All C = 0.78 > SAll N = 0.5, Wilcoxon: p < 0.05). The score for the Random condition is significantly lower than the others (Wilcoxon: p < 0.05) which would mean that a haptic feedback not consistent with the video sequence decreases the QoE. Interestingly the haptic feedback provided by the Semantic model is not significantly different from the None condition (S All S = 0.51 ≈ S All N = 0.5, Wilcoxon: p > 0.05). But this a priori equality requires a deeper analysis. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 QoE for all sequences Cinematic Random None Semantic Score Figure 6.5: Average results for all sequences. The Cinematic model improves the quality of experience compared to the None condition. Sequence Model Arcing Crane Shot Dutch Angle Tilting Traveling Vertigo Zoom All Cinematic 0.82 0.93 0.88 0.75 0.89 n/a 0.84 0.78 x¯ 0.17 0.11 0.14 0.20 0.12 n/a 0.20 0.24 σx Semantic 0.65 0.34 0.36 0.73 0.43 0.58 0.46 0.51 x¯ 0.18 0.13 0.15 0.23 0.19 0.11 0.21 0.22 σx Random 0.14 0.13 0.15 0.12 0.13 0.07 0.09 0.12 x¯ 0.23 0.21 0.20 0.15 0.16 0.14 0.14 0.18 σx None 0.40 0.61 0.61 0.40 0.56 0.36 0.61 0.50 x¯ 0.19 0.21 0.24 0.20 0.20 0.13 0.25 0.23 σx F. Anova 73.9407 83.6925 78.1257 76.0279 84.0592 57.3099 74.2951 446.7869 χ 2 3 3 3 3 3 2 3 3 df 6.11e−16 2.2e−16 2.2e−16 2.2e−16 2.2e−16 3.59e−13 5.13e−16 2.2e−16 p *** *** *** *** *** *** *** *** sig. Table 6.3: Means (¯x) and Standard deviations (σx) of the score in percent, for each model with respects to each sequence. A Friedman Anova (χ 2 , df, p.value) has been performed on each sequence.Discussion 111 The scores for each model and for each sequence are depicted in Figure 6.6. The tendency observed previously is still valid: the score for Cinematic model is higher than None which is higher than Random. Except for the Vertigo sequence where the Cinematic model is not applicable in the sense that it provides the same feedback as the None condition. Scores for the Semantic and None conditions are different though. Haptic feedback from the Semantic model provides a higher QoE for the Vertigo, Arcing and Tilting sequences (Wilcoxon: p < 0.05). For the Tilting sequence, it is not significantly different from the Cinematic condition (S T i S = 0.73 ≈ S T i C = 0.75, Wilcoxon: p > 0.05). Otherwise the score is lower than the None conditions for the other sequences (Wilcoxon: p < 0.05). Arcing Cinematic None Random Crane S. Cinematic None Random None 1.4e −10 - - None 1.4e −09 - - Random 3.6e −11 1.1e −05 - Random 2.2e −12 6.5e −08 - Semantic 0.00011 1.1e −06 1.5e −09 Semantic 1.2e −13 3.5e −07 2.4e −07 Dutch A. Cinematic None Random Tilting Cinematic None Random None 2.2e −06 - - None 1.0e −08 - - Random 6.7e −12 6.3e −08 - Random 1.3e −11 1.0e −06 - Semantic 2.4e −12 1.8e −05 1.8e −05 Semantic 0.83 1.0e −06 1.6e −11 Traveling Cinematic None Random Vertigo None Random None 7.6e −10 - - Random 2.4e −09 - Random 5.1e −13 4.6e −09 - Semantic 1.2e −09 8.3e −13 Semantic 2.7e −11 0.0012 1.9e −08 Zoom Cinematic None Random All Cinematic None Random None 9.2e −06 - - None < 2e −16 - - Random 1.3e −13 9.4e −11 - Random < 2e −16 < 2e −16 - Semantic 1.0e −09 0.0044 2.8e −10 Semantic < 2e −16 0.61 < 2e −16 Table 6.4: Pairwise comparison of each model for each sequence using Wilcoxon test with Holm-Bonferroni correction. 6.4 Discussion Our results suggest that haptic feedback related to camera effects improves the quality of video viewing experience. Besides, the haptic feedback has to be well-designed otherwise the QoE is decreased such as with the Random feedback. Haptic effects directly related to the camera movements (i.e. computed from Cinematic model) seem relevant for all sequences while a metaphoric approach manually created with strong hypothesis (i.e. Semantic model) is successful for particular cases. In this study the Semantic model was preferred to the None condition for three sequences out of seven. The metaphors for these sequences (Arcing, Tilting and Vertigo) were rendered as linear movements while the others were non linear. As the movements of the camera were also linear, we think that the dynamic between the visual stimulus and the haptic feedback is important for users. A huge difference would lead to a feeling of desynchronization. This point may be confirmed by the results of our previous studies (see Chapters 3 and 5): the Random feedback was preferred to the None feedback with112 Chapter 6 Crane Shot Dutch Angle Traveling Zoom Vertigo Arcing Tilting 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 QoE per sequence Cinematic Semantic Random None Score Figure 6.6: Detailed results for all sequences. Score for Semantic model is higher than the score for None for Vertigo, Arcing and Tilting sequences. Score for the Cinematic model is always the highest. first-person point-of-view video sequences of dynamic events (horse ride, bike ride, car drive). In this case, this feedback was not perceived as totally incoherent. We have also observed that the direction of the movement of the actuators seems to less impact the QoE. For the Tilting sequence the output of the Cinematic model is a backward rotation while the output of the Semantic model is a downward movement of all actuators. Directions are different but both were equally appreciated. Interestingly the metaphors are recognized by several participants. They reported in the post-test questionnaire something similar to a “foot walk” or a “crab walk” for the Zoom-In and Traveling sequences. Some of them even recognized the “flying away” metaphor for the Crane Shot sequence. This would mean that the semantics associated to these effects is understood. However they reported that these haptic effects are not easy to interpret because of the lack of context. According to them, this would work for first-person point-of-view videos or video games where the audience can assume being the main character. Moreover cinematographic effects like the Dutch Angle are designed to be uncomfortable for the user, so the related haptic metaphors are not inclined to be chosen over a None feedback. From these observations we would say that (1) the visual feedback determines the context (dominance of visual over haptic modality). Then (2) the haptic feedback may be perceived as coherent if its dynamic is similar to the visual motion, but (3) it seems unnecessary to follow the same direction. Hence haptic effects should start and stopChapter conclusion 113 with the visual stimulus (synchronization) and respect its dynamic (coherence). Deeper investigations are required to determine precise thresholds of the haptic perception in multimedia context, but these results represent a first step in the provision of guidelines for haptic designers. 6.5 Chapter conclusion In this chapter we exploited the potential of haptics which we considered as a new medium, equivalent to image and sound. We introduced the notion of Haptic Cinematography and we proposed a taxonomy of haptic effects for audiovisual content. More precisely a new kind of haptic effects based on cinematographic camera motions was detailed. These cinematographic techniques are extensively used by movie makers to create emotion or ambiance. We believe that haptic feedback can underline these techniques and enhance the video viewing experience. We proposed two models to render such haptic effects: the Cinematic model where parameters of the camera are directly used to make users feel the movement of the camera, and the Semantic model based on metaphors reproducing the meaning usually conveyed by the motion of the camera. These two models were implemented on the HapSeat. A user study was conducted to evaluate the relevance of this approach. Results showed that the haptic feedback computed with our models improves the quality of experience while a random haptic feedback decreases it. More precisely the Cinematic model is well adapted to all sequences while the Semantic model seems effective for specific conditions. In addition, effects should be designed according to the dynamic of the camera movement but the direction of the haptic and camera motions may be different.114 Chapter 6Chapter 7 Conclusion In this Ph.D. manuscript we studied the potential of haptic feedback for enhancing the audiovisual experience. The main goal was to improve the video viewing experience by the stimulation of the haptic modality. We followed two research axes corresponding to two fundamental challenges in the recent field of haptic-audiovisuals (HAV). The first axis (Part I) focused on the rendering of haptic effects in video viewing settings. The two objectives of this axis were to propose a new haptic device dedicated to video viewing scenarios, and to adapt haptic rendering algorithms to the haptic-audiovisual experience. The second axis (Part II) focused on the production of haptic-audiovisual content. Two objectives were also defined: developing new tools and techniques to enable the creation of haptic effects, and exploring combinations of haptic feedback and audiovisual content in order to propose new haptic effects. We first studied and presented the state-of-the-art in the field of HAV (Chapter 2). The three main challenges of HAV, namely production, distribution and rendering of haptic effects were covered. Existing works related to each challenge were detailed. Besides, techniques and metrics to evaluate the haptic-audiovisual experience were presented. From this review we identified few devices providing a wide range of sensations and suitable for video viewing settings. Research opportunities on the design of haptic effects, as well as on the development of new authoring tools, also appeared. In the first part of this manuscript we have studied the rendering of haptic effects in video viewing context. We have designed a new device suitable for consumer settings and have developed a new haptic rendering algorithm for haptic-audiovisual content. To provide haptic feedback in video viewing scenarios, we proposed the HapSeat, a new device to render 6DoF sensation of motion thanks to three local forcefeedback devices (Chapter 3). These actuators, embedded in an armchair structure, apply forces on the user’s head and hands mimicking mobile headrest and armrests. We designed two control models to explore different ways to generate sensations of motion with this setup. The Physical model provides the local forces supposed to be felt during a movement, and the Geometrical model reproduces the position and attitude 115116 Conclusion characterizing a movement. A user study showed that the HapSeat and both control models succeed in increasing the user’s experience in passive navigation scenarios as well as providing a realistic sensation of motion. Then we focused on the haptic rendering for haptic-audiovisual content (Chapter 4). Haptic effects may be designed independently from a specific haptic device, and can happen in a noncontinuous way. To handle the rendering of such effects, we introduce the use of a new washout filter for force-feedback devices. We relied on a user’s body model to compute kinesthetic perception thresholds. This allows to enhance the haptic rendering and to adapt the haptic feedback to the workspace of the device. A user study was conducted to identify the key parameters in the design of a washout filter. Three profiles were designed, and it appeared that the washout filter should be adjusted depending on the user’s preference regarding the synchronization of the effects with the video or their amplitude. The results were generalized by an experiment on an actual short film enhanced with haptic effects. In the second part of the manuscript we have proposed new tools and techniques to create haptic-audiovisual content. We proposed a new authoring tool offering novel creative perspectives to content creators and we introduced the Haptic Cinematography which consider haptics as a medium equivalent to image and sound. We first introduced the H-Studio, a novel authoring tool which enables the creation of haptic-audiovisual content (Chapter 5). The tool allows the design of motion effects and their synchronization with a video. Three editing methods were proposed. Two methods take advantage of a force-feedback device to manually edit motion effects: either by setting a direction and an orientation at specific instant of the video or by directly drawing a trajectory. The third method consists in capturing a video and the motion effects. For this purpose we developed a new input device combining a video camera and an inertial measurement unit. Finally, this authoring tool can render motion effects on a force-feedback device, enabling the preview of the effects. A user study showed that the captured motion effects are perceived as realistic and enhance the quality of the audiovisual experience. Then we explored the potential of haptic feedback for audiovisuals through the Haptic Cinematography (Chapter 6). We first proposed a taxonomy of haptic effects, and we focused on the coupling of haptic feedback with cinematographic camera motions. We introduced two models to generate such effects. The Cinematic models make the user follow the movements of the camera, and the Semantic model provides haptic metaphors for the camera effects. Results from the user study showed that the direct mapping of the movement of the camera on a haptic device improves the user’s experience. Haptic metaphors are also successfully conveyed but need to respect the dynamic of the visual scene to be perceived as coherent.Conclusion 117 Future Work The work presented in this manuscript leaves some questions unanswered, which could be addressed in short-term future work. We present future research possibilities according to our four objectives presented in the introduction of this manuscript. New haptic device dedicated to video viewing settings ❼ Prototype. The prototype of the HapSeat stimulates the user’s head and hands. It would be interesting to add more points of stimulation in order to increase the user’s immersion. The stimulation of the feet or the legs could significantly improve the setup. In the current configuration the user’s feet touch the ground which may be contradictory with a motion effect. Also, a lack of feedback could be felt between the force-feedback devices, reducing the sensation of a global effect of motion. Small actuators could fill the gap between these devices, making the haptic feedback more united. The addition of vibrating motors, in the back for instance, would also be an interesting enhancement of the setup. The HapSeat could be combined with the seat designed by Israr et al. for instance [IP11]. ❼ Control Models. The models provide the same haptic feedback for the head and the hands (in terms of amplitude). Results from the user studies pointed out that the rendering applied to the head has to be managed differently than for the hands. The movement of the actuator does not need to be large to be perceived. Moreover vibrations applied to the head decrease the comfort of the setup. Such effects are really immersive but have to be limited to the hands. The Physical model could also be improved by relying on a human body model instead of a rigid body model. The forces computed would thus be more realistic. ❼ Evaluation. Further evaluations could be conducted to finely characterize the simulation of motion with the HapSeat. Simulation providing 6DoF motion effects should be used to explore the full potential of the setup. Besides a comparison to a classical motion simulator could be useful. Even if the HapSeat is not designed to provide a strong sensation of motion, it would be interesting to identify to what extent it could replace a motion platform. New haptic rendering algorithm for haptic-audiovisual scenarios ❼ Optimization of the washout filter. Three profiles have been defined to tune the washout filter. One focuses on the synchronization between the effects and the video while the others try to preserve the amplitude of the effects. The washout filter may be improved in order to limit the trade-off between synchronization and amplitude. The global scaling performed by the algorithm could be replaced by a more local and dynamic scaling. Besides user studies are required to evaluate how users perceive the difference between amplitudes of movements. It may not be necessary to keep the exact amplitude of the effects.118 Conclusion ❼ Cognitive washout. Further studies are required to understand the integration of haptic-audiovisual stimuli by the user. While watching a video the user’s attention might be focused on the screen, and therefore the kinesthetic perception may be less sensitive. Hence the washout filter could be performed at a cognitive level rather than a pure haptic level. New authoring tool for creating of haptic effects ❼ Usability studies. Three methods for designing motion effects were proposed: two methods relying on a force-feedback device to manually edit effects and one method based on the import of motion effects from a capture device. Only this last method was evaluated. A user study of the two others methods would also be necessary to identify the usage for which one would be better than another. Besides user studies should be conducted with VFX artists who may be the future users of such a tool. ❼ Automatic Extraction. The automatic extraction of haptic effects has been quickly addressed with the generation of vibration effects from the audio track of the video. This feature could be adapted to the generation of motion effects from the visual content [Tho06] or metadata (the MPEG-7 format includes information about the camera [CSP02]). Such a feature could help the content creator to quickly prototype a motion effect which could then be adjusted. New haptic effects for enriching the haptic-audiovisual experience ❼ Exploring the taxonomy of haptic effects. The coupling of haptic feedback and cinematographic camera effects was studied in details. But others effects were proposed in the taxonomy (related to the montage, the music, etc.). Deeper investigations could then be conducted to evaluate those effects. ❼ Combination of diegetic and non-diegetic effects. The studies in this manuscript focused on the use of diegetic or non-diegetic effects. A combination of these two types, as it is already done for the sound in movie, could be worthy of study. But further investigations are required to understand how such effects can be combined and what would be the impact on the user’s experience. Long-Term Perspectives In addition to the short-term future work mentioned above, this Ph.D. thesis also paves the way for new research directions and long-term views. Some of these aspects are described below. Production of haptic effects The authoring tool presented in this manuscript focuses on the edition of vibration and motion effects. But the range of haptic sensation is much more wider, and manyConclusion 119 others effects may be included in such a haptic editor (pressure, temperature, etc.). However the ideal editor cannot be a simple extension of the current approaches where each haptic effect is represented by a track ([WRTH13, Kim13] and the H-Studio). The edition of complex haptic sensation would be complex. Future research could focus on the design of rich haptic sensations, potentially located on multiple part of the user’s body. In line with the edition of numerous haptic sensations, new capture devices may be designed to record haptic effects during the shooting of the audiovisual content. For example, data related to the temperature or the wind direction in the scene could be recorded. Actors could also be equipped with pressure sensors. Data would then be used to recreate the ambiance during video viewing and to increase the immersion of the audience. With haptics considered as an actual medium, shooting a movie would mean capturing images, sound and also haptic information. More generally the edition of haptic effects should be integrated in the process of movie making. From the shooting to the post-production. This could lead to the new professional activity of “haptographers” which may be seen as an equivalent of the existing “stereographers” specialized in 3D for movies. To reach this goal, research on HAV should be conducted in parallel to research in cinematography. Nevertheless, HAV is not limited to the video viewing context. Many other entertainment applications could benefits from the contributions in this field of study. Obviously video games could directly use the results but this may open new perspectives for education, tele-learning, tele-contact, medical simulation, etc. [EOEC11]. Distribution of haptic effects The issue of distributing haptic effects was not addressed in this manuscript. At the time of starting this Ph.D. thesis, the MPEG group was formalizing the MPEG-V, a standard defining sensorial effects (haptic but also visual and olfactory effects) for audiovisual content. Such a standard is necessary to democratize and distribute videos enhanced with haptic effects. Results from the new field of study of HAV will probably highlight the limits of this young standard and also contribute to its evolution. For example the concept of haptic metaphors presented in Chapter 6 is hardly compatible with this format. Yet it would be interesting to describe such high-level effects. The main challenge in the formalizing of haptic effects is to describe haptic sensations independently from any device, while providing enough information to enable this sensation to be generated by a mechanical device. Research has to be conducted to map haptic sensations to haptic stimuli. For example Obrist et al. have linked tactile experiences to vibrotactile stiumulii [OSS13]. Such results could be useful to improve the MPEG-V or to design other standards. Rendering of haptic effects Research perspectives in the rendering of haptic effects can be seen from hardware and software point-of-views. Today haptic hardware provides only one type of sensation120 Conclusion (force, vibration, pressure, etc.), localized on a specific part of the body (usually the hand). Yet a haptic experience is a full-body experience resulting from multiple sensations at a time. The potential of the sense of touch is thus not fully exploited. Research on the haptic perception is required as well as research in mechanical engineering to enable the development of new devices. On the software side, haptic rendering algorithms should handle the variety of haptic devices. The work presented in this manuscript focused on one type of video viewing context, where the user is comfortably seated (home cinema or movie theater). But movies are now consumed on TV, computers, tablets or even mobile phones. The video is already adapted to the screen resolution to optimize the user experience [CLM08]. In a same way, haptic rendering could adapt the generation of haptic effects according to the devices available. A motion effect will be then rendered differently if the video is watched in a 4D theater equipped with motion platforms, at home on a HapSeat or on a mobile phone embedding a vibration motor. Evaluation of the quality of experience In this manuscript, the quality of experience was systematically evaluated for every contribution proposed. It appeared however that the QoE with haptic-audiovisuals is difficult to characterize and there is a lack in the literature on this new topic. The QoE is mostly evaluated through questionnaires which are relevant for collecting the subjective user’s experience. The capture of physiological data could be an interesting technique to collect a more objective measure. In a first approach to evaluate the QoE, we identified several components of the QoE (Realism, Sensory, Comfort and Satisfaction). User studies are needed to evaluate these factors. The next step would be to build a model of the haptic-audiovisual experience. Such an approach is proposed by Hamam et al. through a taxonomy of items composing the QoE with haptic applications [HESG08]. Furthers studies are required to validate these factors and to determine how much each of them contribute to the QoE. Such a model should not be limited to the simple addition of haptics to audiovisuals though. Research is currently conducted on the evaluation of the quality of the video viewing experience augmented with other cues such as 3D [HTBLC11] or sensorial effects [WT10]. Eventually the model of the QoE should include all these effects. But there is still a lot to do in each field of study to understand how each individual cue impacts the QoE. Therefore merging of all the effects in order to design a complete model of the quality of the video viewing experience will probably bring new and interesting challenges. A lot of work remains to be done in order to make HAV a mature technology. Nevertheless the recent research results and technology developments assess the growing interest in this new field of study. There is no doubt that haptics has the potential to enhance the audiovisual experience and will be used to create more and more immersive applications. We hope that the work presented in this manuscript is a first step along this ambitious path.Appendix A Haptic Effects Used in Chapter 4 (Washout Filter) 121122 Haptic Effects Used in the User Study of the Washout Filter 0 2 4 6 8 10 12 14 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 T0 T1 Time (s) Position (m) 0 2 4 6 8 10 12 14 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 T2 T3 Time (s) Position (m) Figure A.1: Haptic effects for the sequence S1. The curves show the positions of an actuator according to the profile selected (T0, T1, T2 or T3). Three effects have been designed here.Haptic Effects Used in the User Study of the Washout Filter 123 0 2 4 6 8 10 12 14 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 T0 T1 Time (s) Position (m) 0 2 4 6 8 10 12 14 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 T2 T3 Time (s) Position (m) Figure A.2: Haptic effects for the sequence S2. The curves show the positions of an actuator according to the profile selected (T0, T1, T2 or T3). Four effects have been designed.124 Haptic Effects Used in the User Study of the Washout Filter 0 2 4 6 8 10 12 14 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 T0 T1 Time (s) Position (m) 0 2 4 6 8 10 12 14 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 T2 T3 Time (s) Position (m) Figure A.3: Haptic effects for the sequence S3. The curves show the positions of an actuator according to the profile selected (T0, T1, T2 or T3). Five effects have been designed.Appendix B Output of Cinematic and Semantic models Output of the two models for each sequence (Cinematic on the left, Semantic on the right). The position in meters is plotted for each actuator LA, RA and H, and for each axis. -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure B.1: Arcing 125126 Output of the Cinematic and Semantic models -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 1 41 81 121 161 201 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure B.2: Crane ShotOutput of the Cinematic and Semantic models 127 -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 1 41 81 121 161 201 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 1 41 81 121 161 201 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure B.3: Dutch Angle128 Output of the Cinematic and Semantic models -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 1 41 81 121 161 201 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 1 41 81 121 161 201 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure B.4: TiltingOutput of the Cinematic and Semantic models 129 -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (mm) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (mm) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (mm) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure B.5: Traveling130 Output of the Cinematic and Semantic models -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 1 41 81 121 161 201 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 1 41 81 121 161 201 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure B.6: VertigoOutput of the Cinematic and Semantic models 131 -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Cinematic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Semantic Model Left Hand (LA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) Right Hand (RA) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) -0.05 -0.03 -0.01 0.01 0.03 0.05 0 1.32 2.64 3.96 5.28 6.6 Position (m) time (s) X Y Z Head (H) Figure B.7: Zoom132 Output of the Cinematic and Semantic modelsAppendix C Video Sequences Illustrating the Camera Effects Figure C.1: Screenshots of the Crane Shot sequence. Figure C.2: Screenshots of the Arcing sequence. Figure C.3: Screenshots of the Dutch Angle sequence. 133134 Video Sequences Illustrating the Camera Effects Figure C.4: Screenshots of the Tilting sequence. Figure C.5: Screenshots of the Traveling sequence. Figure C.6: Screenshots of the Vertigo sequence. Figure C.7: Screenshots of the Zoom sequence.Appendix D R´esum´e Long en Fran¸cais L’importance du sens du toucher (sens haptique) a ´et´e particuli`erement ´etudi´e et apparait ˆetre un facteur cl´e pour l’immersion de l’utilisateur dans les syst`emes interactifs. De nombreuses interfaces haptiques permettant l’interaction physique avec des objets distants ou virtuels ont ´et´e d´evelopp´ees et ´etudi´ees. De nos jours les technologies haptiques sont utilis´ees dans de nombreuses applications m´edicales, robotiques ou encore artistiques. Les interfaces haptiques sont au contraire peu employ´ees dans les applications multim´edia. Pourtant, en 1962 Heilig a introduit le Sensorama, un syst`eme o`u l’on pouvait voir un film en 3D, ressentir des vibrations, du vent et sentir des odeurs [Hei62]. Malgr´e un fort potentiel pour l’industrie cin´ematographique, la recherche et les d´eveloppements technologiques pour l’audiovisuel se sont focalis´es sur l’am´elioration de l’image et du son. Peu de syst`emes, tel les “cin´emas 4D”, exploitent actuellement les technologies haptiques. Cependant le nombre d’articles mettant en avant le potentiel de ces technologies pour le multim´edia est en constante augmentation. O’Modhrain et al. ont d´emontr´e que les b´en´efices observ´es des interfaces haptiques dans les syst`emes de r´ealit´e virtuelle, de t´el´eop´eration ou dans les jeux vid´eo sont transf´erables aux applications multim´edia [OO03]. Les retours haptiques peuvent am´eliorer les sensations de r´ealisme, d’immersion, et l’engagement de l’utilisateur dans le contenu [MTB06]. Ils peuvent ´egalement repr´esenter plus que des ´ev`enements physiques et pourraient transmettre de l’information ou susciter de l’´emotion. Ainsi, la combinaison de retours haptiques et de contenus audiovisuels tend vers un nouveau medium, l’haptique-audiovisuel (HAV [EOEC11]), avec ses d´efis scientifiques qui lui sont propres. Ce jeune champ d’´etude introduit de nouvelles questions. Comment un retour haptique peut-il ˆetre combin´e efficacement avec des images et du son, et comment ces retours peuvent-ils ˆetre con¸cus? Quel type d’appareil est adapt´e pour le rendu de retours haptiques dans un contexte cin´ematographique (cin´ema ou domicile de l’utilisateur, potentiellement partag´e)? De plus, dans quelle mesure les interfaces haptiques peuventelles influencer l’exp´erience audiovisuelle, et comment la qualit´e de cette exp´erience peut-elle ˆetre ´evalu´ee? 135136 R´esum´e Long en Fran¸cais Combiner des retours haptiques et des contenus audiovisuels: d´efis et contexte Les grands d´efis pour combiner des retours haptiques et des contenus audiovisuels peuvent ˆetre organis´es en un processus de trois ´etapes: production, distribution et rendu d’effets haptiques (voir Figure D.1). Le terme “effet haptique” est employ´e pour d´esigner l’utilisation de retours haptiques avec un contenu audiovisuel [OO03, YAMS06, CES09]. Audiovisual media Haptic effects Capturing Synthesizing Automatic extraction Network Screen & Speakers Haptic devices Audiovisual renderer Haptic renderer Automatic extraction E N C O D E R E N C O D E R D E C O D E R D E C O D E R Figure D.1: Processus pour combiner des effets haptiques `a des contenus audiovisuels. Les effets sont produits, distribu´es et rendus en parall`ele au contenu audiovisuel. La premi`ere ´etape consiste `a produire le contenu, c’est `a dire `a cr´eer ou g´en´erer des effets haptiques synchronis´es avec le contenu audiovisuel. Trois techniques sont d´ecrites dans la litt´erature: la capture et le traitement de donn´ees acquises par des senseurs, l’extraction automatique depuis une composante du contenu audiovisuel (image, son ou annotations), et l’´edition manuelle. La deuxi`eme ´etape est la distribution des effets haptiques. Les technologies actuelles permettent la distribution de masse par les r´eseaux. Les retours haptiques se doivent d’ˆetre compatibles avec ces technologies, ce qui soul`eve la question de la formalisation des effets haptiques. Enfin la troisi`eme ´etape r´eside dans le rendu des retours haptiques. Un appareil sp´ecifique doit ˆetre utilis´e pour que l’utilisateur ressente les effets. Des algorithmes de rendu haptiques sont ´egalement employ´es pour convertir les effets haptiques en commandes pour ces appareils. Un dernier aspect `a consid´erer, compl´ementaire au processus et transverse `a ses trois ´etapes, est l’´evaluation de la qualit´e de l’exp´erience de l’utilisateur (QoE). Cette QoE peut avoir plusieurs d´efinitions [Jai04, Kil08], mais dans notre contexte est d´ecrite comme l’exp´erience subjective de l’utilisateur avec un contenu audiovisuel. Objectifs et approche Ce manuscrit est divis´e en deux parties, chacune correspondant `a un axe de recherche. La premi`ere se focalise sur le rendu des effets haptiques et la seconde sur leur production.Partie I - Rendu d’effets haptiques 137 Dans le premier axe nous nous focalisons sur le rendu d’effets haptiques dans un contexte cin´ematographique. Peu d’appareils existent pour g´en´erer des effets haptiques lors du visionnage d’une vid´eo, et ils sont soit encombrants et chers (simulateurs de mouvement) ou soit limitants par leur panel d’effets r´eduit (tablettes ou manettes avec vibreur). Ainsi le premier objectif de cet axe est de proposer un nouvel appareil haptique d´edi´e `a un usage cin´ematographique et g´en´erant des effets haptiques immersifs. L’utilisation d’interfaces haptiques dans un contexte audiovisuel entraine aussi de nouveaux probl`emes au niveau des algorithmes de rendu. Les effets haptiques peuvent ˆetre cr´e´es ind´ependamment des interfaces et doivent donc ˆetre adapt´es aux contraintes de l’appareil utilis´e par ces algorithmes. Le deuxi`eme objectif de cet axe est alors de proposer un nouvel algorithme de rendu haptique prenant en compte ce probl`eme. Dans le deuxi`eme axe de recherche nous nous int´eressons `a la production d’effets haptiques. Jusqu’`a lors, ceux-ci sont souvent con¸cu par les constructeurs d’appareils pour “cin´emas 4D”. Ils ne sont pas r´ealis´es durant la cr´eation des contenus audiovisuels et ne sont donc pas vraiment une composante `a part enti`ere de ces m´edia. Cependant peu d’outils permettent la cr´eation de tels contenus. Le premier objectif de cet axe est de proposer un nouvel outil de cr´eation de contenus haptique-audiovisuels. Il apparait ´egalement que les effets haptiques sont souvent utilis´es pour repr´esenter des ´ev`enements physiques (explosions, acc´el´erations, etc.). Pourtant les retours haptiques pourraient transmettre de l’information ou susciter des ´emotions. Le deuxi`eme objectif de cet axe est d’explorer les combinaisons haptiques-audiovisuelles et de proposer de nouveaux effets haptiques. Nos contributions sont d´etaill´ees par la suite, suivant les deux axes de recherche mentionn´es pr´ec´edemment. Nous avons suivi une approche centr´ee utilisateur tout au long de ces travaux, et nous avons con¸cu des m´etriques pour ´evaluer la qualit´e de l’exp´erience. Nos contributions ont ´et´e syst´ematiquement ´evalu´ees dans cette th`ese. D.1 Partie I - Rendu d’effets haptiques: nouvel appareil et algorithmes pour rendre des effets haptiques dans un contexte de cin´ema Dans cette premi`ere partie de la th`ese nous nous focalisons sur le rendu d’effets haptiques. Nous proposons premi`erement un nouvel appareil, le HapSeat, puis deuxi`emement un nouvel algorithme de rendu. D.1.1 HapSeat: simulation de sensations de mouvement avec plusieurs appareils `a retour de force int´egr´es dans un si`ege Les simulateurs de mouvement sont traditionnellement bas´es sur des plateformes de Stewart [Das00]: une plateforme mobile grˆace `a six cylindres hydrauliques. Typiquement le corps entier de l’utilisateur est mis en mouvement pour simuler des sensations138 R´esum´e Long en Fran¸cais comme des acc´el´erations, des chutes ou des bosses. Ces appareils ne sont pas con¸cus pour un usage domestique et sont assez chers pour le march´e de masse. Ainsi les exp´eriences immersives avec des effets de mouvement sont encore limit´ees aux parcs d’attractions ou aux “cin´emas 4D”. D.1.1.1 HapSeat Nous proposons un nouvel appareil pour enrichir l’exp´erience audiovisuelle avec des effets de mouvement `a 6 degr´es de libert´e (DDL). Au lieu de bouger tout le corps de l’utilisateur comme cela est fait traditionnellement avec les simulateurs de mouvements, seulement trois parties du corps de l’utilisateur sont stimul´ees: les mains et la tˆete. La perception du mouvement r´esulte de la stimulation de plusieurs parties du corps (syst`eme vestibulaire, organes visc´eraux et syst`eme kinesth´esique [Ber00]). Notre hypoth`ese est que les stimulations haptiques locales suffisent `a g´en´erer des sensations de mouvement. D.1.1.2 Impl´ementation Pour illustrer notre concept nous avons d´evelopp´e un prototype utilisant trois bras `a retour de force (Novint Falcons [NOV]). Ces appareils sont int´egr´es dans une structure en aluminium en forme de si`ege (voir Figure D.2). Aluminum Structure Moving Headrest Moving Armrest Seat Figure D.2: Prototype du HapSeat. Gauche: structure du si`ege int´egrant 3 bras `a retour de force. Droite: syst`eme en utilisation. Nous avons ´egalement d´evelopp´e deux mod`eles de contrˆole pour le HapSeat. Le premier mod`ele, dit mod`ele Physique, a pour but de faire ressentir `a l’utilisateur les forces subies lors d’un mouvement. Par exemple, si une trajectoire dans un rond point est simul´ee, l’utilisateur ressentira l’effet de la force centrifuge. Les bras `a retour de force iront vers la droite, comme ´etant repouss´es par le rond point. Le deuxi`eme mod`ele, ditPartie I - Rendu d’effets haptiques 139 mod`ele G´eom´etrique, reproduit la position qu’aurait l’utilisateur lors d’un mouvement. Pour reprendre l’exemple du rond point, l’utilisateur aura l’impression de tourner vers la gauche. Le bras `a retour de force `a gauche ira vers l’arri`ere tandis que celui `a droite ira vers l’avant. D.1.1.3 Evaluation Afin d’´evaluer le mouvement simul´e par le HapSeat et son influence sur la qualit´e de l’exp´erience audiovisuelle, nous avons conduit une ´etude utilisateur. 17 participants ont pris part `a cette ´etude. Ils devaient regarder deux vid´eos montrant un trajet en voiture du point du vue du passager. Pour chacune des vid´eos, 4 types de retour haptique ´etaient propos´es: un retour calcul´e par le mod`ele Physique, un par le mod`ele G´eom´etrique, un retour al´eatoire (les bras haptiques bougeaient sans ˆetre synchronis´es au contenu audiovisuel), et un retour nul (les bras haptiques ne bougeaient pas). La qualit´e de l’exp´erience ´etait ´evalu´ee par un questionnaire. L’´etude a montr´e que le retour haptique produit par le HapSeat am´eliore la qualit´e de l’exp´erience. L’utilisateur pr´ef`ere une s´equence audiovisuelle avec un retour haptique plutˆot qu’une s´equence classique. Aussi la synchronisation des retours haptiques avec l’audiovisuel est n´ecessaire (un retour haptique al´eatoire n’am´eliore pas l’exp´erience utilisateur). Aucune diff´erence significative n’a ´et´e montr´ee entre les mod`eles. Ils contribuent ´egalement `a l’am´elioration de l’exp´erience audiovisuelle. D.1.2 Rendu haptique pour des contenus haptique-audiovisuels bas´e sur un filtre perceptif Grˆace aux outils d’´editions [WRTH13, Kim13], les effets haptiques peuvent ˆetre cr´e´es ind´ependamment des interfaces haptiques. Par exemple des effets de mouvement comme des trajectoires ou des acc´el´erations peuvent ˆetre d´efinis. Les algorithmes de rendu haptique doivent donc adapter ces effets `a l’interface haptique utilis´ee. Les limites de l’espace de travail de l’interface doivent ˆetre respect´ees et les transitions entre les effets doivent ˆetre g´er´ees. D.1.2.1 Concept Nous proposons un nouvel algorithme de rendu haptique pour des contenus haptiqueaudiovisuels. Cet algorithme repose sur l’utilisation d’un filtre perceptif1 . Ces filtres sont utilis´es dans le contrˆole des simulateurs de mouvements pour ramener l’appareil vers le centre de son espace de travail, sans que l’utilisateur s’en aper¸coive. L’utilisation de l’espace de travail est ainsi optimis´ee pour que l’appareil puisse g´en´erer des effets successifs. Pour ˆetre imperceptible, ce mouvement de “remise `a z´ero” se fait donc sous le seuil de perception de l’utilisateur (d´efini par le syst`eme vestibulaire). Dans le contexte de l’utilisation d’un bras `a retour de force, le syst`eme vestibulaire n’est pas sollicit´e. Le filtre perceptif doit respecter les seuils de perception du syst`eme 1Aussi appel´e Washout Filter en anglais140 R´esum´e Long en Fran¸cais kinesth´esique (perception des mouvements des membres et des forces) pour rendre des effets haptiques imperceptibles. D.1.2.2 Impl´ementation Notre algorithme a ´et´e impl´ement´e pour le HapSeat. Un mod`ele du corps de l’utilisateur a ´et´e d´evelopp´e pour calculer les vitesses angulaires auxquelles sont soumises ses articulations. Ces vitesses correspondent aux seuils de perception indiquant si un mouvement est per¸cu ou non. Trois profils de seuils de perception ont ´et´e d´efinis pour exploiter diff´erentes caract´eristiques de notre algorithme. Le premier profil se base sur des valeurs psychophysiques d´eterminant les vitesses angulaires minimales pour ressentir un mouvements [Jon00]. Ces seuils sont bas (0.5 `a 1deg.s−1 ) ce qui a pour cons´equence de r´eduire l’amplitude des effets haptiques dans notre algorithme. Pour limiter ce probl`eme deux autres profils utilisant des seuils un peu plus ´elev´es ont ´et´e d´efinis. D.1.2.3 Evaluation Ce nouvel algorithme de rendu haptique a ´et´e ´evalu´e par une ´etude utilisateur comptant 20 participants. Sept s´equences vid´eo associ´ees `a des effets haptiques de mouvement ont ´et´e pr´esent´ees aux participants. Quatre rendus haptique ´etaient propos´es: trois rendus avec un filtre perceptif (associ´es aux trois profils), et un rendu haptique sans filtre perceptif (condition de contrˆole). Nous avons observ´e que les participants pr´ef`erent les s´equences avec le filtre perceptif. Plusieurs cat´egories de participant se d´egagent de cette ´etude. Certains sont sensibles `a la synchronisation des effets haptiques au contenu audiovisuel alors que d’autres recherchent une certaine dynamique dans les effets. Ces r´esultats sont int´eressants pour la conception d’effets haptiques. Enfin notre concept a ´et´e g´en´eralis´e `a une s´equence de dix minutes. Des effets haptiques ont ´et´e ´edit´es sur le court m´etrage Sintel2 . Puis une ´evaluation informelle a ´et´e conduite pour comparer le rendu des effets avec et sans filtre perceptif. L’´etude montre que notre concept est applicable `a une “vraie” s´equence haptique-audiovisuelle, et que l’algorithme de rendu am´eliore l’exp´erience utilisateur. D.2 Partie II - Production d’effets haptiques: outils et techniques pour cr´eer des contenus haptique-audiovisuels Dans cette deuxi`eme partie nous nous focalisons sur la production d’effets haptiques. Plus pr´ecis´ement nous proposons un nouvel outil d’´edition, le H-Studio, et nous explorons le potentiel des retours haptiques pour cr´eer de nouveaux effets. 2Cr´edit: Blender FundationPartie II - Production d’effets haptiques 141 D.2.1 H-Studio: un outil d’´edition pour ajouter des effets haptiques et de mouvement `a un contenu audiovisuel De plus en plus de travaux proposent des syst`emes de rendu haptique-audiovisuels. Mais les contenus pour ces nouvelles technologies sont encore difficiles `a produire. Peu d’´editeurs existent pour faciliter cette tˆache. D.2.1.1 H-Studio Nous proposons un nouvel outil d’´edition pour cr´eer des effets haptiques et pour les synchroniser avec un contenu audiovisuel (voir Figure D.3). Nous nous int´eressons plus particuli`erement `a la cr´eation d’effets de mouvement. L’innovation de cet outil repose dans la combinaison d’une interface d’´edition graphique avec un bras `a retour de force. De cette fa¸con l’utilisateur peut, d’une part, cr´eer facilement un effet de mouvement en manipulant l’appareil, et d’autre part, “previsualiser” cet effet via cet appareil. Ainsi il peut cr´eer un effet de mouvement et avoir un aper¸cu du rendu haptique sans pour autant avoir `a le tester sur le dispositif final, potentiellement inaccessible (salle de cin´ema 4D par exemple). Par ailleurs nous avons d´evelopp´e un outil de capture d’effets de mouvement, combinant une cam´era et une centrale inertielle (acc´el´erom`etre, gyroscope et magn´etom`etre). Un contenu audiovisuel et les informations de mouvement peuvent ˆetre ainsi facilement captur´es, puis import´es dans le H-Studio. De cette fa¸con un effet de mouvement r´ealiste peut ˆetre facilement con¸cu. A/V Content Track Parameters of Motion Effect Timeline Figure D.3: Le H-Studio. Gauche - Capture d’´ecran de l’´editeur. Droite - Un utilisateur pr´e-visualisant un effet de mouvement. D.2.1.2 Evaluation Nous avons ´evalu´e le rendu des effets de mouvement captur´es sur un bras `a retour de force. 15 participants ont pris part `a l’exp´erience. Il leur a ´et´e demand´e de regarder 4 s´equences vid´eo. Les s´equences ´etaient jou´ees 3 fois, chacune avec un retour haptique diff´erent: un retour g´en´er´e d’apr`es les effets de mouvement captur´es, un retour al´eatoire142 R´esum´e Long en Fran¸cais et un retour nul. Les participants devaient ´evaluer les s´equences haptique-audiovisuelles via un questionnaire. Nous avons observ´e que les effets de mouvement captur´es am´eliorent la qualit´e de l’exp´erience audiovisuelle (par rapport `a une s´equence sans effet ou avec des effets al´eatoires). Par ailleurs l’utilisation d’un bras haptique suffit `a donner une impression de mouvement et `a enrichir le contenu vid´eo. D.2.2 Cin´ematographie Haptique: am´eliorer l’exp´erience audiovisuelle avec des effets haptiques bas´es sur des mouvements de cam´era Dans cette derni`ere partie de th`ese nous nous sommes pench´es sur l’´etude de nouveaux effets haptiques pour enrichir l’exp´erience audiovisuelle. En effet, les retours haptiques sont principalement utilis´es pour souligner des ´ev`enements physiques (type explosions, coups de feu, etc.) alors qu’ils ont le potentiel pour transmettre de l’information ou de l’´emotion. D.2.2.1 Concept Nous proposons le concept de Cin´ematographie Haptique o`u les retours haptiques sont consid´er´es comme un nouveau moyen d’expression pour les cr´eateurs de contenus. Dans ce contexte nous introduisons une taxonomie d’effets haptiques. Nous ´etudions plus pr´ecis´ement un type d’effet: les effets haptiques li´es aux mouvements de cam´era. Les mouvements de cam´era (“Dutch Angle”, “Vertigo”, etc.) sont souvent utilis´es par les r´ealisateurs de film pour transmettre une ´emotion ou une intention particuli`ere. Notre hypoth`ese est qu’un effet haptique peut ˆetre utilis´e pour intensifier ces mouvements de cam´era. D.2.2.2 Impl´ementation Nous avons impl´ement´e ce concept sur le HapSeat. Deux mod`eles ont ´et´e d´evelopp´es pour g´en´erer des effets haptiques d’apr`es des mouvements de cam´era typiques. Le premier mod`ele, dit mod`ele Cin´ematique, transpose directement les mouvements de cam´era en retour haptique. L’utilisateur `a l’impression de suivre la cam´era. Le deuxi`eme mod`ele, dit mod`ele S´emantique, g´en`ere un effet haptique qui se veut ˆetre une m´etaphore du mouvement de cam´era. Le retour haptique a plus pour but de souligner l’intention du r´ealisateur (un “Dutch Angle” est utilis´e pour montrer une situation instable, un “Vertigo” pour donner une sensation de vertige, etc.). D.2.2.3 Evaluation Notre approche a ´et´e ´evalu´ee lors d’une ´etude utilisateur avec 38 participants. Ces derniers devaient observer plusieurs s´equences vid´eo illustrant les mouvements de cam´era. Pour chaque s´equence, 4 retours haptiques ´etaient test´es: un g´en´er´e d’apr`es le mod`ele Cin´ematique, un d’apr`es le mod`ele S´emantique, un al´eatoire et un nul.Conclusion 143 Nous avons observ´e que ces nouveaux effets haptiques am´eliorent l’exp´erience audiovisuelle. Le mod`ele Cin´ematique semble convenir dans tous les cas de figure, et les m´etaphores du mod`ele S´emantique sont appr´eci´ees dans certaines conditions. La dynamique du retour haptique doit ˆetre similaire `a celle de la vid´eo pour ne pas g´en´erer un sentiment d’incoh´erence chez l’utilisateur. D.3 Conclusion Dans ce manuscrit de th`ese nous avons ´etudi´e le potentiel des retours haptiques pour am´eliorer l’exp´erience audiovisuelle. Nous avons suivi deux axes de recherche. Le premier axe correspond au rendu d’effets haptiques pour des contenus audiovisuels. Le deuxi`eme axe correspond `a la production de contenus haptique-audiovisuels. La th`ese est d´ecoup´ee en deux parties suivant ces deux axes. Plus pr´ecis´ement, dans la premi`ere partie nous avons propos´e un nouvel appareil pour g´en´erer des sensations de mouvement lors du visionnage d’une s´equence vid´eo. Trois bras `a retour de force sont utilis´es pour stimuler les bras et la tˆete de l’utilisateur. Une ´etude utilisateur a montr´e que ce dispositif enrichit l’exp´erience audiovisuelle et g´en`ere une sensation de mouvement r´ealiste. Dans un deuxi`eme temps nous nous sommes pench´es sur les algorithmes de rendu haptiques. Ceux-ci ne sont pas adapt´es `a une utilisation dans un contexte audiovisuel o`u les effets haptiques peuvent ˆetre con¸cus ind´ependamment de l’appareil utilis´e. Nous avons donc propos´e un nouvel algorithme de rendu int´egrant un filtre perceptif. Une nouvelle ´etude utilisateur a ´et´e conduite et valide notre approche. La deuxi`eme partie de la th`ese s’est focalis´ee sur la production d’effets haptiques. Un nouvel outil d’´edition a ´et´e d´evelopp´e, facilitant la cr´eation d’effets de mouvement. Cet outil couple un appareil `a retour de force, un appareil de capture d’effets, et une interface graphique. Ainsi il est possible de cr´eer facilement des effets de mouvement et de les ”pr´e-visualiser”. Une ´etude utilisateur a montr´e l’int´erˆet d’un tel syst`eme. Enfin nous avons explor´e les combinaisons haptique-audiovisuelles dans le but de proposer de nouveaux effets haptiques. Plus particuli`erement nous avons propos´e des effets haptiques bas´es sur des effets de mouvement de cam´era. Une ´etude utilisateur a aussi montr´e la pertinence de notre concept. Des travaux de recherche sont encore n´ecessaires pour faire en sorte que l’haptiqueaudiovisuel devienne une technologie mature. Mais les r´ecentes contributions scientifiques et les d´eveloppements technologiques montrent l’int´erˆet grandissant envers ce jeune champ d’´etude. Il ne fait aucun doute que les technologies haptiques ont un fort potentiel pour enrichir l’exp´erience audiovisuelle, et qu’elles seront de plus en plus utilis´ees pour cr´eer des applications immersives. Nous esp´erons que les travaux pr´esent´es dans ce manuscrit contribueront `a leur d´eveloppement.144 R´esum´e Long en Fran¸caisAuthor’s publications Articles Journal papers J1. F. Danieau, A. L´ecuyer, P. Guillotel, J. Fleureau, N. Mollet and M. Christie. “Enhancing audiovisual experience with haptic feedback: a survey on HAV”. IEEE Transactions on Haptics, vol. 6, no. 2, pp. 193–205, 2013. J2. F. Danieau, A. L´ecuyer, P. Guillotel, J. Fleureau, N. Mollet and M. Christie. “Toward Haptic Cinematography: Enhancing Movie Experience with Haptic Effects based on Cinematographic Camera Motions”, ACM Multimedia, In Press. Conference papers C1. F. Danieau, J. Fleureau, A. Cabec, P. Kerbiriou, P. Guillotel, N. Mollet, M. Christie and A. 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. . . . . 35 2.10 Desktop haptic device 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.11 Desktop haptic device 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.12 Haptic seat 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.13 Haptic seat 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.1 Simulating 6DoF motion with 3×3DoF force-feedback devices . . . . . . 50 3.2 Prototype of the HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.3 Output of the models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.4 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5 Haptic-audiovisual contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.6 Quality of experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.7 Realism factor details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.1 Washout filter for haptic rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.2 Schematic example of our washout filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3 Function K determining the speeds of the actuator . . . . . . . . . . . . 70 4.4 Performance - Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.5 Performance - Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.6 Structure of the 15-second video sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.7 Ranking for all sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.8 Dendrogram of the cluster analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.9 Ranking of the groups for all sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 157158 List of Figures 4.10 Screenshots of Sintel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.11 Extract of the haptic effects for the full video . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.1 Overview of the H-Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.2 Screenshot of H-Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.3 Overview of the device capturing both video and motion . . . . . . . . . 89 5.4 User study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.5 Tests Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.6 QoE of each haptic feedback and details of the components . . . . . . . 95 5.7 QoE of each sequence and haptic feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1 Taxonomy of haptic effects for audiovisual content . . . . . . . . . . . . 101 6.2 Screenshots of the Crane Shot sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.3 Output of the models for the Zoom-in sequence . . . . . . . . . . . . . . 107 6.4 Experimental Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.5 Average results for all sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 6.6 Detailed results for all sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 A.1 Haptic effects for the sequence S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 A.2 Haptic effects for the sequence S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 A.3 Haptic effects for the sequence S3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 B.1 Arcing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 B.2 Crane Shot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 B.3 Dutch Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 B.4 Tilting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 B.5 Traveling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 B.6 Vertigo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 B.7 Zoom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 C.1 Screenshots of the Crane Shot sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 C.2 Screenshots of the Arcing sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 C.3 Screenshots of the Dutch Angle sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 C.4 Screenshots of the Tilting sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 C.5 Screenshots of the Traveling sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 C.6 Screenshots of the Vertigo sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 C.7 Screenshots of the Zoom sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 D.1 Processus pour combiner des effets haptiques `a des contenus audiovisuels 136 D.2 Prototype du HapSeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 D.3 Le H-Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141List of Tables 2.1 List of potential haptic effects for audiovisual content . . . . . . . . . . 22 2.2 Overview of existing formats to edit and store haptic effects . . . . . . . 28 2.3 Overview of existing haptic devices used for enhancing audiovisual content 39 2.4 Summary of existing schemes for adding haptic effects to audiovisual content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.1 QoE Questionnaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.2 Results of the user study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.3 Pairwise Wilcoxon tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4 Results for questions Q1 and Q2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.5 Wilcoxon tests for Q1 and Q2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.1 Biomechanical constraints and parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2 Perceptual Thresholds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3 Detailed results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.4 Pairwise Wilcoxon tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.5 Detailed results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.6 Pairwise Wilcoxon tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.1 QoE Questionnaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.2 Detailed results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3 Pairwise Wilcoxon tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.1 Cinematographic camera effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.2 Semantic model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.3 Detailed Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 6.4 Pairwise Wilcoxon tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 159R´esum´e Les technologies haptiques, stimulant le sens du toucher, sont utilis´ees depuis des ann´ees dans des applications de r´ealit´e virtuelle et de t´el´eop´eration pour accroˆıtre l’immersion de l’utilisateur. Elles sont en revanche tr`es peu employ´ees dans les syst`emes audiovisuels comme les cin´emas. L’objectif de cette th`ese est d’exploiter le potentiel des retours haptiques pour les contenus audiovisuels. Dans la premi`ere partie de la th`ese, nous nous int´eressons au rendu d’effets haptiques lors du visionnage d’une vid´eo. Nous pr´esentons tout d’abord un appareil g´en´erant des sensations de mouvements `a 6 degr´es de libert´e. Au lieu de mettre tout le corps de l’utilisateur en mouvement, comme cela est fait avec les simulateurs de mouvements traditionnels, seulement la tˆete et les mains sont stimul´ees. Ce dispositif permet ainsi d’enrichir l’exp´erience audiovisuelle. Nous nous int´eressons ensuite aux algorithmes de rendu d’effets haptiques dans un contexte audiovisuel. La combinaison de retours haptiques et de s´equences vid´eo am`ene de nouveaux probl`emes lors du rendu haptique. Nous proposons un nouvel algorithme adapt´e `a ce contexte. Dans la seconde partie de la th`ese, nous nous concentrons sur la production d’effets haptiques. Premi`erement nous pr´esentons un nouvel outil d’´edition graphique. Celui-ci propose trois m´ethodes d’interaction pour cr´eer des effets de mouvement et pour les synchroniser avec une vid´eo. De plus, cet outil permet de ressentir les effets cr´e´es. Ensuite nous nous penchons sur les combinaisons haptiques et audiovisuelles. Dans une nouvelle approche nomm´ee Cin´ematographie Haptique, nous explorons le potentiel des effets haptiques pour cr´eer de nouveaux effets d´edi´es aux r´ealisateurs de films. Abstract Haptic technology, stimulating the sense of touch, is used for years in virtual reality and teleoperation applications for enhancing the user immersion. Yet it is still underused in audiovisual systems such as movie theaters. The objective of this thesis is thus to exploit the potential of haptics for audiovisual content. In the first part of this Ph.D. thesis, we address the haptic rendering in video viewing context. We first present a new device providing 6 degrees of freedom motion effects. Instead of moving the whole user’s body, as it is traditionally done with motion platform, only the head and hands are stimulated. This device allows thus to enrich the audiovisual experience. Then we focus on the haptic rendering of haptic-audiovisuals. The combination of haptic effects and video sequences yields new challenges for the haptic rendering. We introduce a new haptic rendering algorithm to tackle these issues. The second part of this Ph.D. is dedicated to the production of haptic effects. We first present of novel authoring tool. Three editing methods are proposed to create motion effects and to synchronize them to a video. Besides, the tool allows to preview motion effects thanks to a force-feedback device. Then we study combinations of haptic feedback and audiovisual content. In a new approach, the Haptic Cinematography, we explore the potential of haptic effects to create new effects dedicated to movie makers. Périodes d’int´egrales rationnelles : algorithmes et applications Pierre Lairez To cite this version: Pierre Lairez. P´eriodes d’int´egrales rationnelles : algorithmes et applications. Symbolic Computation. Ecole polytechnique, 2014. French. ´ HAL Id: tel-01089130 https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-01089130 Submitted on 1 Dec 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es. Distributed under a Creative Commons Attribution - ShareAlike 4.0 International LicensePIERRE LAIREZ PÉRIODES D’INTÉGRALES RATIONNELLES ALGORITHMES ET APPLICATIONS thèse de doctorat mathématiques Thèse dirigée par Alin Bostan et Bruno Salvy, soutenue à l’École polytechnique le 12 novembre 2014 pour obtenir le grade de docteur en mathématiques devant le jury composé de : Frits Beukers examinateur, université d’Utrecht Mireille Bousquet-Mélou présidente du jury, CNRS, université de Bordeaux Alin Bostan directeur, Inria Saclay Gilles Christol invité, institut de mathématiques de Jussieu Lucia Di Vizio examinatrice, CNRS, univ. de Versailles-St -Quentin André Galligo rapporteur, université de Nice Mohab Safey El Din rapporteur, université Pierre et Marie Curie Bruno Salvy directeur, Inria Rhône-Alpes, ENS Lyon après lecture des rapports d’André Galligo, Mohab Safey El Din et : Michael Singer rapporteur, université de Caroline du NordPériodes d’intégrales rationnelles Algorithmes et applications par Pierre Lairez cba Ce document est distribué selon les termes de la licence Creative Commons, attribution, partage dans les mêmes conditions, version 3.0, France dont une copie est disponible à l’adresse suivante : http ://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/fr/ Cette licence garantit à l’acceptant le droit de copier, distribuer et communiquer ce matériel par tous moyens et sous tous formats, d’adapter, transformer et créer à partir de ce matériel, dans la mesure où l’acceptant respecte les droits moraux de l’auteur, réfère au matériel original et à son auteur, et distribue ce matériel et les travaux dérivés sous les termes de cette même license. Composé par LuaTEX en Linux Libertine et Brandon Text. Version finale, revue et corrigée le 1er décembre 2014 La dernière version de ce document est disponible sur : http ://pierre.lairez.fr/these.pdf" xydxdy x 2y 2 + t(1 − xy) 2 (1 + x) 2 (1 + y) 2 période d’intégrale rationnelle ∑2n k=0 (−1) k ( 2n k )3 somme binomiale t(27t + 1)y ′′ + (54t + 1)y ′ + 6y = 0 équation différentielle ∑2n k=0 (−1) k ( 2n k )3 = (−1) n (3n)! n! 3 preuve d’identité (application) Équations de Picard-Fuchs I Bornes & complexité II Algorithme efficace Formules intégrales III Sommes binomialesRésumé Une période d’intégrale rationnelle est le résultat de l’intégration, par rapport à une ou plusieurs variables, d’une fraction rationnelle le long d’un chemin fermé. Quand la période considérée dépend d’un paramètre, elle est solution d’une équation différentielle linéaire particulière, appelée équation de Picard-Fuchs. Ces équations et leur calcul effectif ont un rôle important en calcul formel mais aussi en géométrie algébrique (elles renferment des invariants géométriques), en combinatoire (de nombreuses séries génératrices sont des périodes) ou en physique théorique. Cette thèse propose et étudie des algorithmes pour les calculer. Le premier chapitre démontre des bornes sur la taille des équations de Picard-Fuchs et sur la complexité de leur calcul. Certains algorithmes calculant ces équations produisent en même temps des certificats, souvent immenses, qui permettent de vérifier après coup la validité de l’équation. Les bornes obtenues éclairent la nature calculatoire des équations de Picard-Fuchs et montrent en particulier que les certificats ne sont pas des sous-produits nécessaires. La démonstration repose sur l’étude du cas générique et sur la réduction de l’ordre du pôle par la méthode de Griffiths-Dwork. Le deuxième chapitre propose un algorithme pour calculer les équations de PicardFuchs, visant l’efficacité pratique plutôt que la maitrise de la complexité. Il permet le calcul de nombreuses intégrales jusque-là non résolues. Il repose sur une méthode de réduction de l’ordre du pôle étendant celle de Griffiths-Dwork et adaptée aux cas singuliers. Le troisième chapitre établit précisément une correspondance entre les périodes d’intégrales rationnelles et les séries génératrices des sommes binomiales, un certain type de sommes discrètes. Combiné avec le calcul des équations de Picard-Fuchs, cela donne une algorithmique souple et efficace pour le calcul des sommes binomiales et la preuve automatique d’identités. Mots clefs. — Calcul formel, intégration, sommation, période, intégrale rationnelle, création télescopique, équation de Picard-Fuchs, somme binomiale, diagonale, méthode de Griffiths-Dwork, algorithme, complexité. 5Remerciements Je veux remercier en premier lieu mes directeurs de thèse Alin Bostan et Bruno Salvy. Ils m’ont proposé des pistes de recherche fructueuses, m’ont formé au calcul formel et ont toujours pris soin de m’intégrer à la communauté scientifique, toujours avec patience et bienveillance. J’ai beaucoup apprécié qu’ils aient été autant des interlocuteurs que des directeurs. Je suis très reconnaissant à Mohab Safey El Din, Michael Singer et André Galligo pour avoir rapporté ma thèse avec le plus grand sérieux et à Lucia Di Vizio, Mireille Bousquet-Mélou, Frits Beukers et Gilles Christol pour avoir accepté d’être juré. Tous me font un grand honneur en s’intéressant à mon travail et je ne suis pas peu fier de réunir un tel jury, qui montre, s’il en était besoin, que le calcul formel rapproche des mathématiques variées, comme la géométrie algébrique, la combinatoire ou l’arithmétique. Gilles Christol a beaucoup influencé cette thèse, par ses propres travaux et par les nombreuses discussions que nous avons eues. Les algorithmes d’intégrations présentés ici lui doivent beaucoup. Je lui exprime toute ma gratitude. Pour s’être intéressé à mon travail et aider à sa diffusion, je remercie vivement Jean-Marie Maillard, Jacques-Arthur Weil, Éric Delaygue, Tanguy Rivoal, Julien Roques, Tristan Vaccon, Xavier Caruso, Guillaume Rond, Tom Coates, Gert Almkvist et Duco van Straten. L’équipe Specfun et le laboratoire commun MSR-Inria m’ont offert des conditions de travail remarquables : liberté, environnement stimulant et insouciance matérielle. Je ne peux qu’espérer retrouver un jour de telles conditions! Que soient remerciés pour cela Frédéric Chyzak, Assia Mahboubi, Philippe Dumas, Enrico Tassi, Cyril Cohen, Louis Dumont, Thomas Sibut-Pinote, Jean-Jacques Lévy, Damien Doligez, Pierre-Louis Xech, Tomer Libal, Laurent Massoulié, Martine Thirion, Virginie Collette et Hélène Bessin-Rousseau. Enfin, un thésard épanoui est un thésard qui s’amuse bien, qui mange bien et qui boit bien, le tout en bonne compagnie. En la matière, j’ai toujours pu compter sur mes parents, mes sœurs, mes beaux-frères, mes oncles, mes tantes, mes cousins et cousines, et aussi sur Rémy V., Pauline C.-B., Benoit R., Anne-Sophie C., Rémi C., Marion B., Adrien D., Robin S., David R., Samuel B., Marie P., Anne-Camille P., Guillaume St., Étienne R., Rodrigo de R., Adrien M., Henri G., Guillaume Sc., Florian C., Matthieu S., Aurel P., et bien sûr Cécile L, dont la présence a été précieuse. 7TABLE DES MAT IÈRES INTRODUCT ION 11 1 Périodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2 Considérations analytiques et historiques . . . . . . . . . . . . . 18 3 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4 Travaux précédents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 I BORNES & COMPLEX ITÉ 29 1 Isomorphisme exponentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2 Méthode de Griffiths-Dwork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3 Calcul des équations de Picard-Fuchs . . . . . . . . . . . . . . . 57 4 Analyse des algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 I I ALGOR ITHME EFF ICACE 73 1 Réductions d’ordre supérieur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2 Mise en œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3 Calcul de 210 périodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 I I I SOMMES B INOM IALES 99 1 Séries de Laurent multivariées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 2 Sommes binomiales comme résidus . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3 Sommes binomiales et diagonales . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 4 Réduction géométrique des résidus . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 5 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 PERSPECT IVES 139 B IBL IOGRAPH IE 143 9INTRODUCT ION L e calcul formel est le domaine des mathématiques et de l’informatique qui s’intéresse aux algorithmes opérant sur des objets de nature mathématique par le biais de représentations finies et exactes. Par exemple, un nombre entier est représenté de manière finie et exacte par la suite des chiffres de son écriture en base 2. Étant données les représentations de deux nombres entiers, le calcul formel se pose par exemple la question de calculer la représentation du produit de ces deux nombres entiers. En calcul formel, on s’attache à donner des algorithmes avec la démonstration qu’ils terminent en temps fini et la démonstration que le résultat est bien la représentation d’un objet mathématique défini préalablement. Et autant que possible, on essaie d’estimer le nombre total d’opérations élémentaires effectuées par les algorithmes qu’on décrit. Cela permet d’avoir une idée a priori du temps d’exécution d’un algorithme, de comparer l’efficacité théorique de différents algorithmes ou encore d’éclairer la nature même du problème. Certains objets mathématiques peuvent être représentés de manière évidente : les entiers sont représentés en base 2, ou les rationnels par un numérateur et un dénominateur. Certains admettent des conventions de représentations plus subtiles. Par exemple, un polynôme de degré d peut être représenté de manière évidente par la liste de ses d+1 coefficients mais aussi par ses évaluations en d+1 points distincts. On demande alors un algorithme pour passer d’une convention de représentation à une autre, et une preuve que l’entrée et la sortie de l’algorithme représentent toujours le même objet. Souvent, un objet peut admettre différentes représentations au sein d’une même convention de représentation, comme 22/7 qui est représenté aussi bien par «22» et «7» que par «44» et «14». Autre exemple, un peu plus compliqué, les expressions «Pn k=0  n k  » et «2 n» représentent la même suite indicée par l’entier n. On demande alors un algorithme, appelé test d’égalité, qui étant données deux repré- sentations répond si oui ou non elles représentent le même objet. Avoir un test d’égalité, c’est pouvoir démontrer des identités, des théorèmes de la forme A = B. Le lien entre l’objet et la représentation peut être affaibli. Par exemple le nombre réel √ 2 est souvent représenté par le polynôme x 2−2 dont √ 2 est l’une des racines. 11Mais alors √ 2 et − √ 2 ont la même représentation. La représentation n’est donc pas exacte au sens stricte, sauf à redéfinir l’objet qu’elle représente, mais elle suffit tout de même pour répondre de manière exacte à certaines questions. Par exemple, il suffit de savoir que r 2 = 2 pour montrer que (1 +r) 3 égale 7 + 5r, ce qui implique aussi bien l’égalité de (1 + √ 2) 3 et 7 + 5 √ 2 que celle de (1 − √ 2) 3 et 7 − 5 √ 2. Quand il s’agit de manipuler des fonctions, de R dans R disons, il n’y a pas de représentation naturelle. Tout d’abord, choisir une convention de représentation c’est renoncer à toutes les fonctions qui ne sont pas représentables au sein de cette convention, et elles sont toujours nombreuses. Ensuite, l’expressivité — c’est-à-dire la capacité à pouvoir représenter telle ou telle fonction — est encore plus limitée par un compromis nécessaire avec l’effectivité — c’est-à-dire l’existence d’algorithmes réalisant les opérations souhaitées, le test d’égalité en particulier. Par exemple, les fonctions polynomiales à coefficients rationnels sont représentables par la liste de leurs coefficients. C’est très effectif mais peu expressif. À l’opposé, les fonctions définies de manière univoque par une formule de la théorie des ensembles sont représentables par ladite formule. C’est très expressif mais l’égalité est indécidable, il n’existe pas d’algorithme réalisant le test d’égalité. Ce dernier exemple est certes extrême mais l’indécidabilité peut arriver très rapidement dans des situations plus naturelle : prenons les fonctions, comme x 7→ sin(|x | − sin2 x), que l’on peut écrire avec les opérations +, −, × et la composition en partant des fonctions «constante 1», identité, valeur absolue et sinus. L’expressivité parait mesurée, et pourtant l’égalité est indécidable. 1 Cette thèse s’intéresse à des fonctions représentées par un certain type d’inté- grales, simples ou multiples, à paramètre de fractions rationnelles, les périodes. Par exemple «R ∞ −∞ dx x 2+t+1 » représente la fonction t 7→ π √ 1+t ; on donnera beaucoup d’autres exemples montrant l’expressivité de ces fonctions au fil du texte. Par certains aspects, cette représentation est très manipulable : on peut réaliser une intégration par parties ou un changement de variables, on peut dériver sous le signe ∫ , etc. Par d’autres aspects, elle est très déficiente, à commencer par le test d’égalité, qui est difficile. C’est pourquoi il est important de pouvoir passer à une autre convention de représentation, assez classique, au sein de laquelle une fonction est représentée par une équation différentielle linéaire à coefficients polynomiaux dont elle est solution, et par les conditions initiales correspondantes. Par exemple, la fonction t 7→ 1 √ 1+t est représentée par l’équation (2t + 2)y 0 = −y et la condition initiale y(0) = 1. Cette représentation est bonne à tout : test d’égalité, évaluation numérique, développement asymptotique, calcul des singularités et des exposants 1. Théorème de Richardson-Matiyasevich, voir Matiyasevich, Hilbert’s tenth problem. 121 Périodes aux singularités, etc. Souvent, la représentation intégrale est affaiblie, au sens où les bornes d’intégration ne sont pas précisées : on donne simplement «H dx x 2+t+1 », par exemple, où le signe H signifie que le domaine d’intégration est inconnu mais vérifie tout de même certaines propriétés. Du coup, la représentation par équations différentielles sera affaiblie aussi : les conditions initiales seront inconnues. Ce changement de représentation s’applique, par exemple, à la preuve de certaines identités : on représente des suites numériques par des expressions explicites, comme «3 n», «Pn k=0 (−1) k  2n k  3 » ou encore «Pn i,j=0  i+j j  2  4n−2i−2j 2n−2i  », et à partir de cette représentation, on cherche à démontrer que deux suites sont égales. Pour résoudre ce problème, on passera par les représentations par intégrales puis par équations différentielles. 1 Périodes §1. — Il s’agit dans cette thèse d’intégrales multiples de fractions rationnelles prises sur un domaine particulier, donnant ce qu’on appelle des périodes. Ce qui différencie une période d’une intégrale quelconque, c’est son domaine d’intégration, qui doit être sans bord et ne pas rencontrer les pôles de l’intégrande. Soit R(x1,. . . ,xn ) une fraction rationnelle à coefficients complexes. Par exemple, si l’intégrande R n’a pas de pôle réel et décroit suffisamment vite à l’infini, l’intégrale Z ∞ −∞ · · · Z ∞ −∞ R(x1,. . . ,xn )dx1 · · · dxn, est une période de l’intégrale R R(x1`n )dx1`n. 2 Un autre type courant de domaine d’intégration est un cycle dans C n . À une seule variable, les périodes sont les intégrales de chemin bien connues, prises le long d’une boucle — voir §8 pour les définitions en dimensions supérieures. Les périodes dépendant d’un paramètre fournissent des fonctions particuliè- rement intéressantes qui sont les objets centraux de cette thèse. Les intégrales simples donnent des fonctions algébriques du paramètre, à l’image de π √ t = Z ∞ −∞ dx x 2 + t , pour t > 0. Quand on considère des intégrales multiples, on peut obtenir des fonctions transcendantes, comme par exemple 2. x1`n est un raccourci pour x1, . . . , xn et dx1`n pour dx1 · · · dxn §1 13Introduction π 2 M(1,t) = Z ∞ −∞ Z ∞ −∞ dxdy x 2 + (1 + y 2 )(1 + ty 2 ) , pour t > 0, où M(a,b) désigne la moyenne arithmético-géométrique de a et b. 3 Un théorème important affirme que toutes les périodes d’intégrales rationnelles dépendant d’un paramètre satisfont à des équations différentielles linéaires, appelées équations de Picard-Fuchs. 4 Par exemple, la fonction t 7→ 1/M(1,t) est solution de l’équation différentielle (t 3 − t)y 00 + (3t 2 − 1)y 0 + ty = 0 y(1) = 1, y 0 (1) = − 1 2 et cette équation différentielle définit entièrement la fonction. Les deux premiers chapitres sont consacrés à l’étude d’algorithmes calculant de telles équations de Picard-Fuchs, pour les périodes d’intégrales rationnelles. Voici quelques problèmes où le calcul des périodes des intégrales rationnelles joue un rôle essentiel. §2 SOMMES BINOMIALES. — Considérons l’identité de Dixon : X2n k=0 (−1) k 2n k ! 3 = (−1) n (3n)! n! 3 , et prouvons-la. Notons un le membre de gauche de l’équation. Grâce aux méthodes exposées au chapitre III on peut calculer une représentation intégrale de la série génératrice : F(t) déf = X∞ n=0 unt n = 1 (2iπ) 2 " γ xydxdy x 2y 2 + t(1 − xy)(1 + x) 2 (1 + y) 2 , pour un certain cycle γ. On peut alors calculer une équation différentielle     (27t 2 + t)F 00 + (54t + t)F 0 + 6F = 0 F(0) = 1, F 0 (0) = −6 dont F(t) est l’unique solution. Il est immédiat de transformer cette équation différentielle en une relation de récurrence sur la suite (un ) :     3(3n + 1)(3n + 2)un + (n + 1) 2 un+1 = 0 u0 = 1, qui prouve l’identité de Dixon. Bien sûr, on peut donner de nombreuses preuves 3. C’est la limite commune des suites adjacentes (un ) et (vn ) définies par u0 = a, v0 = b et les relations de récurrence un+1 = un+vn 2 et vn+1 = √ unvn . 4. Il est difficile de trouver le premier énoncé de ce résultat. Voir la section 2 pour quelques références. 14 §21 Périodes de l’identité de Dixon, mais celle-ci présente l’avantage d’être entièrement automatique et représente environ une seconde de temps de calcul. On peut systématiser le calcul d’une représentation intégrale d’une somme binomiale donnée, voir le chapitre III. En associant ce calcul à celui des équations de Picard-Fuchs, on obtient ainsi des moyens algorithmiques pour calculer avec les sommes binomiales : test d’égalité, calcul d’une récurrence, asymptotique, évaluation rapide, etc. §3 MARCHE ALÉATOIRE SUR UN RÉSEAU. — Dans un champ plus combinatoire, considérons un réseau cubique à faces centrées. C’est le sous-ensemble de l’espace R3 formé des points de coordonnées entières (p,q,r) tels que p + q + r soit pair. Un point placé en (p,q,r) est un plus proche voisin des douze points de coordonnées (p±1,q±1,r), (p±1,q,r ±1) et (p,q±1,r ±1), et seulement de ceux-ci. Considérons une marche aléatoire sur ce réseau : c’est une suite aléatoire (pn )n>0 de points du réseau telle que p0 est l’origine et telle que pn+1 est un plus proche voisin de pn. On suppose que la marche est uniformément distribuée et sans mémoire (c’est-à-dire que chaque saut est uniformément distribué parmi les plus proches voisins et indépendant des sauts précédents). Quelle est la probabilité, notée R, que la marche repasse par l’origine ? 5 Considérons le polynôme de Laurent P suivant, formé de douze monômes : P(x,y,z) = 1 12 (F(x,y) + F(y,z) + F(z,x)) , avec F(u,v) = uv + v u + u v + 1 uv . Après un saut, la probabilité que la marche se trouve au point de coordonnées (p,q,r) est exactement 1/12 si (p,q,r) est l’un des voisins de l’origine, et zéro sinon. En particulier, cette probabilité égale le coefficient du monôme x py q z r dans le polynôme P. Après n sauts, la probabilité que la marche se trouve au point de coordonnées (p,q,r) vaut exactement le coefficient du monôme x py q z r dans le polynôme P n . Ainsi, la probabilité que la marche soit à l’origine après n sauts est égale au coefficient constant dans P n . Notons cette probabilité pn et notons A(t) la série génératrice A(t) déf = X n>0 pnt n . Un calcul de probabilité classique montre que R = 1 − 1 P n>0 pn = 1 − 1 A(1) . 5. Pour plus de détails sur ces questions, voir par exemple Guttmann, « Lattice Green’s functions in all dimensions », et Koutschan, « Lattice Green functions of the higher-dimensional face-centered cubic lattices ». §3 15Introduction Pour calculer R il suffit donc de calculer la fonction A(t). Un calcul de résidus lui aussi classique montre que A(t) = 1 (2iπ) 3 $ γ 1 1 − tP(x,y,z) dxdydz xyz , pour un certain cycle γ, ce qui nous ramène à la classe de périodes d’intégrales rationnelles. On calcule alors l’équation différentielle vérifiée par A : 2t 2 (t − 1)(t + 3) 2 y 000 + 3t(t + 3)(5t 2 + 5t − 6)y 00 + (24t 3 + 72t 2 + 18t − 18)y 0 + 6t(t + 2)y = 0. Cette équation 6 permet le calcul numérique de R à grande précision : R ≈ 0,256318236504648771095030180634 ± 10−30 . La formule intégrale pour A permettrait aussi son calcul numérique, mais beaucoup plus lentement. §4 PREUVE D’IRRATIONALITÉ. — Apéry 7 a montré l’irrationalité de ζ(3), défini comme la somme totale de la série P n>1 n −3 . Il définit pour cela deux suites (an ) et (bn ), respectivement entière et presque entière, telles que le quotient bn/an tende vers ζ(3). Beukers 8 a donné une interprétation en termes de périodes. Il remarque que la série génératrice A(t) = P n>0 ant n est une période d’intégrale rationnelle : A(t) = I dxdydz 1 − (1 − xy)z − txyz(1 − x)(1 − y)(1 − z) . Il calcule l’équation de Picard-Fuchs de A(t), disons L(A) = 0, et montre que L(B(t) − A(t)ζ(3)) = 6, où B(t) = P n>0 bnt n . On voit ainsi un lien entre une période et l’approximation de ζ(3) par des rationnels. Ici, le calcul de l’équation L est une étape essentielle. Cet exemple est loin d’être isolé : Many, if not almost all proofs of irrationality and transcendence results use periods and their associated differential equations in one form or another. 9 §5 DIAGONALES DE FRACTIONS RATIONNELLES. — La diagonale d’une série formelle multivariée f est la série univariée de ses coefficients diagonaux. Par 6. Et aussi le fait que y(t) est l’unique solution série telle que y(0) = 1, car le polynôme indiciel à l’origine est t 3 . 7. Apéry, « Irrationalité de ζ(2) et ζ(3) » ; Poorten, « A proof that Euler missed… ». 8. Beukers, « Irrationality of π 2 , periods of an elliptic curve and Γ1 (5) » ; Beukers et Peters, « A family of K3 surfaces and ζ(3) ». 9. Kontsevich et Zagier, « Periods ». 16 §51 Périodes exemple, si f égale P i,j,k>0 aijkx iy j z k , alors la diagonale de f est la série P i>0 ai i it i . Les diagonales sont très utiles en combinatoire, lors de la manipulation de séries génératrices. Sous des apparences rustres, les diagonales ont une théorie très riche. On notera en particulier les théorèmes de Furstenberg 10 sur les diagonales de fractions rationnelles, c’est-à-dire que la série dont on prend la diagonale est le développement en série entière d’une fraction rationnelle. Le premier affirme que toute série algébrique est la diagonale d’une fraction rationnelle ; et le second que sur un corps fini, toutes les diagonales de fractions rationnelles sont algébriques. 11 Typiquement, une diagonale de fraction rationnelle ne sera pas algébrique, mais d’après le second théorème, toute ses réductions modulo un premier le seront. D’une certaine manière, la prise de diagonale est une façon purement formelle de réaliser une intégration. Tout au moins, si f (x1`n ) est une fraction rationnelle, alors la diagonale de f est une période de l’intégrale suivante, dépendant de t : Z f t x2 · · · xn ,x2,. . . ,xn ! dx2 · · · dxn . Le calcul des périodes d’intégrales rationnelles permet donc le calcul des diagonales de fractions rationnelles. Le chapitre III établit une équivalence entre certaines sommes combinatoires, comme celle présentée au §2, et les diagonales de fractions rationnelles. Cette équivalence permet d’appliquer le calcul des périodes à ces sommes combinatoires. §6 SYMÉTRIE MIROIR. — Issue des recherches en physique, la symétrie miroir relie entre elles certaines variétés algébriques. 12 Entre autres relations surprenantes, il est possible de calculer les invariants de Gromov-Witten sur une variété X à partir d’une équation de Picard-Fuchs associée à sa variété miroir X 0 . La possibilité d’un tel calcul a surpris la communauté scientifique et a motivé le calcul de nombreuses périodes. Cette méthode est un des ingrédients du projet Fano Search 13 visant à la classification des variétés de Fano de dimension 4. L’algorithme décrit au chapitre II m’a permis de calculer des périodes venant de ces horizons — voir la section 3 du chapitre II. §7 THÉORÈME DE KATZ. — À l’intérêt calculatoire des périodes répond la richesse de la théorie. Un exemple frappant est le théorème de Katz sur la conjecture de Grothendieck. Soit L un opérateur différentiel en t et ∂t à coefficients dans Z, d’ordre n. Si pour tout premier p, sauf peut-être un nombre fini, l’opérateur L réduit 10. Furstenberg, « Algebraic functions over finite fields ». 11. Voir les énoncés précis au chapitre III, §15 12. Cox et S. Katz, Mirror symmetry and algebraic geometry. 13. Coates, Corti, Galkin, Golyshev et Kasprzyk, Mirror symmetry and Fano manifolds. §7 17Introduction modulo p admet n solutions algébriques linéairement indépendantes, alors la conjecture de Grothendieck prédit que L admet n solutions algébriques linéairement indépendantes. Cette conjecture générale reste ouverte mais Katz 14 a démontré l’implication dans le cas où L est une équation de Picard-Fuchs. 2 Considérations analytiques et historiques §8. — Définissons plus précisément ce qu’est une période d’intégrale rationnelle. Soit R(x1`n ) une fraction rationnelle à coefficients complexes. Soit γ un sousensemble de C égal à l’image d’une application différentiable φ de [0,1]n dans C n . Supposons que R soit continue sur γ, on définit alors l’intégrale de R sur γ par Z γ R(x1`n )dx1`n déf = Z [0,1]n R(φ(t1`n )) jac φ(t1`n )dt1`n, où jac φ(t1`n ) est le déterminant de la matrice jacobienne formée des dérivées partielles ∂φj (t1`n )/∂ti . Remarquablement, on peut déformer le chemin d’intégration γ, tant que son bord reste fixe et que R reste continue sur γ, sans changer la valeur de l’intégrale. D’abord découvertes et étudiées pour des fonctions univariées, ces intégrales ont transformé les mathématiques : C’est à Cauchy que revient la gloire d’avoir fondé la théorie des intégrales prises entre des limites imaginaires ; cette théorie a pour ainsi dire doublé la puissance de l’analyse mathématique et a été le point de départ de tous les travaux qui ont suivi, dans tous les pays où on cultive les sciences exactes. 15 Parmi les intégrales de chemin, on trouve une classe tout à fait particulière : les périodes. Ce sont les intégrales pour lesquelles γ n’a pas de bord. C’est le cas, par exemple, quand γ est le tore paramétré par φ : (t1,. . . ,tn ) ∈ [0,1]n → (e 2iπt1 ,. . . ,e 2iπtn ) ∈ C n . On distingue ces intégrales sur un chemin sans bord, encore appelé cycle, par la notation H γ R(x1`n )dx1`n. L’intégration sur un cycle γ possède de nombreuses propriétés de nature algébrique qui font le lien entre analyse et géométrie. La première est l’annulation des périodes des dérivées de fractions rationnelles : si C1,. . . ,Cn sont des fractions rationnelles continues sur le cycle γ, alors I γ Xn i=1 ∂Ci ∂xi dx1`n = 0. 14. N. M. Katz, « Algebraic solutions of differential equations ». 15. Poincaré, « Sur les résidus des intégrales doubles ». 18 §82 Considérations analytiques et historiques La seconde est l’annulation des périodes prises sur un bord. Soit η une sous-variété réelle à bord η de C n de dimension n + 1 sur laquelle R est continue. Notons ∂η son bord. 16 On a alors I ∂η R(x1`n )dx1`n = 0. L’isomorphisme de Rham, qui met ces deux relations en miroir, est l’une des pierres angulaires de ce lien entre analyse et géométrie. §9 ISOMORPHISME DE RHAM. — Fixons un polynôme f en les variables x1`n et considérons l’anneau Af des fractions de la forme a/f q , avec a polynomial et q entier. Il est important de fixer le lieu des pôles autorisés et ne pas le faire est source de grandes difficultés. Les faits suivants montrent les liens étroits entre intégrales et topologie : 1. Il existe des cycles γ1,. . . ,γm tels que toute forme linéaire λ sur Af qui s’annule sur les dérivées partielles d’éléments de Af est du type λ : R ∈ Af 7→ Xm j=1 uj I γj R(x1`n )dx1`n pour certains nombres complexes u1`m. 2. Une fraction rationnelle a/f est de la forme a f = Xn i=1 ∂ ∂xi ci f s , où les ci sont des polynômes et s un entier, si et seulement si H γ a/f dx est nul pour tout cycle γ sur lequel f ne s’annule pas. 3. Il existe des fractions S1,. . . ,Sm ∈ Af en nombre fini telles que tout élément de Af se réécrive comme combinaison linéaire des Sj et de dérivées partielles d’éléments de Af . 4. Si on choisit les γj et les Si en nombres minimaux, alors la matrice * , I γj Sidx1`n + -16i,j6m est carrée et inversible. L’histoire de ces résultats est faite de méandres. Outre le cas des courbes, les premiers énoncés en petites dimensions ont été donnés par Picard. 17 Dans un 16. Si η est l’image de la boule unité fermée de Rn+1 par une immersion, alors ∂η est l’image de la sphère unité par cette même immersion. 17. Picard et Simart, Théorie des fonctions algébriques de deux variables indépendantes. §9 19Introduction cadre analytique, avec des fonctions infiniment différentiables, la dualité entre cycles et intégrales est due à Rham. 18 Il faut l’isomorphisme de Grothendieck 19 pour retrouver ces résultats avec des fractions rationnelles. Ainsi, les périodes des intégrales rationnelles relient par une dualité un objet topologique, les cycles modulo les bords, avec un objet algébrique, les fractions rationnelles modulo les dérivées. Au vu du troisième point, les questions suivantes sont naturelles. Étant donnée une fraction a/f q , comment décider s’il existe des fractions C1`n dans Af , telles que a/f q égale Pn i=1 ∂Ci /∂xi ? Étant donné un polynôme f , comment calculer une base du quotient Af / Pn i=1 ∂iAf ? Je donne au chapitre II des réponses pratiques à ces questions. §10 ÉQUATIONS DE PICARD-FUCHS. — On peut faire dépendre une période d’un paramètre. Soit Rt (x1`n ) une fraction rationnelle en les variables xi et un paramètre t et soit γt un cycle dépendant continument de t, quand t parcourt un certain ouvert de C, disons U. Si Rt est continu sur γt , alors on peut définir la fonction F : t ∈ U 7→ I γt Rt (x1`n )dx1`n ∈ C, qui est une fonction analytique. Le troisième énoncé du paragraphe précédent garde son sens et reste vrai sur n’importe quel corps de caractéristique nulle, et en particulier sur C(t). En conséquence, la famille des dérivées ∂ kRt /∂t k est linéairement liée modulo les dérivées. C’est-à-dire qu’il existe des fractions rationnelles Ci (t,x1`n ) et ak (t) telles que §10.1 Xr k=0 ak (t) ∂ kRt ∂t k = Xn i=1 ∂Ci ∂xi . Et si on intègre cette égalité le long de γ, on obtient Xr k=0 ak (t)F (k) (t) = 0. La fonction F est solution d’une équation différentielle linéaire à coefficients polynomiaux, l’équation différentielle de Picard-Fuchs. Pour illustrer, considérons une ellipse de grand rayon unitaire et d’excentricité t. Son périmètre est donné par 18. Rham, « Sur l’analysis situs des variétés à n dimensions » ; Griffiths et Harris, Principles of algebraic geometry, p. 43. 19. Grothendieck, « On the de Rham cohomology of algebraic varieties ». 20 §102 Considérations analytiques et historiques E(t) = 2 Z 1 −1 r 1 − t 2x 2 1 − x 2 dx. Même si cette fonction n’en a pas les apparences, c’est une période d’intégrale rationnelle. En effet 20 E(t) = 1 2iπ I γt dxdy 1 − 1−t 2x 2 (1−x 2 )y 2 , pour un certain cycle γt . Euler 21 a montré que E(t) est solution de l’équation différentielle linéaire (t − t 3 )y 00 + (1 − t 2 )y 0 + ty = 0, révélant ainsi l’une des premières équations de Picard-Fuchs. Comme l’a montré finalement Liouville, 22 la fonction E(t) n’est pas algébrique, c’est pourquoi l’étude de cette fonction fut longtemps délicate. L’équation d’Euler lève la plupart des difficultés : elle décrit la fonction entièrement et on peut en extraire des développements en série, des comportements asymptotiques, des identités, etc. Si on admet la représentation de E(t) sous forme d’intégrale double, il suffit d’observer que §10.2  (t − t 3 )∂ 2 t + (1 − t 2 )∂t + t  · * . , 1 1 − 1−t 2x 2 (1−x 2 )y 2 + / - = ∂ ∂x t  1+x−x 2−x 3  y 2  3−2x−y 2+x 2  2−3t 2+y 2   (1−y 2−x 2 (t 2−y 2 )) 2 ! + ∂ ∂y 2t  1−t 2  x  1+x 3  y 3 (1−y 2−x 2 (t 2−y 2 )) 2 ! , où ∂t est l’opérateur de dérivation ∂/∂t, pour démontrer l’équation différentielle d’Euler. Les fractions sous les signes ∂/∂y et ∂/∂x sont appelées certificats car leur existence certifie que l’opérateur en t et ∂t annule la fonction E(t). Cette thèse étudie des algorithmes pour trouver ce genre d’identité et ainsi calculer des équations différentielles associées à certaines fonctions. §11 ÉTYMOLOGIE. — Les périodes d’intégrales rationnelles sont appelées ainsi car ce sont les périodes de certaines fonctions. Considérons une intégrale de la forme F(u) = Z u 0 dz p P(z) 20. Un peu d’analyse complexe pour transformer l’intégrale sur [−1, 1] en une intégrale sur un cycle, et un peu de calcul des résidus pour exprimer la racine carrée comme une intégrale rationnelle. 21. Euler, « Specimen de constructione aequationum differentialium sine indeterminatarum separatione » ; Houzel, La géométrie algébrique. 22. Liouville, « Mémoire sur les transcendantes elliptiques de première et de seconde espèce, considérées comme fonctions de leur module ». §11 21Introduction où P(z) est un polynôme à racines simples, avec P(0) , 0, et u un nombre complexe. C’est une fonction holomorphe au voisinage de 0, et on peut l’inverser à l’origine, c’est-à-dire qu’il existe une fonction Gdéfinie sur un voisinage de 0 telle que G(F(u)) égale u, pour u autour de 0. Supposons qu’on puisse prolonger la fonction réciproque G en une fonction holomorphe sur le plan complexe. L’égalité G* , Z u 0 dz p P(z) + - = u est alors valable pour tout u dans C, quel que soit le chemin d’intégration entre 0 et u, par prolongement analytique. En particulier, pour u proche de zéro, on peut considérer un chemin qui partant de 0 parcourt d’abord une boucle γ et ensuite va vers u en ligne droite. On obtient alors G* , I γ dz p P(z) + F(u) + - = u. Autrement dit, la fonction G est périodique de période H γ dz p P(z) , et ce pour tout cycle γ. Dans le cas où P(z) est 1−z 2 , la fonction F est l’arcsinus et la fonction G est donc le sinus. Les périodes de l’intégrale H dz √ 1−z 2 sont toutes des multiples entiers de la période fondamentale obtenue sur un cycle lemniscate 23 qu’on peut déformer 24 en collant au segment [−1,1] pour obtenir la période bien connue du sinus : 2 Z 1 −1 dz √ 1 − z 2 = 2π. On notera qu’un cycle qui ferait un seul tour autour de 1 n’est pas admissible : la fonction √ 1 − z 2 ayant plusieurs déterminations, il faut que les points de départ et d’arrivée du cycle soient sur la même branche. §12 INTÉGRALES ALGÉBRIQUES. — L’exemple précédent part d’une intégrale de fonction algébrique alors que nous nous sommes restreints aux intégrales rationnelles. En réalité ce n’est pas une restriction. Soity(z) une fonction algébrique, c’est-à-dire qu’il existe un polynôme non nul Q(z,w) tel que Q(z,y(z)) est nul. Un calcul des résidus montre que 23. • • −1 1 24. • • 22 §123 Contributions y(z) = 1 2iπ I γt w∂w Q(z,w) Q(z,w) dw, pour un cycle γt choisi de telle sorte qu’il entoure la racine y(z) de Q(z,w) et seulement celle-ci. Ainsi, pour traiter l’exemple précédent, on prend Q égal à P(z)w 2 − 1 et on obtient I dz p P(z) = 1 iπ I P(z)w 2 P(z)w2 − 1 dwdz. Et bien sûr, on peut faire dépendre y de plusieurs variables. Ainsi une intégrale algébrique par rapport à n variables est toujours égale à une intégrale rationnelle par rapport à n + 1 variables. 3 Contributions La recherche en calcul formel a déjà donné plusieurs algorithmes pouvant calculer les intégrales multiples (voir ci-après). Cette thèse ajoute à ce patrimoine mathématique trois nouveautés, correspondant aux trois chapitres. Les deux premiers traitent du problème de la résolution de l’équation §10.1 : étant donnée une fraction rationnelle R de Q(t,x1`n ), trouver des polynômes ak (t) tels qu’il existe des fractions rationnelles Ci telles que Xr k=0 ak (t) ∂ kR ∂t k = Xn i=1 ∂Ci ∂xi . Du point de vue du calcul formel, résoudre ce problème c’est calculer une intégrale. On dit que l’opérateur Pr k=0 ak (t) ∂ k ∂t k annule les périodes de l’intégrale R R(dx1`n ). On distingue bien l’opérateur 25, qu’on cherche à calculer, des Ci , qu’on appelle certificats car ils permettent de vérifier après coup la validité de l’opérateur. Seul l’opérateur nous intéresse. §13 BORNES ET COMPLEXITÉ. — Quel que soit l’algorithme utilisé, l’intégration des fractions rationnelles, et à plus forte raison celle des fonctions plus générales, est une opération plutôt couteuse en temps, même sur des exemples de taille raisonnable. C’est pourquoi il est utile d’évaluer la taille des objets intervenant dans les calculs, et notamment la taille de l’opérateur recherché. Si on calcule quelque chose de gros, il est normal d’attendre, mais si on calcule quelque chose de petit, il est bon de savoir où passe le temps. Cela peut permettre de concevoir de meilleurs algorithmes, ou de montrer qu’on ne peut pas en concevoir de meilleur. 25. Souvent appelé télescopeur, en calcul formel. §13 23Introduction Avec Alin Bostan et Bruno Salvy 26 nous avons étudié la complexité de l’inté- gration des fractions rationnelles. Soit a/f une fraction rationnelle en t et les x1`n. Soit N le degré en les x1`n de f et dt le degré en t de a et de f . Pour simplifier, on suppose que le degré de a en les x1`n est au plus N − n − 1. Alors il existe un opé- rateur d’ordre au plus N n qui annule les périodes de R R. De plus, la borne N n est essentiellement optimale, même si sur des exemples particuliers, l’ordre de l’opérateur peut être bien moindre. Nous donnons un algorithme qui calcule cet opérateur en OH(N 8n e 5ndt ) opérations dans le corps Q, où OH(A) signifie O(A logk A) pour un certain k. Enfin, nous avons montré que le certificat peut être de taille comparable à N n 2 . En particulier l’opérateur peut être calculé sans son certificat. Pour donner un point de comparaison, le nombre de monômes dans f n (en représentation dense) est compris entre n(N+1) ndt et nen (N+1) ndt . La complexité totale de l’algorithme est donc polynomiale en ce nombre. Ces résultats reposent sur l’étude du cas générique, auquel on se ramène par une méthode de déformation, et sur la méthode de Griffiths-Dwork. 27 L’idée de la déformation a déjà été utilisée par Christol 28 dans un contexte similaire. L’hypothèse de généricité s’exprime comme la régularité de l’hypersurface définie par f sur le corps Q(t). Ceci peut surprendre car nous sommes habitués, dans l’école de la création télescopique, à des algorithmes d’intégration qui ignorent la nature géométrique du problème, en partie cachée par leur grande généralité. C’est en partie paradoxal car les problèmes d’intégration ont eu un rôle important dans les fondements de la géométrie algébrique moderne. 29 À l’inverse, l’étude du cas rationnel rend de nouveau particulièrement apparente la nature géométrique. Notre apport a été d’approfondir d’un point de vue algorithmique les méthodes issues de la géométrie algébrique, et notamment les recherches sur la cohomologie de Rham. §14 ALGORITHME EFFICACE. — Si la complexité de l’algorithme par déformation est maitrisée, il n’en est pas moins très lent en pratique dans les cas singuliers. Or toutes les intégrales rationnelles qu’on rencontre sont singulières. Je me suis donc intéressé au traitement du cas singulier en tant que tel, sans passer par une déformation générique. Le résultat est un algorithme dont on ne sait évaluer la complexité mais dont les performances en pratique sont plutôt satisfaisantes. Son 26. Bostan, Lairez et Salvy, « Creative telescoping for rational functions using the Griffiths–Dwork method ». 27. Dwork, « On the zeta function of a hypersurface », §3, « On the zeta function of a hypersurface : II », §8 ; Griffiths, « On the periods of certain rational integrals ». 28. Christol, « Diagonales de fractions rationnelles et équations de Picard-Fuchs ». 29. Houzel, La géométrie algébrique. 24 §143 Contributions implémentation est élémentaire puisqu’elle n’utilise que des bases de Gröbner commutatives et de l’algèbre linéaire. La mise en œuvre de cet algorithme m’a permis de calculer de nombreuses intégrales qui étaient jusque-là inaccessibles. 30 Ici aussi l’apport de la géométrie algébrique a été important : la preuve de la terminaison de l’algorithme repose sur des théorèmes de Dimca. 31 §15 SOMMES BINOMIALES MULTIPLES. — Enfin, nous avons cherché, avec Alin Bostan et Bruno Salvy, 32 à appliquer à des questions de sommation discrète les résultats pratiques et théoriques obtenus sur les intégrales rationnelles. Nous définissons précisément une classe de suites, les sommes binomiales, close pour de nombreuses opérations (somme, produit, sommation indéfinie, etc) et contenant les coefficients binomiaux. On y trouve toutes les sommes binomiales, y compris les sommes multiples, au sens usuel du terme, comme Xn k=0 n k ! n + k k ! X k j=0 k j ! 3 et Xn i=0 Xn j=0 i + j j ! 2 4n − 2i − 2j 2n − 2i ! . Nous obtenons deux résultats. Dans les deux cas, le principe est d’éviter la représentation des sommes binomiales par des systèmes d’équations récurrentes pour lui préférer la représentation des séries génératrices des sommes binomiales par des périodes d’intégrales rationnelles. L’idée n’est pas neuve, elle a notamment été exploitée en profondeur par Egorychev 33 mais elle a été ici systématisée et automatisée. Le premier résultat montre que les sommes binomiales sont les coefficients des diagonales de fractions rationnelles. S’il y a une part d’arbitraire dans la définition des sommes binomiales, ce théorème montre une caractérisation intrinsèque. L’existence d’un tel résultat est soupçonnée depuis longtemps mais c’est, à ma connaissance, le premier énoncé précis d’une équivalence. 34 Le second résultat est un algorithme pour décider de l’égalité dans la classe des sommes binomiales. On peut donc prouver de manière entièrement automatique, et relativement rapide, des identités comme Xn r=0 Xn s=0 (−1) n+r+s n r ! n s ! n + r r ! n + s s ! 2n − r − s n ! = Xn k=0 n k ! 4 . 30. Lairez, Computing periods of rational integrals. 31. Dimca, « On the de Rham cohomology of a hypersurface complement », « On the Milnor fibrations of weighted homogeneous polynomials ». 32. Travail encore inédit. 33. Egorychev, Integral representation and the computation of combinatorial sums. 34. Un résultat analogue mais de nature assez différente apparait dans la prépublication récente de Garrabrant et Pak, « Counting with irrational tiles ». §15 25Introduction De nombreux outils existent déjà pour démontrer ce genre de somme, et même des sommes bien plus générales que les sommes binomiales, mais une intervention humaine est souvent nécessaire pour conclure les preuves. Ce que nous apportons est un test d’égalité automatique de bout en bout sur la classe précisément délimitée des sommes binomiales. Grâce à mon algorithme efficace pour l’intégration des fractions rationnelles et à une procédure, appelée réduction géométrique, qui permet de simplifier grandement les représentations intégrales, l’implémentation du test d’égalité sur les sommes binomiales est assez compétitive en pratique. 4 Travaux précédents §16. — Le calcul des périodes d’intégrales rationnelles et des sommes binomiales a déjà été développé dans de nombreuses directions, et en particulier dans le cadre de la création télescopique dont la portée est bien plus grande que les fractions rationnelles et les sommes binomiales. On pourra consulter à ce sujet les revues de Koutschan 35 et Chyzak. 36 Concernant les algorithmes qui traitent en particulier l’intégration multiple des fractions rationnelles, trois familles ont particulièrement été développées. Voici une petite sélection des algorithmes existants. §17 FASENMAYER, VERBAETEN. — La première est issue des travaux de Fasenmayer 37 et de Verbaeten. 38 Les algorithmes par Wilf et Zeilberger 39 et Apagodu et Zeilberger 40 s’appliquent aux fonctions hyperexponentielles, ce qui inclut les fractions rationnelles. Le principe est de transformer l’équation §10.1 en un système linéaire sur Q(t) en bornant a priori la taille d’une certaine solution. La méthode est intéressante précisément pour ces bornes a priori. Malheureusement, le système linéaire à résoudre est bien souvent énorme et la méthode ne peut éviter le calcul du certificat, ce qui limite intrinsèquement son efficacité. L’argument de Lipshitz 41 pour montrer l’existence de certaines équations différentielles appartient aussi à cette catégorie. 35. Koutschan, « Creative telescoping for holonomic functions ». 36. Chyzak, The ABC of Creative Telescoping : Algorithms, Bounds, Complexity. 37. Fasenmyer, « Some generalized hypergeometric polynomials ». 38. Verbaeten, « The automatic construction of pure recurrence relations ». 39. Wilf et Zeilberger, « An algorithmic proof theory for hypergeometric (ordinary and “q”) multisum/integral identities ». 40. Apagodu et Zeilberger, « Multi-variable Zeilberger and Almkvist-Zeilberger algorithms and the sharpening of Wilf- Zeilberger theory ». 41. Lipshitz, « The diagonal of a D-finite power series is D-finite ». 26 §184 Travaux précédents §18 ZEILBERGER. — «L’algorithme rapide» de Zeilberger 42 a aussi eu une descendance fournie. Le point commun de ces méthodes est de réduire la résolution de l’équation §10.1 au calcul des solutions rationnelles d’un système d’équations différentielles ordinaires linéaires. Picard a en fait utilisé cette méthode bien avant pour calculer des intégrales doubles de fractions rationnelles. 43 Les algorithmes de Chyzak 44 et Koutschan 45 sont de cette famille et s’appliquent à des fonctions définies par un idéal D-fini d’une algèbre de Ore. Les fractions rationnelles et les produits de coefficients binomiaux sont des cas très particuliers. L’utilisation de la résolution en fractions rationnelles et des bases de Gröbner non commutatives rend l’analyse de la complexité difficile. Des implémentations solides sont disponibles en Maple (Mgfun) et Mathematica (HolonomicFunctions). §19 TAKAYAMA. — Une dernière famille, développée notamment par Takayama, 46 mais aussi Galligo, 47 s’appuie sur la théorie des D-modules et a donné de nombreux algorithmes. On notera notamment l’algorithme d’Oaku et Takayama 48 pour le calcul de la cohomologie de Rham — et en particulier le calcul du quotient Af / P i ∂iAf — et les algorithmes de Oaku 49 pour calculer des intégrales de fonctions holonomes sur des domaines semi-algébriques. Des implémentations sont disponibles en Risa/Asir. §20 AUTRES TRAVAUX. — Le cas des intégrales simples de fractions rationnelles a été étudié d’un point de vue algorithmique par Bostan, Chen, Chyzak et Li 50 et le cas des intégrales doubles par Chen, Kauers et Singer. 51 Notons aussi l’étude de Picard 52 dont on peut extraire beaucoup d’idées algorithmiques. La méthode de Griffiths-Dwork a déjà été utilisée à de nombreuses reprises, par exemple pour le comptage de points, 53 ou l’étude des applications miroir. 54 42. Zeilberger, « The method of creative telescoping ». 43. Picard, « Sur les intégrales doubles de fonctions rationnelles dont tous les résidus sont nuls ». 44. Chyzak, « An extension of Zeilberger’s fast algorithm to general holonomic functions ». 45. Koutschan, « A fast approach to creative telescoping ». 46. Takayama, « An algorithm of constructing the integral of a module — an infinite dimensional analog of Gröbner basis ». 47. Galligo, « Some algorithmic questions on ideals of differential operators ». 48. Oaku et Takayama, « An algorithm for de Rham cohomology groups of the complement of an affine variety via D-module computation ». 49. Oaku, « Algorithms for integrals of holonomic functions over domains defined by polynomial inequalities ». 50. Bostan, Chen, Chyzak et Li, « Complexity of creative telescoping for bivariate rational functions ». 51. Chen, Kauers et Singer, « Telescopers for Rational and Algebraic Functions via Residues ». 52. Picard et Simart, Théorie des fonctions algébriques de deux variables indépendantes. 53. Abbott, Kedlaya et Roe, « Bounding Picard numbers of surfaces using p-adic cohomology » ; Gerkmann, « Relative rigid cohomology and deformation of hypersurfaces ». 54. Morrison, « Picard-Fuchs equations and mirror maps for hypersurfaces ». §20 27Introduction Indépendamment, Christol 55 utilise une construction similaire pour étudier les diagonales de fractions rationnelles. §21 SOMMES BINOMIALES. — Les algorithmes et les méthodes pour la sommation discrète sont également nombreux, à commencer par ceux exposés par Petkovšek, Wilf et Zeilberger. 56 Citons aussi, pour les sommes multiples, les algorithmes de création télescopique de Wegschaider 57 et encore une fois ceux de Chyzak 58 et Koutschan 59 qui traitent dans un même cadre sommation discrète et intégration. Le point de vue des représentations intégrales, très différent, a été beaucoup étudié par Egorychev. 60 55. Christol, « Diagonales de fractions rationnelles et equations différentielles ». 56. Petkovšek, Wilf et Zeilberger, A = B. 57. Wegschaider, « Computer generated proofs of binomial multi-sum identities ». 58. Chyzak, « An extension of Zeilberger’s fast algorithm to general holonomic functions ». 59. Koutschan, « A fast approach to creative telescoping ». 60. Egorychev, Integral representation and the computation of combinatorial sums. 28 §21I BORNES & COMPLEX ITÉ §1 PRÉSENTATION DU PROBLÈME. — La question de calculer les périodes des intégrales rationnelles se ramène, pour une part importante, à la question de décider si une fraction rationnelle R(x1`n ) peut s’écrire ou non sous la forme §1.1 R = Xn i=1 ∂Ci ∂xi , pour certaines fractions Ci sans autre pôle que ceux de R — voir §8, introduction. Concernant les périodes paramétrées, la question se posera en ces termes : étant donnée une fraction rationnelle Rt en les variables x1`n et t, trouver des polynômes a0 (t),. . . ,ar (t) tels que §1.2 Xr j=0 aj (t) ∂ jRt ∂t j = Xn i=1 ∂Ci ∂xi , pour certaines fractions Ci sans autre pôle que ceux de Rt . On dit alors que l’opérateur P j aj ∂ j t annule les périodes de l’intégrale R R, ou H R en bref. Si cet opérateur est celui d’ordre minimal, alors c’est l’équation de Picard-Fuchs de H R. Les Ci sont appelés certificats car ils permettent après coup de vérifier que l’opérateur annule bien les périodes de R R : il suffit de vérifier l’égalité §1.2 entre deux fractions rationnelles. Dans ce chapitre, je m’attache à donner des bornes sur la complexité du calcul des aj (t) et sur leur degré. Dans cette formulation algébrique, l’opération analytique d’intégration n’apparait plus, et le corps de base importe peu. Soit K un corps de caractéristique nulle. Parfois on le supposera muni d’une dérivation δ, on pourra alors penser que K est le corps à un paramètre Q(t) muni de la dérivation usuelle ∂t . La dérivation δ s’étend à K(x1`n ) en posant δ(xi ) = 0. La question est alors : étant donnée une fraction rationnelle R en les variables x1`n à coefficients dans K, trouver a0,. . . ,ar dans K tels que §1.3 Xr j=0 ajδ j (R) = Xn i=1 ∂Ci ∂xi , 29I Bornes & Complexité pour certaines fractions Ci sans autre pôle que ceux de R. On dit alors que l’opérateur P j ajδ j annule les périodes de l’intégrale R R, ou H R en bref. §2 RÉSULTAT PRINCIPAL. — Avec Alin Bostan et Bruno Salvy, 1 nous avons obtenu un résultat de complexité concernant l’intégration multiple des fractions rationnelles. La démonstration de ce résultat est l’objet de ce chapitre. §2.1 Théorème (Bostan, Lairez, Salvy, 2013). — Soit R = a/f une fraction en les variables t et x1,. . . ,xn, à coefficients dans Q. Soit N le maximum de degx f et de degx a + n + 1 et soit dt le maximum de degt f et degt a. Les périodes de l’inté- grale R R sont annulées par un opérateur d’ordre au plusN n et de degré au plusN 3n e ndt . Cet opérateur peut être calculé avec OH(N 8n e 5ndt ) opérations dans Q. La notation OH(A) signifie O(A logk A) pour un certain k. Les bornes sont uniformes en tous les paramètres, elles restent donc valables pour des valeurs particulières de n ou de N. L’outil principal de ce théorème est la méthode de GriffithsDwork qui effectue la réduction des périodes sous une certaine hypothèse de régularité. On se ramène au cas régulier par déformation. Ce théorème étend en partie ce qui était connu pour les intégrales simples. 2 Des algorithmes traitant d’une manière ou d’une autre les intégrales multiples, 3 c’est le premier dont on puisse prouver que la complexité est polynomiale en N n et non en N n 2 . Si ce résultat n’est pas évident c’est parce que le certificat est en général de taille bien plus importante que l’opérateur L. En effet, écrivons L comme Pr k=0 ak (t)∂ k t , où r est l’ordre de L. Par définition, il existe des polynômes b1`n tels que §2.2 L(R) = Xn i=1 ∂ ∂xi bi f s . Le membre de gauche de l’équation §2.2 est une fraction de la forme b/f r+1 et si on suppose que f ne renferme aucun carré alors l’exposant r + 1 est minimal. On peut écrire b comme (−f 0 ) ra + f c pour un certain polynôme c, où f 0 désigne ∂t f . Il est facile de voir que génériquement le nombre de monômes dans b est au moins égal 1. Bostan, Lairez et Salvy, « Creative telescoping for rational functions using the Griffiths–Dwork method ». 2. Bostan, Chen, Chyzak et Li, « Complexity of creative telescoping for bivariate rational functions ». 3. Apagodu et Zeilberger, « Multi-variable Zeilberger and Almkvist-Zeilberger algorithms and the sharpening of Wilf- Zeilberger theory » ; Chyzak, « An extension of Zeilberger’s fast algorithm to general holonomic functions » ; Koutschan, « A fast approach to creative telescoping » ; Lipshitz, « The diagonal of a D-finite power series is D-finite » ; Takayama, « An algorithm of constructing the integral of a module — an infinite dimensional analog of Gröbner basis » ; Zeilberger, « A holonomic systems approach to special functions identities ». 30 §2au nombre de monômes dans (−f 0 ) r . Toujours génériquement, le polynôme f 0 est de degré N et donc (−f 0 ) r de degré Nr et renferme donc typiquement  Nr+n n  monômes, ce qui est plus grand que  Nr n + 1  n . On va voir que génériquement l’ordre de L est à peu près N n , de sorte que le polynôme b contient au moins N n 2 monômes, génériquement et dès que N > n. Parallèlement, le membre de droite de l’équation §2.2 ne contient que n dérivations, le nombre de monômes qu’on trouvera au numérateur est donc du même ordre que le nombre des monômes que renferment les bi . Au final on obtient que le certificat est de taille comparable à N n 2 , génériquement. Dans le domaine de la création télescopique on a observé depuis longtemps que le certificat est en général bien plus gros que l’opérateur calculé. Je crois que l’argument ci-dessus est le premier argument quantitatif en ce sens. Ainsi, tout algorithme qui calcule des certificats sous cette forme voit son efficacité intrinsèquement limitée. Naturellement la question suivante est de savoir si on peut calculer l’opérateur sans le certificat. Là aussi la question était ouverte pour les intégrales multiples et le théorème §2.1 donne une réponse positive. Notons toutefois que cet argument ne s’applique pas aux algorithmes de type Chyzak 4 : ils traitent l’intégration multiple en réalisant des intégrations simples en cascade, chaque étape construit des certificats mais les certificats finaux ne sont pas nécessairement calculés. L’argument ci-dessus ne dit rien sur la taille de ces certificats intermédiaires. §3 INTÉGRALES SIMPLES. — Le cas des intégrales simples, c’est-à-dire par rapport à une seule variable, est résolu élégamment par la méthode d’Hermite. Le procédé élémentaire d’intégration des fractions rationnelles F1 (x ) F(x ) peut être présenté sous une forme telle, que la résolution de l’équation F(x) = 0 ne soit plus nécessaire pour le calcul de la partie algébrique de l’intégrale, mais seulement pour en obtenir la partie transcendante. 5 Posons donc n = 1. Soit a/f q une fraction rationnelle de K(x), avec a et f des polynômes et q un entier. Supposons de plus que f ne contient pas de facteur carré. Les polynômes a et f ne sont pas nécessairement premiers entre eux et toute 4. Chyzak, « An extension of Zeilberger’s fast algorithm to general holonomic functions » ; Koutschan, « A fast approach to creative telescoping ». 5. Hermite, « Sur l’intégration des fractions rationnelles ». §3 31I Bornes & Complexité fraction se met sous cette forme. En considérant les racines de f dans une clôture algébrique de K, la décomposition en éléments simples de a/f q s’écrit a f q = X f (α)=0 rα x − α | {z } pôles simples + X q k=2 X f (α)=0 sα,k (x − α) k | {z } pôles multiples + X k>0 ukx k | {z } partie entière , où les rα, sα,k et uk sont des nombres complexes. Il apparait que la partie entière et les pôles multiples sont des dérivées : a f q = X f (α)=0 rα x − α + ∂ ∂x * . , X q k=2 X f (α)=0 1 1 − k sα,k (x − α) k−1 + X k>0 uk k + 1 x k+1+ / - . Ainsi, seuls les pôles simples contribuent aux périodes de a/f q . Définissons " a f q # déf = X f (α)=0 rα x − α , la forme réduite de a/f q . Elle est symétrique en les racines de f , donc elle est à coefficients dans K. La fraction a/f q ne diffère de sa forme réduite que par la dérivée d’une fraction rationnelle. Analytiquement, pour tout cycle γ ne passant pas par une racine de f I γ a f q dx = I γ " a f q # dx. Réciproquement, on se convainc que si deux fractions ont les mêmes périodes, alors elles ont la même forme réduite. La méthode de réduction d’Hermite permet de calculer [a/f q ] sans calculer les racines de f . Quand q est 1, la forme réduite de a/f est simplement r/f où a = u f + r est la division euclidienne de a par f . Pour q > 1, le principe est d’écrire a comme u f +v f 0 , pour certains polynômes u et v et de constater que §3.1 a f q = u + 1 q−1 v 0 f q−1 − ∂ ∂x 1 q − 1 v f q−1 ! . Ainsi " a f q # =       u + 1 q−1 v 0 f q−1       , ce qui donne une procédure pour calculer [a/f q ] par récurrence sur l’ordre du pôle. Cette formule peut être interprétée comme l’intégration par parties de a/f q , avec un choix judicieux des parties. La réduction d’Hermite résout le problème de décider si une fraction rationnelle 32 §3est une dérivée d’une autre fraction, et elle peut aussi être utilisée pour calculer un opérateur annulant les périodes d’une intégrale paramétrée R a/f q . 6 Soit δ une dérivation sur K. On pose alors R0 = [a/f q ] et Rk+1 = [δ(Rk )], de sorte que Rk est congru à δ k (a/f q ) modulo les dérivées. Les Rk sont tous de la forme b/f , avec b un polynôme en x de degré au plus deg f −1 ; par conséquent, ils sont linéairement dépendants. On calcule alors une telle équation de liaison Xr j=0 ajRj = 0, à coefficients dans K, et l’opérateur P j ajδ j annule les périodes de R a/f q . §4 INTÉGRALES MULTIPLES. — À plusieurs variables, il n’existe pas de dé- composition en éléments simples. Qu’à cela ne tienne, le principe de la réduction d’Hermite reste valable. Et si a se décompose en u f + Pn i=1 vi ∂i f , alors a f q = u + 1 q−1 P i ∂ivi f q−1 − Xn i=1 1 q − 1 ∂ ∂xi vi f q−1 , formule analogue à l’équation §3.1. On est alors tenté de définir " a f q # =       u + 1 q−1 P i ∂ivi f q−1       . Si on peut obtenir quelques succès avec cette définition, elle reste très insatisfaisante. Premièrement, on ne dispose pas de la division euclidienne, ainsi on ne peut pas réduire le degré du numérateur quand q = 1. Deuxièmement, et c’est plus grave, on ne peut pas en général décomposer a comme u f + Pn i=1 vi ∂i f . Le fait qu’il existe pour tout a une telle réduction est équivalent à une propriété de nature géométrique sur le lieu des points de Kn où s’annule f : la régularité. Le premier point appelle à considérer des polynômes homogènes : si a et f sont homogènes, et si a égale u f + Pn i=1 vi ∂i f , on peut toujours supposer que les vi sont homogènes de degré deg a − deg f + 1, ce qui permet de contrôler les degrés tout au long de la réduction. Le second point est une difficulté plus profonde. §5 HOMOGÉNÉISATION. — Soit S une fraction homogène en les variables x0`n telle que S|x0=1 égale R. Une fraction homogène est le quotient de deux polynômes homogènes. On suppose de plus que S est de degré −n − 1, c’est-à-dire que la diffé- rence des degrés du numérateur et du dénominateur égale −n − 1. Ces hypothèses 6. Bostan, Chen, Chyzak et Li, « Complexity of creative telescoping for bivariate rational functions ». §5 33I Bornes & Complexité (homogénéité et degré −n − 1) sont équivalentes au fait que S vérifie la relation d’Euler −(n + 1)S = Xn i=0 xi ∂iS. Dans ces conditions, si S est de la forme Pn i=0 ∂iCi , pour certaines fractions rationnelles Ci sans autre pôle que ceux de S, alors R est de la forme Pn i=1 ∂iC 0 i , pour certaines fractions rationnelles C 0 i sans autre pôle que ceux de R. Si de plus x0 divise le dénominateur de S, alors il y a équivalence. Ce sera prouvé au §10. Ceci justifie de ne s’intéresser qu’au cas homogène : le cas affine s’y ramène. Le degré −n − 1 est choisi pour que Sdx0 · · · dxn soit homogène de degré nul, et qu’ainsi l’intégrale R Sdx0 · · · dxn soit invariante par la dilatation des variables (x0,. . . ,xn ) changeant en (λx0,. . . ,λxn ). §6 MÉTHODE DE GRIFFITHS-DWORK. — On note A l’anneau K[x0,. . . ,xn] et Af l’anneau A[1/f ]. Soit N le degré de f . À l’instar de la réduction d’Hermite, on cherche à définir une application de réduction [ ] transformant un élément de Af en un autre avec un pôle d’ordre inférieur. Soit a/f q une fraction homogène de degré −n − 1, c’est-à-dire que a est un polynôme de degré qN − n − 1. On décompose a comme r + Pn i=0 vi ∂i f , où r est choisi minimal pour un certain ordre monomial fixé. Comme a et les ∂i f sont des polynômes homogènes, on peut toujours choisir r homogène de degré qN − n − 1 et chaque vi homogène de degré (q − 1)N − n. En particulier, si q = 1 alors les vi sont nuls. On pose alors, par récurrence sur l’ordre du pôle q " a f q # déf = r f q + " 1 q − 1 Pn i=0 ∂ivi f q−1 # . Si q vaut 1, le second terme est nul. À la différence de la réduction d’Hermite, l’ordre du pôle n’est pas toujours réductible, ainsi la partie en r/f q est nécessaire. On pourrait décomposer a en r +u f + Pn i=0 vi ∂i f , mais ce serait redondant car Nf égale P i xi ∂i f , par homogénéité. Sous une hypothèse de régularité, Griffiths a montré que la réduction [a/f q ] est nulle si et seulement si a/f q est une somme de dérivées, c’est-à-dire un élément de P i ∂iAf . On obtient donc un parfait analogue de la réduction d’Hermite, à la fois dans les méthodes et dans les propriétés. Il y a une ambiguïté dans la définition de la réduction de Griffiths-Dwork, puisqu’aucune contrainte n’est imposée sur les vi . On pourrait en fixer une mais en fait [a/f q ] ne dépend que de l’ordre monomial par rapport auquel on minimise r. 34 §6Ce point est toutefois important puisqu’il est à la base du nouvel algorithme de réduction présenté au chapitre II. §7 THÉORÈMES DE GRIFFITHS. — La démonstration du théorème §2.1 repose sur deux théorèmes de Griffiths. 7 Soit f ∈ K[x0`n] un polynôme homogène. Le premier décrit l’ordre des pôles dans les certificats : §7.1 Théorème (Griffiths). — Si V(f ) est régulier dans P n , alors pour toute fraction rationnelle a/f q , homogène de degré −n − 1, s’il existe des polynômes b0`n et un entier s tels que a/f q = P i ∂i (bi /f s ) alors il existe des polynômes b 0 0`n tels que a/f q = P i ∂i (b 0 i /f q−1 ). Ce théorème est en soi une solution au problème de décision : si a/f q est homogène de degré −n − 1, alors on peut supposer que les b 0 i /f q−1 , s’ils existent, sont homogènes de degré −n, et donc que les bi sont des polynômes homogènes de degré (q − 1) deg f − n. Ainsi, le problème de décider si a/f q est une somme de dérivées se ramène à la résolution d’un système d’équations linéaires. Le second décrit jusqu’où peut être poussée la réduction de l’ordre du pôle : §7.2 Théorème (Griffiths). — Si V(f ) est régulier dans P n , alors pour toute fraction rationnelle a/f q , il existe une autre fraction a 0 /f n , homogène de degré −n − 1, des polynômes b0`n et un entier s tels que a/f q = a 0 /f n + Xn i=0 ∂i (bi /f s ). Nous verrons que ces deux théorèmes permettent de décrire précisément la réduction de Griffiths-Dwork, sous l’hypothèse de régularité : pour toute fraction a/f q homogène de degré −n − 1, la réduction [a/f q ] est nulle si et seulement si a/f q est une somme de dérivées ; de plus, l’ordre du pôle de [a/f q ] est au plus n. §8 CAS SINGULIERS. — L’hypothèse de régularité dans les théorèmes de Griffiths est très contraignante en pratique : je n’ai jamais croisé une intégrale digne d’intérêt qui s’y conforme. C’est au premier abord surprenant car tout exemple générique — c’est-à-dire pris au hasard dans l’ensemble des polynômes homogènes d’un degré fixé — est régulier. Le cas usuel correspond plus au cas général qu’au cas générique. La propriété de généricité de l’hypothèse de régularité implique néanmoins qu’on peut toujours s’y ramener par une déformation convenable. 7. Griffiths, « On the periods of certain rational integrals », §4. §8 35I Bornes & Complexité On procède comme suit. Étant donnée a/f une fraction homogène à intégrer, ne vérifiant pas l’hypothèse de régularité, on change f en fλ : fλ déf = f + λ Xn i=0 x deg f i , où λ est une nouvelle variable libre. Sur le corps K(λ), ce nouveau fλ satisfait toujours l’hypothèse de régularité. On peut ainsi lui appliquer la méthode de Griffiths-Dwork et ensuite spécialiser λ en 0. Ainsi, toutes les bornes obtenues par la méthode de Griffiths-Dwork dans le cas générique se transfèrent au cas général par cette méthode de déformation. §9 ISOMORPHISME EXPONENTIEL. — Pour mettre en œuvre la réduction de Griffiths, il est pratique de représenter une fraction a/f q par le polynôme aT q , où T est une nouvelle variable. Si on fait des sommes, on se retrouve alors avec des polynômes en T. Et on peut prendre en compte les éventuelles simplifications du type f a/f q+1 = a/f q en travaillant modulo la relation f T = 1. Puisqu’on travaille avec des fractions homogènes de degré fixé, la variable T n’est pas nécessaire : si a/f q est une fraction homogène de degré −n − 1, alors a est un polynôme homogène de degré qN − n − 1, on peut donc retrouver q à partir du degré de a. La fraction ∂i (b/f q ) valant ∂ib/f q − qb∂i f /f q+1 , pour b/f q une fraction homogène de degré −n, est représentée par le polynôme ∂ib − qb∂i f . L’isomorphisme exponentiel affirme que dans cette représentation, il n’est pas besoin de prendre en compte les simplifications par f puisque ces simplifications peuvent s’exprimer comme des congruences modulo les dérivées. En renormalisant les composantes homogènes, on obtient l’énoncé suivant : une fraction a/f q homogène de degré −n −1 est de la forme P i ∂i (bi /f s ) pour certains polynômes bi si et seulement si a est de la forme P i (∂ib 0 i − b 0 i ∂i f ) pour certains polynômes b 0 i . Le qualificatif exponentiel vient du fait que X i (∂ib 0 i − b 0 i ∂i f )e −f = X i ∂i (b 0 i e −f ). Autrement dit a/f q est de la forme P i ∂i (bi /f s ) si et seulement si ae−f est de la forme P i ∂i (b 0 i e −f ). Ces quelques préliminaires algébriques et d’autres points qui s’y rapportent sont l’objet de la section 1. 36 §101 Isomorphisme exponentiel 1 Isomorphisme exponentiel §10 HOMOGÉNÉISATION. — Cette section met en place une reformulation, en deux étapes, du problème du calcul des périodes. La première étape est l’homogénéisation. Il y a une petite subtilité à propos du degré d’homogénéisation qui apparait dans la preuve du lemme suivant. §10.1 Lemme. — Soit R une fraction rationnelle en les variables x1`n, écrite sous la forme b/д q . Soit S l’homogénéisation de R en degré −n − 1 : S déf = x −n−1 0 R(x1/x0,. . . ,xn/x0). Écrivons S comme a/f q , avec a et f des polynômes homogènes tels que f|x0=1 égale д. Si S s’écrit comme une somme Pn i=0 ∂i (ci /f s ), pour certains polynômes ci , alors R s’écrit comme Pn i=1 ∂i (c 0 i /д s 0 ), pour d’autres polynômes c 0 i . De plus, si x0 divise f , alors la réciproque est vraie. Notons qu’on peut toujours supposer que x0 divise f , quitte à remplacer a/f q par x q 0 a/(x0 f ) q . Démonstration. Supposons que S s’écrive comme une somme Pn i=0 ∂i (ci /f s ). En évaluant x0 à 1, l’équation devient R = Xn i=1 ∂i (ci (1,x1`n )/f s ) + (∂0 (c0/f s )) |x0=1 . Le dernier terme semble poser problème. Cependant, comme S est homogène de degré −n − 1, on peut supposer que les ci /f s sont homogènes de degré −n. En particulier, la relation d’Euler implique −nc0/f s = Xn i=0 xi ∂i (c0/f s ) = x0∂0 (c0/f s ) + Xn i=1 (∂i (xic0/f s ) − c0/f s ) . Ce qui donne finalement R = Xn i=1 ∂i (ci (1,x1`n )/д s − xic0 (1,x1`n )/д s ). Réciproquement, supposons que x0 divise f . Si R = Pn i=1 ∂i (ci /д s ), alors, par homogénéisation S = Xn i=1 ∂i (x −n 0 ci ( x1 x0 ,. . . , xn x0 )/f s ). §10 37I Bornes & Complexité Les dénominateurs des fractions sous les signes ∂i peuvent renfermer un facteur x0 ; mais si f s’écrit x0h, avec h un polynonôme, on peut faire disparaitre ce facteur dans la puissance de f en écrivant 1 x0 comme h f , ce que l’on voulait. §11 FORMULATION EXPONENTIELLE. — L’objet de la suite de cette section est la mise en place de quelques définitions importantes et la preuve de l’isomorphisme exponentiel. C’est un isomorphisme entre deux cohomologies dont l’énoncé précis et la démonstration sont donnés au §14. On peut en donner la formulation élémentaire suivante. Soit a/f q une fraction rationnelle homogène de degré −n − 1 en les variables x0`n. Sont équivalents : – il existe des fractions rationnelles b0`n/f s telles que §11.1 a/f q = Xn i=0 ∂i (bi /f s ); – il existe des polynômes ˜b0`n de degré au plus (s deg f − n − 1) tels que, dans l’anneau des séries formelles en les variables x0`n, §11.2 ae−f = Xn i=0 ∂i ( ˜bie −f ); – il existe des polynômes ˜b0`n de degré au plus (s deg f − n − 1) tels que §11.3 a = Xn i=0  ∂i ˜bi − ˜bi ∂i f  . La nature même du problème à résoudre n’est pas modifiée par cette équivalence et il serait sans doute possible de s’en passer ; cependant l’algèbre parait simplifiée et l’implémentation des algorithmes est plus directe. En effet, la relation de simplification f a/f q+1 = a/f q implique qu’une fraction avec un pôle d’ordre apparent q + 1 peut être égale à une fraction avec un pôle d’ordre q sans être nulle, alors que par ailleurs, un polynôme homogène de degré donné ne peut pas être égal à un polynôme homogène de degré moindre sans être nul. En pratique, travailler avec la troisième égalité plutôt que la première permet de remplacer des égalités modulo f par des égalités strictes. Notons que la deuxième et la troisième assertion sont des reformulations directes l’une de l’autre. Les notations suivantes sont utilisées dans toute la suite : K est un corps de caractéristique nulle et A est l’anneau de polynômes K[x0`n], où n est un entier strictement positif ; la lettre f désigne un élément homogène de A et N son degré ; l’idéal jacobien de f , noté Jf , est l’idéal de A engendré par les dérivées 38 §11 Dynamique des graphes de terrain : analyse en temps intrins`eque Alice Albano To cite this version: Alice Albano. Dynamique des graphes de terrain : analyse en temps intrins`eque. Neural and Evolutionary Computing. Universit´e Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. French. . HAL Id: tel-01088142 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01088142 Submitted on 27 Nov 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.THÈSE dirigée par Bénédicte Le Grand et Jean-Loup Guillaume présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR EN SCIENCES DE L’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE spécialité Informatique Dynamiqe des graphes de terrain : analyse en temps intrinsèqe Alice Albano soutenue publiquement le 10 octobre 2014 devant le jury composé de Rapporteurs : Florence Sèdes Professeur, Université de Toulouse Éric Gaussier Professeur, Université Grenoble I Examinateurs : Martine Collard Professeur, Université des Antilles et de la Guyane Anthony Perez Maître de Conférences, Université d’Orléans Marcelo Dias De Amorim Directeur de Recherche, Université Paris 6 Directeurs : Bénédicte Le Grand Professeur, Université Paris I Jean-Loup Guillaume Professeur, Université de La Rochelle Laboratoire d’Informatique de Paris 6 École doctorale EDITERemerciements Tout d’abord, je souhaite remercier Bénédicte et Jean-Loup pour ces trois années de thèse passées en leur compagnie. Je n’ai pas été une thésarde modèle, et sans vous, j’aurais sans doute arrêté en cours de route. Merci bien sûr pour votre encadrement, vos idées, votre façon de travailler et de me faire conance. Un grand merci également pour tous les bons moments passés ensemble, les pouet canards, les journées couture, les lancers de peluche, et autres. J’espère bien que la n de ma thèse ne marquera pas la n de tout ça ! Je remercie Florence Sèdes et Éric Gaussier qui ont accepté d’être les rapporteurs de mon travail, ainsi que Martine Collard, Anthony Perez et Marcelo Dias de Amorim qui ont bien voulu faire partie de mon jury. Merci à mes tous mes collègues du LIP6 avec qui j’ai travaillé pendant ces trois années. En particulier, merci à Max pour ta bonne humeur et tes théories pour le moins étranges. Merci à Daniel, Lionel et Serguey pour toutes les discussions en salle de pause. Thomas, je n’ai pas pu te croiser très longtemps au laboratoire, mais j’ai beaucoup apprécié ta compagnie. Un grand merci à Véronique aussi, qui gère de façon magistrale tout l’aspect administratif, aussi complexe soit-il. Merci également à tous mes collègues du CRI pour leur accueil chaleureux quand Bénédicte a rejoint leur laboratoire. Je souhaite également remercier les membres du conseil de l’EDITE, auquel j’ai participé pendant deux ans. Cette expérience a été très instructive pour moi. En particulier, merci à Marilyn Galopin pour sa gentillesse à mon égard. Un grand merci à mes cobureaux pendant ces trois ans, qui ont réussi avec plus ou moins de succès à me supporter au quotidien, et qui m’ont beaucoup aidé pendant ma thèse. Sébastien, notre partage de bureau était bien sympathique et je regrette qu’il se soit terminé prématurément. Mais il a été suivi du partage de notre directrice de thèse, ce qui m’a bien consolé. Damien, merci pour le petit koala mignon qui s’est accroché à mon écran pour surveiller la rédaction de ma thèse. Je voudrais remercier Raphaël qui a été un collègue formidable, mais également un ami. Nous avons partagé longuement nos hésitations et notre cynisme sur nos carrières, et ça m’a beaucoup aidé. Je te souhaite bonne chance pour la suite ! Noé, je suis très contente d’avoir pu te croiser au labo pendant ma dernière année de thèse. Merci beaucoup pour toutes les pauses jeu, qui ont rendu mes journées de travail clairement plus agréables. Merci pour ton soutien en toutes circonstances, et pour ton sens de la contradiction sur lequel on peut toujours compter. Je proposerais bien de te remercier avec des cookies, mais je doute que tu puisses tous les manger !4 Merci beaucoup à Julien et Cécile, vous avez toujours été adorables avec moi. Les week-end passés avec vous ont été très agréables. J’adresse un grand merci à Mel pour sa compagnie pendant mes années de thèse. On a passé des très bons moments ensemble, et j’espère que nous pourrons en passer d’autres. Je souhaite bien sûr remercier mes parents et mon frère pour leur soutien inconditionnel. Enn, Vico, tu partages ma vie, merci pour tout ton soutien et ton amour.Table des matières Remerciements 3 1 Introduction 11 1.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3 Plan du mémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2 État de l’art et approche proposée 15 2.1 Formalisation d’un graphe dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2 État de l’art sur l’étude des graphes dynamiques . . . . . . . . . . 18 2.2.1 Agrégation sur des fenêtres et suivi de propriétés statiques 18 2.2.2 Modèles aléatoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.3 Propriétés dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3 Notre approche : échelle de temps intrinsèque . . . . . . . . . . . 27 2.3.1 Dénition du temps intrinsèque . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3.2 Travaux existants sur la notion de temps intrinsèque . . . 30 2.4 Jeux de données utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.1 Graphes synthétiques Barabási-Albert (BA) . . . . . . . . . 31 2.4.2 Réseau Github . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.4.3 Jeu de données Webuence . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.4.4 Jeu de données Infectious SocioPatterns . . . . . . . . . . 35 2.4.5 Jeu de données Infocom 2006 . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3 Diusion et temps intrinsèque 39 3.1 Diusion : dénition, modèles et état de l’art . . . . . . . . . . . . 39 3.1.1 Dénition d’une diusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.1.2 Modèles de diusion classiques . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.1.3 Travaux existants sur la diusion . . . . . . . . . . . . . . 43 3.1.4 Notre approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2 Méthodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2.1 Modèle de diusion utilisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2.2 Analyse de la diusion en temps intrinsèque . . . . . . . . 51 3.2.3 Exemple sur des graphes synthétiques Barabási-Albert . . 51Table des matières 7 3.3 Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3.1 Résultats sur le réseau Github . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3.2 Résultats sur le réseau de blogs (Webuence) . . . . . . . . 56 3.3.3 Résultats sur le réseau de contacts Infectious SocioPatterns : impact de la dénition du temps intrinsèque . . . . . . . . 58 3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4 Application du temps intrinsèque aux communautés dynamiques 63 4.1 Détection de communautés : dénitions . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.1.1 Communautés de nœuds sur un graphe statique . . . . . . 64 4.1.2 Communautés de nœuds sur un graphe dynamique . . . . 65 4.2 Travaux existants sur la détection de communautés dynamiques . 66 4.2.1 Algorithmes statiques sur instantanés de graphes dynamiques 66 4.2.2 Algorithmes directs de détection de communautés dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2.3 Algorithmes de détection de communautés en mode ux . 68 4.2.4 Détection de communautés stables au cours du temps . . . 69 4.2.5 Notre approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3 Temps intrinsèque et communautés stables . . . . . . . . . . . . . 72 4.3.1 Communautés stables calculées et analysées en temps extrinsèque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.3.2 Communautés stables calculées et analysées en temps intrinsèque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.3.3 Comparaison des notions de temps . . . . . . . . . . . . . 76 4.4 Visualisation et interprétation des communautés . . . . . . . . . . 81 4.4.1 Premier exemple d’interprétation . . . . . . . . . . . . . . 82 4.4.2 Second exemple d’interprétation . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5 Conclusions et perspectives 87 Annexes 93 A Diusion de chiers dans un réseau pair-à-pair 93 A.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 A.2 Jeu de données et diusion observée . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 A.2.1 Données utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 A.2.2 Graphe d’intérêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 A.2.3 Diusion observée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 A.3 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 A.3.1 Premier modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 A.3.2 Deuxième modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 A.3.3 Interprétation du nouveau modèle . . . . . . . . . . . . . . 988 Table des matières A.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 B Étude d’un réseau dynamique de l’activité cérébrale 101 B.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 B.2 Description du jeu de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 B.3 Détection de communautés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 B.3.1 Communautés stables au cours du temps . . . . . . . . . . 103 B.3.2 Cœurs de communautés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 B.4 Perspective : modularité et poids négatifs . . . . . . . . . . . . . . 105 Bibliographie 107Table des gures 2.1 Exemple de graphe dynamique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2 Agrégation d’un graphe dynamique sur une fenêtre de temps. . . 18 2.3 Notions de fenêtres successives et glissantes. . . . . . . . . . . . . 19 2.4 Inuence de la taille de la fenêtre de temps sur le degré moyen et le coecient de clustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.5 Nombre de nœuds observés en fonction du temps et en fonction du nombre de liens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.6 Conversion du temps extrinsèque en temps intrinsèque (déni en modications de liens). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.7 Conversion du temps extrinsèque en temps intrinsèque (déni en modication de nœuds). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.8 Nombre de nœuds et liens dans Github, et évolution du degré maximal 33 2.9 Nombre de nœuds dans le réseau de blogs . . . . . . . . . . . . . . 35 2.10 Nombre de nœuds et liens dans le réseau Infectious SocioPatterns 36 2.11 Nombre de liens dans le réseau Infocom 2006 . . . . . . . . . . . . 38 3.1 Exemple de diusion sur graphe statique . . . . . . . . . . . . . . 40 3.2 Exemple de diusion sur graphe dynamique . . . . . . . . . . . . 40 3.3 Modèles de diusion SI, SIS et SIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4 Diusion d’un modèle SI sur un graphe Barabási-Albert . . . . . . 50 3.5 Diusion en temps extrinsèque, extrinsèque converti en intrinsèque et intrinsèque sur un graphe Barabási-Albert . . . . . . . . . . . . 52 3.6 Diusion en temps extrinsèque, extrinsèque converti en intrinsèque et intrinsèque sur le graphe Github . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.7 Diusion en temps extrinsèque, extrinsèque converti en intrinsèque et intrinsèque sur le graphe des blogs . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.8 Diusion en temps extrinsèque, extrinsèque converti en intrinsèque et intrinsèque sur le graphe Infectious SocioPatterns . . . . . . . . 59 4.1 Exemple de communautés de nœuds sur un graphe statique . . . . 64 4.2 Suivi de communautés dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.3 Exemple d’arbres produits par l’algorithme de classication hiérarchique du temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.4 Communautés extrinsèques stables au cours du temps . . . . . . . 74 4.5 Structure hiérarchique pour des fenêtres de temps extrinsèque . . 7510 Table des gures 4.6 Communautés intrinsèques stables au cours du temps . . . . . . . 76 4.7 Temps intrinsèque en fonction du temps extrinsèque et communautés stables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.8 Diérents cas de gure pour l’analyse des communautés stables en temps intrinsèque et extrinsèque . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.9 Structure hiérarchique pour les fenêtres extrinsèques 2 et 7 . . . . 80 4.10 Graphe (fenêtre 2) agrégé sur fenêtre extrinsèque, et sur fenêtres intrinsèques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.11 Graphe (fenêtre 7) agrégé sur fenêtre extrinsèque, et sur fenêtres intrinsèques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 A.1 Construction du graphe d’intérêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 A.2 Diusion observée sur deux jeux de données pair-à-pair . . . . . . 95 A.3 Deux simulations de diusion et comparaison de la diusion observée 97 A.4 Variation du paramètre de contagion . . . . . . . . . . . . . . . . 99 B.1 Distribution cumulée de la moyenne des poids des liens. . . . . . . 102 B.2 Évolution minimale et maximale de la variance . . . . . . . . . . . 103 B.3 Arbre des fenêtres de temps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 B.4 Taille des cœurs en fonction du seuil . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Chapitre 1 Introduction Sommaire 1.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3 Plan du mémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1 Contexte Nous sommes entourés par une multitude de réseaux d’interactions, issus de contextes très diérents : réseau social, réseau d’interactions entre neurones, réseau de transport, réseau de contacts, réseau de cellules, réseau de téléphonie, etc. Ces réseaux d’interactions peuvent être modélisés par des graphes. Un réseau social, comme Twitter ou Facebook, peut ainsi être vu comme un graphe dans lequel les nœuds sont les utilisateurs, et les liens représentent les relations d’amitiés entre ces utilisateurs. Ces graphes modélisant des interactions du monde réel sont appelés graphes de terrain (ou complex networks en anglais). Malgré ces origines variées, les graphes de terrain possèdent des caractéristiques communes. Notamment, ils ont une distribution de degrés hétérogène, c’est-à-dire que quelques nœuds sont très connectés, et la plupart des nœuds le sont très peu. D’autre part, le diamètre de ces réseaux, c’est-à-dire la distance entre les nœuds les plus éloignés, est en général assez petite. C’est ce qu’on appelle le phénomène de "petit monde". Il a aussi été montré que les graphes de terrains possèdent une structure en communautés, c’est-à-dire en groupes de nœuds très liés entre eux, et peu liés avec les autres. L’identication des communautés permet de mieux comprendre la structure du graphe étudié, quel que soit son domaine. Elle permet par exemple de déterminer de manière automatique les groupes dans un réseau social : personnes travaillant au même endroit, promotion de classe, etc. Un autre phénomène que l’on étudie sur les graphes dans de nombreux contextes est la diusion. La propagation d’une maladie en est un exemple : une personne12 Chapitre 1. Introduction atteinte d’un virus risque de contaminer les gens qu’elle côtoie. Ceux-ci peuvent alors contaminer à leur tour certaines de leurs relations, etc. Le virus se propage ainsi au sein de la population, en suivant les interactions entre les individus. L’étude de la diusion des maladies fait partie du domaine de l’épidémiologie, mais une diusion peut se produire dans d’autres contextes : diusion d’information sur un réseau social ou un réseau de téléphonie, diusion de chier sur un réseau pair-à- pair, diusion de monnaie dans une population, diusion d’un virus informatique, etc. Les questions de recherche présentées ci-dessus ont été beaucoup étudiées avec des graphes statiques. Cependant, les systèmes considérés sont en constante évolution, ce qui a donc naturellement donné lieu à l’utilisation de graphes dynamiques où les nœuds et les liens peuvent apparaître et disparaître au cours du temps. Par exemple, un graphe modélisant un réseau social en ligne comme Facebook est clairement dynamique : les relations entre les personnes sont en évolution permanente. Lorsqu’une personne s’inscrit, on observe un nouveau nœud dans le graphe. Quand elle ajoute ou enlève des contacts avec d’autres personnes, de nouveaux liens sont créés ou supprimés. L’étude des graphes dynamiques est un domaine de recherche assez récent, qui a émergé depuis une quinzaine d’années et le fait d’observer un graphe qui évolue au cours du temps soulève de nombreuses questions complexes : les mesures classiques sur les graphes statiques, comme la distance, le degré, le diamètre, la centralité ou les chemins ne peuvent pas être toujours être généralisées dans le cas des graphes dynamiques. Il faut dénir de nouvelles métriques caractérisant la dynamique. Les premières études sur les graphes de terrain dynamiques ont cherché à se ramener à des graphes statiques, an de pouvoir réutiliser les connaissances existantes. Pour cela, on peut soit considérer un graphe dynamique comme une succession de graphes statiques, soit agréger toutes les informations d’un graphe dynamique en un unique graphe statique : ce seul graphe contient alors tous les nœuds et connexions qui ont existé au cours du temps dans le graphe dynamique. Cependant, essayer de ramener un phénomène en constante évolution à quelque chose d’immobile engendre nécessairement une perte d’information : même si l’on connaît toutes les connexions qui ont existé au cours du temps dans un graphe, on perd l’ordre dans lequel ces connexions se sont produites. Pour cette raison, les travaux plus récents sur les graphes dynamiques se focalisent sur l’étude de propriétés dynamiques et ne cherchent plus à se ramener à un graphe statique. 1.2 Contributions Dans ce contexte, la façon d’étudier un phénomène dynamique dépend d’un paramètre important, mais souvent peu étudié : l’échelle de temps selon laquelle on observe ce phénomène. Selon l’échelle choisie, la dynamique du graphe peut1.3. Plan du mémoire 13 varier de manière très importante. Par exemple, sur un réseau social (au sein d’une zone géographique donnée), l’activité nocturne est en général plus limitée. Si l’on observe le graphe toutes les heures, cette baisse d’activité pourra clairement être constatée (en mesurant le nombre de nouveaux liens par heure au cours du temps par exemple). Cependant, si l’on observe le graphe toutes les 24 heures, la baisse d’activité chaque nuit ne pourra pas être détectée par la simple observation du nombre de nouveaux liens par jour. Le choix de l’échelle de temps est donc très important pour l’étude d’un graphe ou d’un processus dynamique. Dans cette thèse, nous proposons d’étudier des graphes et des processus dynamiques en utilisant une échelle de temps adaptée à leur dynamique. An que celle-ci soit pertinente quelle que soit la dynamique du phénomène étudié, il faut qu’elle dépende directement du graphe, et pas d’une unité absolue comme la seconde ou la journée. Nous considérons ici une notion de temps relatif, que nous appelons le temps intrinsèque, par opposition au temps "classique", que nous appelons temps extrinsèque. Nous proposons de dénir l’unité de temps intrinsèque par l’occurrence d’une modication sur le graphe. Un tel événement peut se dénir de manière variée, comme l’apparition ou la disparition d’un lien par exemple. Dans ce cas, chaque variation de lien dans le graphe dynamique correspond à un pas de temps intrinsèque, quel que soit le temps écoulé en secondes depuis l’événement précédent. Il s’agit donc d’une mesure naturellement liée au graphe. Le fait de considé- rer un graphe selon cette échelle de temps intrinsèque change complètement les observations que l’on peut faire. En eet, dans un graphe avec une dynamique importante, le temps ne s’écoule plus de manière linéaire, mais suit les événements du graphe. Ainsi, de nombreuses variations de liens sur quelques secondes correspondent à un grand nombre d’unités de temps intrinsèque. La contribution majeure de cette thèse est de proposer et d’évaluer une méthodologie reposant sur la notion de temps intrinsèque pour l’étude des phénomènes de diusion et du calcul de communautés dans des graphes dynamiques. L’approche proposée dans cette thèse consiste à considérer le graphe à une échelle de temps qui reète la dynamique de celui-ci, en la dénissant directement par rapport au graphe observé. 1.3 Plan du mémoire Ce mémoire est organisé en trois parties : – État de l’art et dénition du temps intrinsèque : Dans le chapitre 2, nous présentons un état de l’art sur l’étude de la dynamique des graphes, puis nous dénissons la notion de temps intrinsèque sur un graphe évoluant au cours du temps. Nous présentons également les jeux de données que nous avons utilisés dans nos travaux.14 Chapitre 1. Introduction – Diusion sur des graphes dynamiques en temps intrinsèque : nous étudions dans le chapitre 3 des phénomènes de diusion selon une échelle de temps intrinsèque, et nous comparons les résultats obtenus avec une échelle de temps extrinsèque. Ceci nous permet à la fois de montrer l’intérêt de l’échelle de temps intrinsèque pour mieux comprendre un phénomène de diusion et la dynamique d’un graphe, et de mettre en évidence le fait qu’un même phénomène observé à deux échelles de temps diérentes puisse présenter un comportement très diérent. Nous avons appliqué cette mé- thodologie à trois jeux de données réels issus de contextes variés. Ces trois jeux de données possédant une dynamique variée, nous avons pu montrer l’intérêt de l’échelle intrinsèque dans trois contextes diérents, ce qui montre le caractère générique de cette méthodologie. De plus, ces diérences nous permettent d’évaluer la pertinence de notre dénition du temps intrinsèque au regard de la dynamique du graphe. Ces travaux ont été publiés dans [Albano, 2011], [Albano et al., 2012], [Albano et al., 2013] et [Albano et al., 2014a]. – Communautés stables au cours du temps : nous analysons dans le chapitre 4 la pertinence de l’utilisation du temps intrinsèque pour la détection de communautés dynamiques. Pour cela, nous utilisons un algorithme connu, que nous appliquons aux échelles de temps intrinsèque et extrinsèque. La comparaison des communautés obtenues selon les deux échelles de temps nous montre qu’une échelle de temps intrinsèque permet la détection de communautés beaucoup plus signicatives et détaillées que l’échelle de temps extrinsèque. De plus, l’utilisation de l’échelle de temps intrinsèque ne nécessite aucun paramétrage de l’algorithme pour fournir des résultats pertinents, contrairement à l’utilisation de l’échelle de temps extrinsèque. Ces travaux ont été publiés dans [Albano et al., 2014b]. Enn, après une conclusion sur nos travaux et les pistes de recherches qu’ils ouvrent, nous présentons en annexe nos recherches sur un cas particulier de diusion observée dans un réseau pair-à-pair dynamique, ainsi que sur l’étude de la dynamique et la structure en communautés d’un réseau représentant l’activité cérébrale.Chapitre 2 État de l’art et approche proposée Sommaire 2.1 Formalisation d’un graphe dynamique . . . . . . . . . . . . . 16 2.2 État de l’art sur l’étude des graphes dynamiques . . . . . . . . 18 2.2.1 Agrégation sur des fenêtres et suivi de propriétés statiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.2 Modèles aléatoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.3 Propriétés dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3 Notre approche : échelle de temps intrinsèque . . . . . . . . . 27 2.3.1 Dénition du temps intrinsèque . . . . . . . . . . . . 28 2.3.2 Travaux existants sur la notion de temps intrinsèque 30 2.4 Jeux de données utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.1 Graphes synthétiques Barabási-Albert (BA) . . . . . . 31 2.4.2 Réseau Github . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.4.3 Jeu de données Webuence . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.4.4 Jeu de données Infectious SocioPatterns . . . . . . . 35 2.4.5 Jeu de données Infocom 2006 . . . . . . . . . . . . . . 37 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 L es graphes de terrains dynamiques sont issus de contextes très variés. Par exemple, les réseaux de contacts physiques consistent à représenter l’interaction de personnes : deux personnes assez proches en termes de distance possèdent un lien entre elles. Les réseaux de communication sont également des graphes de terrain dynamiques : qui téléphone ou écrit à qui ? Ces réseaux sont également très présents en biologie : réseaux d’interactions de neurones, réseaux de cellules, réseaux d’animaux, etc. Les travaux de [Holme and Saramäki, 2012] recensent des types très variés de réseaux dynamiques. Selon le phénomène que l’on observe, la dynamique du graphe peut varier de manière signicative. Dans certains cas, tous les nœuds restent présents tout le temps, et seuls les liens varient au cours du temps. C’est le cas par exemple d’un réseau de neurones. Dans d’autres cas, les nœuds varient également, ce qui rend la dynamique plus complexe, comme dans les réseaux de contacts physiques.16 Chapitre 2. État de l’art et approche proposée La ‹gure 2.1 montre un exemple de graphe dynamique. À t = 1s, nous observons un graphe avec 6 nœuds et 6 liens. À t = 2s, aucun changement ne se produit dans le graphe. À t = 3s, un lien se crée entre deux nœuds, on obtient donc un graphe à 6 nœuds et 7 liens. À t = 4s, un nœud et un lien se créent, et un autre lien disparaît. On a donc au ‹nal 7 nœuds et 7 liens. À t = 5s, un lien disparaît et un autre apparaît. Figure 2.1 – Exemple de graphe dynamique. Nous voyons sur cet exemple que la dynamique peut être très variable. En eet, à certains moments, seuls les liens varient, et à d’autres, nœuds et liens changent en même temps. Nous pouvons également observer qu’à certains moments, seules des créations ou disparitions de nœuds et de liens se produisent, alors qu’à d’autres moments, les deux phénomènes se déroulent en même temps. 2.1 Formalisation d’un graphe dynamique Dans les travaux existants sur le domaine, les graphes dynamiques sont désignés par diérents noms : temporal networks, evolving graphs, time-varying graphs, timestamped graphs, dynamic graphs, link streams. Tous ces noms désignent le même type d’objets. Deux principales familles de formalisations de graphes dynamiques peuvent être trouvées dans la littérature. Nous présentons ici une notation pour chacune de ces familles, mais de légères variantes peuvent exister pour chaque cas. Ces variantes sont des modi‹cations mineures et ne modi‹ent pas l’intérêt et les inconvénients de la notation. Une façon de représenter un graphe dynamique consiste à le formaliser sous forme de ›ots de liens (link streams) [Kempe et al., 2000] : à chaque lien, on associe son temps d’apparition, et éventuellement sa durée si l’information est disponible. On obtient donc une suite de quadruplets au format suivant : (u, v, t, δt), où u et v sont des nœuds, t est le début de l’interaction entre u et v, et δt est la durée de l’interaction. On retrouve quelquefois la notation (u, v, te, tf ), avec te le temps de début du lien, et tf le temps de ‹n du lien. Si l’information de durée du lien n’existe pas, on utilise des triplets (u, v, t) pour formaliser le graphe. Par exemple, si on considère un graphe d’envoi de mails, la seule information temporelle disponible a priori est celle de l’instant d’envoi des mails. Si l’on a besoin d’avoir une durée sur les liens, on peut éventuellement calculer arti‹ciellement une durée de vie des liens, UNIVERSITE MOHAMMED V-AGDAL FACULTE DES SCIENCES Rabat Faculté des Sciences, 4 Avenue Ibn Battouta B.P. 1014 RP, Rabat – Maroc Tel +212 (0) 37 77 18 34/35/38, Fax : +212 (0) 37 77 42 61, http://www.fsr.ac.ma N° d’ordre : 2725 THÈSE DE DOCTORAT Présentée par Omar El KADMIRI Spécialité : Électronique Et Traitement Des Images Titre CONTRIBUTION A LA STEREOVISION OMNIDIRECTIONNELLE ET AU TRAITEMENT DES IMAGES CATADIOPTRIQUES : APPLICATION AUX SYSTEMES AUTONOMES Soutenue le 8 Septembre 2014 devant le jury composé de : Présidente : Mme. Rajaa CHERKAOUI EL MOURSLI PES Faculté des Sciences de Rabat, Maroc Examinateurs : Mr. Lhoussaine MASMOUDI PES Faculté des Sciences de Rabat, Maroc Mr. Noureddine ZAHID PES Faculté des Sciences de Rabat, Maroc Mr. Fatah JARACHI PES Ecole Mohammadia d'ingénieurs, Maroc Mr. Javier González Jiménez PES Universidad de Málaga, EspagneA mon père; A ma mère; A ma femme Kaoutar ; A ma sœur Nadia; A mon frère Zakaria; A mon frère Samir; Ali EL KADMIRI & Fatima SERROUKHi Remerciements Les travaux de recherche de cette thèse ont été réalisés dans le Laboratoire d’Electronique et de Traitement du Signal/Géomatique, sous la direction de Mr Lhoussaine MASMOUDI. Sans doute la section la plus juteuse d’une thèse de Doctorat, est celle des remerciements. Dans un futur lointain, ce mémoire sera feuilleté par quelqu’un, dans une bibliothèque ou par curiosité, probablement son contenu pourra être expiré, mais la passion qui a réuni tant d’humains à accomplir ce travail ne le sera jamais. Tout d’abord je tiens à remercier Pr. Lhoussaine MASMOUDI, mon directeur de thèse, qui m'a fait découvrir la vision par ordinateur, depuis mon projet de fin d’études du cycle licence, et m'a initié à l'art de l'écriture d'articles. Sans son soutien, à la fois scientifique, moral et matériel, ce travail n'aurait pas été possible. Je suis très reconnaissant à Madame Rajaa CHERKAOUI EL MOURSLI qui a accepté de présider le jury. Je remercie le Professeur Noureddine ZAHID d’avoir accepté de rapporter ma thèse, d’autant que les délais étaient très courts, et d’avoir assisté à ma soutenance de thèse autant que membre du jury. Je tiens à remercier Pr. Fatah JARACHI, de l’Ecole Mohammadia d'Ingénieurs, autant que rapporteur, ainsi que membre du jury. Mes remerciements vont également vers Mr. Javier González Jiménez qui s’est déplacé d’Espagne pour assister à la soutenance autant que rapporteur et membre du jury. Je remercie chaleureusement tous les membres du Laboratoire LETS/Geomat, spécialement mon frère Zakaria EL KADMIRI doctorant dans la même structure de recherche pour son soutien. Je ne peux oublier les jeunes membres de l’équipe "LETS juniors", Saleh EL JOUMANI, Salah MOUGHYT, Said OUKACHA, et Zakaria EL JOUAHARI, qui ont partagé avec moi la passion de l’électronique et de la robotique.Abstract Computer vision and digital image processing are two disciplines aiming to endow computers with a sense of perception and image analysis, similar to that of humans. Artificial visual perception can be greatly enhanced when a large field of view is available. This thesis deals with the use of omnidirectional cameras as a mean of expanding the field of view of computer vision systems. The visual perception of depth (3D) by means of omnistereo configurations, and special processing algorithms adapted to catadioptric images, are the main subjects studied in this thesis. Firstly a survey on 3D omnidirectional vision systems is conducted. It highlights the main approaches for obtaining depth information, and provides valuable indications for the choice of the configuration according to the application requirements. Then the design of an omnistereo sensor is addressed, we present a new configuration of the proposed sensor formed by a unique catadioptric camera, dedicated to robotic applications. An experimental investigation of depth estimation accuracy was conducted to validate the new configuration. Digital images acquired by catadioptric cameras present various special geometrical proprieties, such as non-uniform resolution and severe radial distortions. The application of conventional algorithms to process such images is limited in terms of performance. For that, new algorithms adapted to the spherical geometry of catadioptric images have been developed. Gathered omnidirectional computer vision techniques were finally used in two real applications. The first concerns the integration of catadioptric cameras to a mobile robot. The second focuses on the design of a solar tracker, based on a catadioptric camera. The results confirm that the adoption of such sensors for autonomous systems offer more performance and flexibility in regards to conventional sensors. Keywords: omnidirectional stereo vision, catadioptric camera, image processing, autonomous systems. Résumé La vision par ordinateur est une discipline qui vise doter les ordinateurs d’un sens de perception et d’analyse d'image semblable à celui de l’homme. La perception visuelle artificielle peut être grandement améliorée quand un grand champ de vision est disponible. Cette thèse traite de l'utilisation des caméras omnidirectionnelles comme un moyen d'élargir le champ de vision des systèmes de vision artificielle. La perception visuelle de la profondeur (3D) par le biais de configurations omnistéréo, et les algorithmes de traitement adaptés aux images catadioptriques, sont les principaux sujets étudiés. Tout d'abord une étude des systèmes de vision omnidirectionnelle 3D est menée. Elle met en évidence les principales approches pour obtenir l’information sur la profondeur et fournit des indications précieuses sur le choix de la configuration en fonction des besoins de l'application. Ensuite, la conception d'un capteur omnistéréo est adressée ; nous présentons une nouvelle configuration du capteur proposé basé une caméra catadioptrique unique, et dédié à la robotique mobile. Des expérimentations sur la précision d’estimation de la profondeur ont été menées pour valider la nouvelle configuration. Les images catadioptriques présentent diverses propriétés géométriques particulières, telles que la résolution non-uniforme et de fortes distorsions radiales. L’application des algorithmes de traitement classiques à ce type d’images se trouve limité en termes de performances. Dans ce sens, de nouveaux algorithmes adaptés à la géométrie sphérique de ces images ont été développés. Les techniques de vision omnidirectionnelle artificielle recueillies ont été finalement exploitées dans deux applications réelles. La première concerne l’intégration des caméras catadioptriques à un robot mobile. La seconde porte sur la conception d’un suiveur solaire, à base d’une caméra catadioptrique. Les résultats obtenus confirment que l’adoption de tels capteurs pour les systèmes autonomes offre plus de performances et de flexibilité en regards aux capteurs classiques. Mots-clefs : stéréovision omnidirectionnelle, caméra catadioptrique, traitement d’images, systèmes autonomesvi Table des matières Remerciements ....................................................................................i Abstract............................................................................................... ii Résumé...............................................................................................iii 1. Introduction, contexte et problématique................................1 1.1 Introduction générale .................................................................................. 1 1.1.1 La vision à large champ dans la nature ............................................... 1 1.1.2 Les capteurs de vision omnidirectionnelle ........................................... 4 1.1.2.1 Les lentilles spéciales ..................................................................... 5 1.1.2.2 Les systèmes d’acquisition d’images multiples.............................. 6 1.1.2.3 Les systèmes catadioptriques......................................................... 7 1.2 Contexte de la thèse..................................................................................... 9 1.3 Problématique .............................................................................................. 9 1.4 Contributions et organisation du mémoire............................................... 11 2. Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels...............13 2.1 Introduction................................................................................................ 13 2.2 Les systèmes d’acquisition 3D actifs ......................................................... 13 2.2.1 La télémétrie........................................................................................ 14 2.2.1.1 La télémétrie par mesure du temps de vol .................................. 14 2.2.1.2 La télémétrie par mesure du déphasage...................................... 18 2.2.1.3 La télémétrie par mesure de la fréquence ................................... 18 2.2.2 La triangulation active........................................................................ 19 2.2.3 Notes sur des systèmes d’acquisition actifs........................................ 23 2.3 Les systèmes d’acquisition 3D passifs....................................................... 26 2.3.1 Les techniques shape-from-X .............................................................. 26 2.3.2 Contribution à la stéréovision omnidirectionnelle............................. 34 2.3.2.1 Choix du miroir ............................................................................. 40 2.3.2.2 Choix de la configuration.............................................................. 46 2.3.2.3 Notes sur la stéréovision omnidirectionnelle............................... 53 2.4 Conception d’un système de stéréovision omnidirectionnel..................... 54 2.4.1 Architecture matérielle du capteur proposé....................................... 55 2.4.2 Étalonnage du capteur ........................................................................ 56vii 2.4.3 Estimation de la profondeur par triangulation passive..................... 57 2.4.4 Résultats expérimentaux .................................................................... 59 2.4.5 Discussion et synthèse ........................................................................ 62 2.5 Conclusion .................................................................................................. 62 3. Contribution au traitement des images omnidirectionnelles.........................................................................65 3.1 Introduction................................................................................................ 65 3.2 Application des traitements classiques aux images omnidirectionnelles 66 3.3 Déballage des images omnidirectionnelles ............................................... 67 3.4 Adaptation des traitements....................................................................... 71 3.4.1 Un modèle de projection unifié ........................................................... 73 3.4.2 La projection stéréographique ............................................................ 74 3.4.3 Les opérateurs classiques de détection des contours ......................... 75 3.4.3.1 Détecteurs de contours du premier ordre .................................... 76 3.4.3.2 Détecteurs de contours du second ordre ...................................... 78 3.4.4 Détecteur de contours dédié aux images omnidirectionnelles........... 79 3.4.4.1 Modèle sphérique de charges électriques virtuelles.................... 79 3.4.4.2 Algorithme de détection des contours dans les images sphériques 82 3.4.4.3 La méthode d’évaluation de Fram & Deutsch ............................. 84 3.4.4.4 Résultats expérimentaux.............................................................. 85 3.4.5 Adaptation du détecteur de points d’intérêt de Harris...................... 90 3.4.5.1 La détection des points d’intérêt.................................................. 90 3.4.5.2 Les détecteurs de coins basés modèle .......................................... 91 3.4.5.3 Les détecteurs de coins basés sur la géométrie ........................... 91 3.4.5.4 Le détecteur de coins de Harris.................................................... 92 3.4.5.5 Détecteur de coins dédié aux images omnidirectionnelles.......... 93 3.4.5.6 Résultats illustratifs et comparaisons ......................................... 96 3.5 Conclusion ................................................................................................ 103 4. La vision omnidirectionnelle pour les systèmes autonomes 106 4.1 Introduction.............................................................................................. 106 4.2 Conception et réalisation d’un robot mobile ........................................... 107 4.2.1 L’électronique .................................................................................... 109viii 4.2.2 La mécanique..................................................................................... 113 4.2.3 Application : suivi d’une cible en mouvement.................................. 116 4.3 Conception et réalisation d’un suiveur solaire ....................................... 121 4.3.1 Le suiveur solaire omnidirectionnel : concept et contrôle ............... 125 4.3.2 Validation expérimentale.................................................................. 128 4.3.3 Discussion des résultats.................................................................... 130 4.4 Conclusion ................................................................................................ 132 Conclusions .....................................................................................134 Références .......................................................................................135ix Table des figures Figure 1.1 : Champ de vision d’une mouche. ........................................................... 2 Figure 1.2 : Les yeux du Gigantocypris d'ostracodes............................................... 3 Figure 1.3 : (a) ViewPlus ASTRO Sensor (b) L’araignée sautante. (c) Le Scallop. 3 Figure 1.4 : (a) Champ de vision directionnel (b) Champ de vision panoramique (c) champ de vision omnidirectionnel............................................................................ 5 Figure 1.5 : (a) Lentille fisheye Samyang 8mm F3.5 (b) Une image obtenue avec une lentille fisheye. (c) Spherecam........................................................................... 6 Figure 1.6 (a) Système de vision panoramique par mosaïquage. (b) Système de vision omnidirectionnel à multi-caméras. (c) système de vision panoramique à quatre caméras.......................................................................................................... 7 Figure 1.7 : (a) Le siège de Syracuse et les miroirs d'Archimède. (b) L’autoportrait en miroir sphérique (1935). ...................................................................................... 8 Figure 1.8 : Formation d’une image catadioptrique par projection orthographique. ................................................................................................................................. 10 Figure 2.1 : (a) Le robot Segway RMP. (b) Configuration du système laser-camera omnidirectionnelle................................................................................................... 16 Figure 2.2 (a) Robot mobile dédié à la cartographie. (b) Exemple d’une scène. (c) La carte générée représentant l’espace libre............................................................... 17 Figure 2.3 : (a) Une voiture de la flotte Google Street View équipée d’un système de camera R5. (b) système de camera R5. (c) système de camera R7................... 17 Figure 2.4 : Représentation de la triangulation active par émission d’un faisceau laser. ........................................................................................................................ 19 Figure 2.5 : triangulation active par émission d’un plan laser. ............................ 20 Figure 2.6 : Acquisition 3D active par émission d’un motif de segments laser.... 20 Figure 2.7 : (a) Le dispositif d’acquisition 3D KINECT (b) Motif de lumière structurée projeté par KINECT.............................................................................. 21 Figure 2.8 : (a) Photographie du capteur de vision omnidirectionnelle. (b) Configuration du capteur de vision omnidirectionnelle. ....................................... 21 Figure 2.9 : Système d’acquisition 3D omnidirectionnel actif............................... 22 Figure 2.10 : (a) Illustration d’un système de télémétrie omnidirectionnel. (b) Triangulation active................................................................................................ 23 Figure 2.11 : Illusion d’optique due au manque d’information sur la profondeur. ................................................................................................................................. 23 Figure 2.12 : (a) Système de balayage à miroir pour télémètre laser. (b) RIEGL VQ- 450 scanner laser à large champ de vision. ........................................................... 25 Figure 2.13 : Modèle de lentille mince. .................................................................. 28 Figure 2.14 : Reconstruction de la forme à partir de la texture. (a) Image réelle : tissu à texture anisotrope non stationnaire (b) Diagramme à aiguille des Texels détectés (c) La profondeur de la surface illustrée en niveaux de gris (d) Maillage de la surface vue de profil............................................................................................ 29 Figure 2.15 : Exemple de reconstruction à partir d’une image avec des ombres noires. ...................................................................................................................... 31x Figure 2.16 : Reconstruction 3D d’une boule (ping-pong) par technique shape-fromshading. ................................................................................................................... 32 Figure 2.17 : Principe de la stéréovision. ............................................................... 32 Figure 2.18 : La géométrie épipolaire. (a) : Une scène observée sous différents points de vue, la géométrie épipolaire doit décrire la relation entre les deux images résultantes. (b) Schématisation de la géométrie épipolaire. ................................. 33 Figure 2.19 : le système de stéréovision omnidirectionnelle SPHEREO.............. 35 Figure 2.20 : Système de vidéosurveillance à base de capteurs omnidirectionnels. (a) capteur catadioptrique utilisé. (b) Principe de la stéréovision omnidirectionnelle N-Oculaire. (c) Aperçu du système......................................................................... 36 Figure 2.21 : Les différentes configurations d’un system omnistéréo monté sur un véhicule.................................................................................................................... 37 Figure 2.22 : (a) Capteur d'image stéréo omnidirectionnel. (b) Système de projection 3D immersive CYLINDRA. .................................................................. 37 Figure 2.23 : Carte de profondeur panoramique générée à partir d'images stéréo. ................................................................................................................................. 38 Figure 2.24 : Miroirs convexes pour caméras catadioptriques. (a) Miroir conique (b) Miroir sphérique (c) Miroir hyperbolique (d) Miroir parabolique......................... 39 Figure 2.25 : Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir conique. ..................................................................................................... 40 Figure 2.26 : Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir sphérique................................................................................................... 41 Figure 2.27 : Système catadioptrique avec miroir sphérique à double lobe. (a) Configuration du système. (b) Exemple d’image. .................................................. 42 Figure 2.28 : Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir hyperbolique.............................................................................................. 43 Figure 2.29 : système stéréo omnidirectionnel à miroirs hyperboliques. (a) configuration du système. (b) exemple d’image. .................................................... 44 Figure 2.30: Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir parabolique................................................................................................ 45 Figure 2.31 : Configuration omnistéréo horizontale.............................................. 46 Figure 2.32 : (a) Triangulation omnistéréo horizontale. (b) Les lignes épipolaires. ................................................................................................................................. 47 Figure 2.33 : système de vision omnistéréo binoculaire-H.................................... 48 Figure 2.34 : système omnistéréo pour véhicule intelligent. (a) système hybride. (b) système catadioptrique. .......................................................................................... 49 Figure 2.35 : Configuration omnistéréo binoculaire verticale............................... 49 Figure 2.36 : La géométrie épipolaire d’un système omnistéréo binoculaire-V. (a) Les lignes épipolaires de l’image catadioptrique. (b) les lignes épipolaires de l’image panoramique............................................................................................................ 50 Figure 2.37 : (a) Triangulation et calcul de la profondeur (b) Système omnistéréo binoculaire-V à deux cameras catadioptriques...................................................... 51 Figure 2.38: DaX, le robot mobile Scitos G5. ......................................................... 51xi Figure 2.39 : Système omnistéréo à caméra unique et deux miroirs hyperboliques. (a) Apparence du système de vison. (b) Une image acquise avec ce système. (c) Triangulation. ......................................................................................................... 52 Figure 2.40 : Système omnistéréo à caméra unique et multiple miroirs (sphériques). ............................................................................................................ 53 Figure 2.41 : (a) Architecture du capteur catadioptrique proposé. (b) Configuration du système omnistéréo............................................................................................ 55 Figure 2.42 : Illustration du processus d’ajustement du capteur catadioptrique. (a) Capteur non ajusté. (b) Capteur ajusté.................................................................. 56 Figure 2.43 : Triangulation dans le cas du système omnistéréo proposé. ............ 57 Figure 2.44 : Procédure d’estimation de la profondeur. ........................................ 59 Figure 2.45 : Une paire d’images omnistéréo. (a) Image acquise à position haute. (b) Image acquise à position basse. ........................................................................ 60 Figure 2.46 : Courbe de variation de l’erreur, D=2.18........................................... 60 Figure 2.47 : Courbe de variation de l’erreur, D=3.18........................................... 61 Figure 2.48 : Courbe de variation de l’erreur, D=4.18........................................... 61 Figure 3.1 : Déballage d’une image catadioptrique (a) image catadioptrique. (b) l’image panoramique correspondante. ................................................................... 67 Figure 3.2 : Principe du déballage des images omnidirectionnelles. .................... 68 Figure 3.3: changement du repère de l'image catadioptrique............................... 69 Figure 3.4: Image panoramique non interpolée..................................................... 70 Figure 3.5: (a) Image omnidirectionnelle utilisée dans l'expérimentation du déballage. (b) Image panoramique correspondante, résolution : 122 X 749, α=1, β=0.5 ........................................................................................................................ 71 Figure 3.6 : Problème du voisinage pixellique. (a) Voisinage pixellique incorrecte dans le cas d’un filtre planaire. (b) Voisinage correcte dans le cas d’un filtre sphérique. ................................................................................................................ 72 Figure 3.7 : Projection d’un point 3D par le modèle unifié.................................... 73 Figure 3.8 : La projection stéréographique. ........................................................... 74 Figure 3.9 : Modèles de contours. (a) Marche d’escalier. (b) Rampe. (c) Toit. (d) Ligne. ....................................................................................................................... 75 Figure 3.10 : Distribution sphérique de charges électrostatiques. ....................... 80 Figure 3.11 : (a) Image catadioptrique. (b) Image mappée sur la sphère. (c) L’image panoramique correspondante. ................................................................................ 82 Figure 3.12 : Algorithme de détection de contours dans l’image sphérique. ........ 83 Figure 3.13 : (a) L’image synthétique générée pour l’évaluation quantitative de la détection de contours, avec un contour verticale à 0° et un contour diagonale à 60°. (b) La région de contour considérée........................................................................ 84 Figure 3.14 : (a) Valeurs de 𝑃1 avec bruit gaussien de variance croissante (contour vertical, un saut de 50 niveaux de gris). (b) Valeurs de 𝑃2. .................................. 85 Figure 3.15 : (a) Valeurs de 𝑃1 avec bruit gaussien de variance croissante (contour vertical, un saut de 100 niveaux de gris). (b) Valeurs de 𝑃2. ................................ 86 Figure 3.16 : (a) Valeurs de 𝑃1 avec bruit gaussien de variance croissante (contour diagonal, un saut de 150 niveaux de gris). (b) Valeurs de 𝑃2................................ 86xii Figure 3.17 : (a) Valeurs de 𝑃1 avec bruit gaussien de variance croissante (contour diagonal, un saut de 50 niveaux de gris). (b) Valeurs de 𝑃2.................................. 86 Figure 3.18 : (a) Valeurs de 𝑃1 avec bruit gaussien de variance croissante (contour diagonal, un saut de 100 niveaux de gris). (b) Valeurs de 𝑃2................................ 87 Figure 3.19 : (a) Valeurs de 𝑃1 avec bruit gaussien de variance croissante (contour vertical, un saut de 150 niveaux de gris). (b) Valeurs de 𝑃2. ................................ 87 Figure 3.20 : Image réelle utilisée pour l’évaluation de la détection de contours. 88 Figure 3.21 : Image réelle filtrée avec l’opérateur de Sobel. ................................. 88 Figure 3.22 : Image réelle filtrée avec l’opérateur de Prewitt............................... 89 Figure 3.23 : Image réelle filtrée avec l’opérateur PMCEV. ................................. 89 Figure 3.24 : Image réelle filtrée avec l’opérateur SMCEV. ................................. 89 Figure 3.25 : Exemple d’extraction des points d’intérêt. (a) Image catadioptrique acquise avec un miroir parabolique. (b) Image panoramique correspondante. (c) Extraction de points d’intérêt................................................................................. 90 Figure 3.26 : Algorithme de détection de coins dans l’image sphérique............... 94 Figure 3.27: L'algorithme proposé de détection des coins. .................................... 95 Figure 3.28 : (a) La première image synthétique utilisée pour l’évaluation de la détection des coins. (b) La seconde image synthétique ........................................ 96 Figure 3.29 : Résultat de détection de coins dans la première image synthétique. (a) L’algorithme proposé. (b) Harris standard. ...................................................... 97 Figure 3.30 : Résultat de détection de coins dans la seconde image synthétique originale. (a) L’algorithme proposé. (b) Harris standard. ..................................... 98 Figure 3.31 : Résultat de détection de coins dans la seconde image synthétique bruitée. (a) L’algorithme proposé. (b) Harris standard. ........................................ 99 Figure 3.32 : Résultat de détection de coins dans la seconde image synthétique floue. (a) L’algorithme proposé. (b) Harris standard. .......................................... 100 Figure 3.33 : Résultats d’évaluation de la localisation des coins détectés. (a) L’approche proposée. (b) Harris standard............................................................ 101 Figure 3.34 : Résultats de détection de coins sur une image réelle en utilisant l’algorithme proposé.............................................................................................. 102 Figure 3.35 : Résultats de détection de coins sur une image réelle en utilisant l’algorithme standard de Harris........................................................................... 103 Figure 4.1 : Le robot ESCALADE360 v1.0........................................................... 107 Figure 4.2 : Différentes configurations pour les robots à chenilles..................... 108 Figure 4.3 : ESCALADE360 v2.0 ......................................................................... 108 Figure 4.4 : ESCALADE360 v3.0 ......................................................................... 109 Figure 4.5 : (a) Capteur de vision omnistéréo à baseline variable. (b) Capteur omnistéréo à baseline fixe..................................................................................... 110 Figure 4.6 : Capteur de vision omnidirectionnelle monoculaire. ........................ 111 Figure 4.7 : Unité de traitement du robot ESCALADE360................................. 112 Figure 4.8 : Circuit de commande du robot ESCALADE360. ............................. 112 Figure 4.9 : Système de contrôle du robot ESCALADE360................................. 113 Figure 4.10 : Moteur électrique DC 12 V. ............................................................ 114 Figure 4.11 : Les moteurs primaires du robot. .................................................... 114 Figure 4.12 : Mécanisme des flippers du robot ESCALADE360......................... 115xiii Figure 4.13 : Les quatre positions principales des flippers. (a) Quatre points de contact, 𝛼 ∈ 0°, 180°. (b) contact allongé, 𝛼 = 180°. (c) Contact condensé 𝛼 = 0°. (d) Contact réduit. 𝛼 = 180°, 360°............................................................................... 115 Figure 4.14 : Les dimensions du robot ESCALADE360...................................... 116 Figure 4.15 : La cible suivie. (a) Image catadioptrique HSV à faible éclairage. (b) Image catadioptrique HSV à fort éclairage.......................................................... 118 Figure 4.16 : Détection et orientation du robot vers la cible suivie. ................... 120 Figure 4.17 : Expérience de suivi autonome d’une cible en mouvement ............ 121 Figure 4.18 : Photo-capteur à balance de luminosité .......................................... 123 Figure 4.19 : Carte de la trajectoire solaire de Rabat (Maroc)............................ 124 Figure 4.20 : Illustration de la localisation du soleil avec une caméra catadioptrique. ...................................................................................................... 124 Figure 4.21 : Suiveur solaire Helianthus360....................................................... 125 Figure 4.22 : L'architecture du suiveur solaire proposé...................................... 126 Figure 4.23 : Unité de contrôle du suiveur solaire Helianthus360..................... 126 Figure 4.24 (a) Image omnidirectionnelle échantillon d'un ciel partiel. (b) L'image omnidirectionnelle après seuillage. (c) Schématisation de la procédure de suivi du soleil....................................................................................................................... 127 Figure 4.25 : Les mesures de puissance du 17 Juillet 2013. ............................... 129 Figure 4.26 : Les mesures de puissance du 20 Septembre 2013. ........................ 129 Figure 4.27 : (a) Première expérience 17 Juillet 2013. L’ensoleillement total journalier: 25.7 𝑀𝐽𝑚2 (b) Deuxième expérience 20 septembre 2013. L’ensoleillement total journalier: 21 𝑀𝐽𝑚2. ......................................................... 130 Figure 4.28 : Robot mobile équipé d’un suiveur solaire....................................... 132xiv Liste des tableaux Tableau 2-1 : Les techniques passives d’acquisition 3D........................................ 26 Tableau 2-2 : Tableau récapitulatif des miroirs principaux.................................. 46 Tableau 2-3 : Tableau récapitulatif des principales configurations omnistéréo. . 54 Tableau 2-4 : Variation de l’erreur sur la profondeur en fonction de h pour D=2.18m ................................................................................................................................. 60 Tableau 2-5 : Variation de l’erreur sur la profondeur en fonction de h pour D=3.18m ................................................................................................................................. 61 Tableau 2-6 : Variation de l’erreur sur la profondeur en fonction de h pour D=4.18m ................................................................................................................................. 61 Tableau 3-1 : Caractéristiques de la plateforme d’expérimentation..................... 70 Tableau 3-2 : Temps d’exécution de l’algorithme du déballage............................. 70 Tableau 3-3 : Taux d’évaluation de la première image synthétique..................... 98 Tableau 3-4 : Taux d’évaluation de la seconde image synthétique....................... 98 Tableau 3-5 : Taux d’évaluation de la seconde image synthétique (bruit gaussien) ................................................................................................................................. 99 Tableau 3-6 : Taux d’évaluation de la seconde image synthétique (floue). ........ 100 Tableau 3-7 : Evaluation de la localisation des coins détectés par mesure de la distance euclidienne.............................................................................................. 101 Tableau 4-1 : Variation de l’erreur en fonction de D, h=0.425m........................ 1211 Introduction, contexte et problématique 1. Introduction, contexte et problématique 1.1 Introduction générale Le traitement d'images et la vision artificielle sont des disciplines relativement récentes (~années 60) et qui ont connu une évolution rapide. Elles sont en plein développement et donnent naissance chaque année à une profusion de progrès académiques, technologiques, et industriels. L'engouement pour ces disciplines s'explique par l’émergence permanente d'applications et d'enjeux industriels dans des domaines assez variés. Aujourd'hui, grâce aux technologies toujours en engouement, les images ont envahi notre quotidien, que ce soit dans le divertissement (Photos numériques, jeux vidéo...) ou dans un cadre plus utilitaire. Citons à titre d’exemple l'utilisation croissante de la vision dans des domaines variés tels que la médecine (IRM), la vidéosurveillance (sécurité, analyse routière...), la robotique, la défense (missiles, détection, véhicules autonomes...), l'astronomie, etc… Par traitement d'images, on désigne l'ensemble des opérations sur les images numériques, qui transforment une image en une autre image, ou en une autre primitive formelle. Tant qu'à la vision par ordinateur, concerne la compréhension d'une scène ou d'un phénomène à partir des informations contenues dans l’image. Liant implicitement la perception, le comportement et le contrôle. Les domaines liés à ces deux disciplines vont du traitement du signal à l'intelligence artificielle, on ne saurait donc prétendre à l'exhaustivité, mais on s’intéresse plutôt à l'exploration d'un certain nombre de techniques importantes et actuelles. Tout naturellement, l'idée d'augmenter le champ de vision s'est donc imposée avec comme espoir d'obtenir une vision omnidirectionnelle, c'est-à-dire un champ de vision à 360°, vue que certains types d'applications, la robotique comme exemple, exige un champ de vision plus large que celui des caméras standards. Pour étendre le champ de vision, l’homme s’est inspiré du système de vision animale. En effet, dans leur milieu naturel, la connaissance de l’environnement est indispensable à la survie des espèces, afin de détecter efficacement le mouvement ou de repérer les prédateurs. La géométrie oculaire s’est adaptée à l’animal considéré et à son environnement. 1.1.1 La vision à large champ dans la nature La vision est certainement la plus importante de nos cinq sens, C'est un processus complexe qui nécessite la collaboration de nombreux composants de l'œil humain et du cerveau. Un composant essentiel du système de vision, soit humain, animal ou synthétique, est le capteur de vision qui collecte les données de l'environnement. À cause de nos capteurs, les yeux, la vision humaine a un champ de vision (FOV) très limité par rapport à d'autres systèmes visuels trouvés dans la nature. La puissance de calcul massif offert par le cortex cérébral humain permet de réaliser de façon régulière des tâches de navigation et de reconnaissance, malgré le manque2 Introduction, contexte et problématique d'informations visuelles. Au cours de leur vie, d'autres animaux ont aussi besoin de trouver leur chemin dans des environnements imprévisibles, de reconnaître la nourriture ou d’éviter les prédateurs, entre autres tâches vitales. Néanmoins, le cerveau des insectes, par exemple, dispose de 105 à 106 de neurones par rapport à 1011 que compte un cerveau humain, donc ils disposent de beaucoup moins de puissance de traitement [1] . Il est plausible que la mémoire et la capacité de calcul d'un tel petit cerveau sont inférieures à ceux fournies par les puissants ordinateurs de nos jours. Cependant, les humains ne sont pas encore capables de construire des systèmes de vision similaires. Par conséquent, il est logique de penser que les performances de ces systèmes volants parfaits sont améliorées par le développement particulier de leurs yeux. La majorité des arthropodes bénéficient d'un large champ de vision donné par leurs yeux composés 1(figure 1.1). Un œil composé est un organe visuel qui comprend jusqu’à 30 000 ommatidies qui sont de minuscules capteurs qui distinguent entre la luminosité et l'obscurité, et parfois peuvent détecter la couleur. L'image perçue par l'arthropode est une combinaison d'entrées à partir de nombreuses ommatidies, qui sont orientées vers un point dans des directions légèrement différentes afin de couvrir un large champ de vision. Contrairement à d'autres types de yeux, il n'y a pas de lentille ou de rétine centrale, ce qui entraine une faible résolution d'image ; cependant, il peut détecter un mouvement rapide et, dans certains cas, la polarisation de la lumière. Les yeux des crustacés sont constitués de combinaisons de miroirs et de surfaces de réfraction qui concentrent la lumière à différents points sur la rétine. Le Gigantocypris d'ostracodes 2(figure 1.2) est un crustacé avec de grands yeux réfléchissants, ayant une structure similaire à l'optique utilisée pour télescopes. 1 Source de l’image de fond : [140] 2 Source de figure : [142] Figure 1.1 : Champ de vision d’une mouche.3 Introduction, contexte et problématique Ses yeux sont adaptés à des conditions de lumière très faible trouvés dans les profondeurs des océans, grâce aux miroirs paraboliques qui les composent. La conception de nouveaux capteurs de vision a été amplement inspirée par la nature. Un système de stéréovision omnidirectionnelle comme la caméra panoptique [2] ViewPlus ASTRO Sensor 3(figure 1.3.a), nous fera certainement penser aux yeux de l’araignée sautante 4(Figure 1.3.b) ou le Scallop 5(Figure 1.3.c), deux espèces avec un système de vision constitué de multiple paire d’yeux, chacune étant orientée vers une direction. 3 Source de figure : [143] 4 Source de figure : [144] 5 Source de figure : [145] Figure 1.2 : Les yeux du Gigantocypris d'ostracodes Figure 1.3 : (a) ViewPlus ASTRO Sensor (b) L’araignée sautante. (c) Le Scallop.4 Introduction, contexte et problématique 1.1.2 Les capteurs de vision omnidirectionnelle La 6Figure 1.4 représente un classement des capteurs de vision selon le champ de vision qu’ils couvrent. Une caméra directionnelle a un champ de vision qui couvre moins d’un hémisphère. Elles sont aussi connues sous le nom de caméras standards car elles sont les plus couramment utilisées. Nous appelons capteur omnidirectionnel ou caméra omnidirectionnelle un capteur de vision qui a un champ de vision quasi sphérique atteignant 360 degrés en azimut. Les capteurs panoramiques ont aussi un champ de vision azimutale de 360° mais ne couvrent pas toute la sphère. 6 Source de la photo : [146] (a) (b)5 Introduction, contexte et problématique La classification courante des capteurs omnidirectionnels existants est souvent liée aux technologies utilisées pour leur fabrication. Ainsi, pour améliorer le champ de vision de caméras conventionnelles, les chercheurs ont utilisé :  Les lentilles spéciales.  Plusieurs systèmes d'acquisition d'images au moyen de rotation des caméras ou en utilisant des structures de plusieurs caméras avec des champs de vue complémentaires.  Les systèmes catadioptriques qui sont des combinaisons de caméras et de miroirs. Si la scène est observée à partir d'un point dans l'espace le capteur possède un centre unique de projection soit (Single View Point, SVP). 1.1.2.1 Les lentilles spéciales Parmi les moyens d'élargissement du champ de vision d’une caméra, la possibilité d’utiliser un ensemble complexe de plusieurs lentilles. Il s’agit de systèmes dioptriques. L’utilisation de ces optiques génère de fortes distorsions radiales au niveau de l’image acquise. Un objectif hypergone ou lentille fisheye 7(figure 1.5.a) est un objectif spécial à lentille très convexe avec une focale très courte qui donne un champ de vision hémisphérique 8(figure 1.5.b). En dépit des inconvénients mentionnés ci-dessus, le grand champ de vision offert par l’objectif fish-eye fait de ce type d'éléments dioptriques un choix attrayant pour plusieurs chercheurs. En 1993, Basu et al. [3] ont publié une étude fournissant deux solutions mathématiques pour compenser la distorsion fish-eye. La transformation fish-eye est définie comme étant une fonction de mappage à résolution variable qui génère une image à haute résolution dans la zone centrale et diminue de façon non linéaire la résolution vers la 7 Sources des figures : [147] 8 Source de figure : [148] (c) Figure 1.4 : (a) Champ de vision directionnel (b) Champ de vision panoramique (c) champ de vision omnidirectionnel6 Introduction, contexte et problématique périphérie. Ils ont également souligné que la résolution variable des images peut être transformée en une fonction utile, car elle réduit la quantité d'informations à traiter et maintient au même temps un grand champ de vision. En 1992 Dan Slater [4], a conçu un système de vision appelé Spherecam avec deux objectifs fish-eye montés dos-à-dos, offrant un champ de vision complétement omnidirectionnel avec la possibilité de prise de vue instantanée 9(Figure 1.5.c). Compte tenu des principaux points évoqués ci-dessus, nous voyons que les caméras à lentilles fish-eye peuvent fournir des images appropriées pour un certain nombre d'applications. Cependant leur champ de vision reste assez limité pour d’autres. 1.1.2.2 Les systèmes d’acquisition d’images multiples Des vues panoramiques en haute résolution peuvent être obtenues en utilisant une mosaïque formée par plusieurs images fournies par une caméra rotative. Par exemple, Dans [5] on propose une méthode pour générer des images panoramiques par mosaïquage d’une multitude d’images perspectives, acquises par une caméra rotative 10(figure 1.6.a). Deux images panoramiques prises peuvent servir comme une paire stéréo panoramique. Le système décrit génère une image panoramique stéréo à l'aide de projections circulaires des images ou vidéos prises par une seule caméra. Une image omnidirectionnelle complète est obtenue en rassemblant les images acquises au moyen d'une procédure couteuse en termes de temps de traitement, ce qui limite la convenance de telles méthodes dans des applications en temps réel. Les yeux composés des insectes ont été une source d'inspiration pour un nouveau type de systèmes omnidirectionnels. En 2000, Fermuller et al. [6] ont développé un système de vision omnidirectionnelle à partir de plusieurs caméras orientées vers des directions différentes 11(figure 1.6.b). 9 Source de figure : [149] 10 Source de figure : [5] 11 Source de figure : [6] Figure 1.5 : (a) Lentille fisheye Samyang 8mm F3.5 (b) Une image obtenue avec une lentille fisheye. (c) Spherecam7 Introduction, contexte et problématique Un champ de vue omnidirectionnel complet n'est pas toujours nécessaire. Des applications telles que la vidéo-conférence n’ont besoin que d'un angle vertical de vue limité. Patil et Al., ont présenté dans [7] un système de vision à haute résolution pour la détection et le suivi des personnes, qui se compose d'un système à multi-caméras omnidirectionnelles destinées à être utilisées dans des environnements de réunion. Ce système 12(figure 1.6.c) appelé CAMEO est conçu pour surveiller les activités des gens dans les réunions de sorte qu'il peut générer un résumé sémantiquement indexé de ce qui s'est passé lors de la réunion. Ce genre d'arrangement n’offre pas un champ de vision quasi omnidirectionnel, mais permet de réduire le nombre de caméras et, par conséquent, les coûts de fabrication. Les capteurs de vision avec des champs de vue complémentaires ont surmonté quelques problèmes de caméras mobiles, mais le capteur devient plus difficile à calibrer car il implique plusieurs caméras, ainsi que les cartes d'acquisition d'images correspondantes. En résumé, l'avantage d'utiliser des caméras rotatives ou des configurations de plusieurs caméras couvrant la scène offre une très bonne qualité d'image en haute résolution. Cependant, cette fonction très utile est entachée par un ensemble d'inconvénients. Dans le cas d’une caméra rotative, la partie de la scène derrière le plan d'image est toujours cachée, donc ce type d'appareils ne peut pas être utilisé dans des applications en temps réel. La vue omnidirectionnelle obtenue à partir de plusieurs images partielles est difficile à exploiter, coûteuse et peut contenir des discontinuités. 1.1.2.3 Les systèmes catadioptriques Une autre façon d'obtenir des images omnidirectionnelles est en pointant une caméra vers un miroir spécialement conçu. La combinaison de miroirs (catoptriques) et les lentilles (dioptriques) est connu comme catadioptriques. Dans l'histoire de la Grèce antique les propriétés des miroirs courbés de focalisation de 12 Source de figure : [7] Figure 1.6 (a) Système de vision panoramique par mosaïquage. (b) Système de vision omnidirectionnel à multi-caméras. (c) système de vision panoramique à quatre caméras.8 Introduction, contexte et problématique la lumière ont été exploitées pour brûler les navires ennemis 13(figure 1.7.a) [8]. Les catadioptriques ont également été utilisées au XVIIème siècle par Isaac Newton qui a développé un télescope réflecteur (réflecteur newtonien) qui utilise des miroirs au lieu des lentilles pour corriger l'aberration chromatique (Halo). Observant la scène environnante au moyen de surfaces réfléchissantes n'est pas une idée nouvelle et un exemple classique, est le dessin de l'artiste graphique néerlandais Escher (1898 - 1972), illustré à la 14figure 1.7.b. Cependant, ce qui a réellement déclenché la recherche sur les systèmes catadioptriques était l'utilisation de caméras modernes qui ont fourni une image de bonne qualité de la scène réfléchie. Une utilisation précoce des catadioptriques pour une application réelle a été proposée par Rees en 1970 [9]. Il a inventé une caméra panoramique de télévision basée sur un miroir de forme hyperbolique convexe. Vingt ans plus tard, les chercheurs concentrent à nouveau leur attention sur les possibilités offertes par les systèmes catadioptriques, principalement dans le domaine de la robotique. En 1990, l'équipe japonaise de Mitsubishi Electric Corporation dirigée par Y. Yagi [10] a étudié les scènes panoramiques générées en utilisant un capteur à base de miroir conique. Le capteur, appelé COPIS, a été utilisé pour générer la carte de l'environnement à l'intérieur d'une scène à l’aide d’un robot mobile. À partir des années quatre-vingt-dix, l'attention accordée à la vision omnidirectionnelle et sa base de connaissances n’a cessé de croître comme le nombre de chercheurs impliqués dans l'étude de caméras omnidirectionnelles a augmenté. De nouveaux modèles mathématiques pour projection catadioptrique ont été établis, par conséquent, de meilleurs capteurs catadioptriques performants 13 Source de figure : [150] 14 Source de figure : [162] Figure 1.7 : (a) Le siège de Syracuse et les miroirs d'Archimède. (b) L’autoportrait en miroir sphérique (1935). (a) (b)9 Introduction, contexte et problématique sont apparus. En résumé, le grand intérêt suscité par les catadioptriques est due à leurs propres avantages par rapport à d'autres systèmes omnidirectionnels. Parmi ces avantages : la prise de vue omnidirectionnelle instantanée, une bonne résolution, et en particulier le prix et la compacité. Pour une discussion détaillée sur la théorie et la pratique de réalisation des catadioptriques, le lecteur est renvoyé au chapitre 2 de cette thèse. 1.2 Contexte de la thèse Les travaux de recherche de cette thèse ont commencés et ont été réalisés principalement dans le Laboratoire d’Electronique et de Traitement du Signal/Géomatique, connu à l’époque sous le nom "LETS" avant sa fusion avec le Laboratoire de Géomatique. Il fait partie des structures de recherche affiliées à la Faculté des Sciences de Rabat, Université Mohamed V-Agdal. Les axes de recherche du laboratoire couvrent des domaines tels que la vision par ordinateur, le traitement du signal notamment de l’image, la télédétection et la géomatique. Avec des applications en robotique, environnement, agriculture et les domaines de l'imagerie médicale. Dans le contexte des travaux menés dans le domaine de la vision artificielle et du traitement des images numériques, le large champ de vision offert par les caméras omnidirectionnelles est apparu comme une solution possible aux problèmes spécifiques introduits par l'utilisation de caméras traditionnelles. De plus, l'utilité de ces techniques et le défi de leur application aux systèmes autonomes nous ont motivés pour lancer une recherche dans le domaine des capteurs de vision catadioptriques. La première étape était une phase de recherche d’un an en 2011 où les principes fondamentaux de la vision omnidirectionnelle ont été étudiés. Les algorithmes et techniques de base ainsi élaborés nous ont permis d’étendre l’étude vers une application dans le domaine de la robotique. Et aussi dans le domaine de l’énergie photovoltaïque en collaboration avec le Laboratoire d’Energie Solaire et Environnement représenté par le Professeur Mohammed Najib BARGACH. 1.3 Problématique L'utilisation des systèmes autonomes est une option attrayante dans les situations où l'intervention humaine est trop coûteuse, dangereuse, ou tout simplement dans le cas où la tâche peut être bien gérée par une machine que par un humain. Les systèmes autonomes doivent interagir avec l'environnement en utilisant une combinaison de capteurs embarqués, et éventuellement traiter les données obtenues et de les transformer en informations utiles pour la prise de décision ou pour l'interprétation humaine. Par conséquent, il est essentiel de fournir à ces systèmes un modèle de la scène réelle ou la possibilité de construire un tel modèle de façon autonome. La construction des systèmes de vision artificielle non intrusive de l'environnement, ainsi que le développement des algorithmes de traitement de l’information visuelle avaient motivé notre recherche.10 Introduction, contexte et problématique Toutefois, les capteurs catadioptriques de vision omnidirectionnelle présentent deux inconvénients majeurs par rapport aux caméras perspectives, qui sont la résolution non uniforme, ainsi que de fortes distorsions radiales introduites dans les images omnidirectionnelles. Ces lacunes affectent l’applicabilité des outils classiques de traitement à ce type d’images. Il convient aussi de préciser que la géométrie de formation des images catadioptriques est totalement différente de celle des images perspectives. Par conséquent, la redéfinition des outils mathématiques de modélisation, calibrage, stéréovision est fermement nécessaire dans ce cas. La résolution non uniforme et les distorsions sont dues à la forme du miroir utilisé. La figure 1.8 illustre comment deux surfaces égales seront projetées orthographiquement sur le plan image selon deux résolutions différentes en fonction de leurs positions sur le quadrique de révolution utilisé. Un autre problème qui surgit lors du traitement des images catadioptriques par des outils classiques conçus pour les images perspectives, est celui du voisinage pixellique. Ce problème est bien décrit dans la section 13.4. Compte tenu de la nature spéciale des images omnidirectionnelles, ainsi que de leurs systèmes d’acquisition, nous nous sommes intéressés au développement d’outils techniques et théoriques permettant l’exploitation efficace des systèmes de stéréovision omnidirectionnelle, comme premier axe de recherche. Le deuxième axe a concerné l’adaptation des algorithmes et des outils classiques de traitement Figure 1.8 : Formation d’une image catadioptrique par projection orthographique.11 Introduction, contexte et problématique aux images omnidirectionnelles afin d’en tirer profit tout en respectant leurs propriétés géométriques. 1.4 Contributions et organisation du mémoire Ce document est constitué de quatre chapitres relatant les principaux travaux effectués dans le domaine de la vision omnidirectionnelle : – Le premier chapitre présente un aperçu général de la vision omnidirectionnelle. Plusieurs qualités importantes des capteurs de vision à large champ de vue sont discutées, et un classement général est introduit avec des exemples des capteurs omnidirectionnels les plus courants. – Le chapitre 2, dans lequel les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels sont classés selon la technologie appliquée dans leur fabrication et leurs propriétés optiques. Le chapitre commence par une présentation des systèmes d’acquisition 3D actifs. Ensuite, le chapitre présente une étude sur les systèmes d’acquisition 3D passifs, notamment les systèmes de stéréovision omnidirectionnelle catadioptriques, qui sont comparés en termes de configuration, résolution, isotropie et leur capacité à fournir des mesures 3D. La géométrie épipolaire pour les systèmes catadioptriques est également présentée ici. Nous présentons par la suite une solution matérielle qui consiste en un capteur omnidirectionnel stéréo (omnistéréo) à caméra unique. Son architecture, étalonnage, formules de triangulation, ainsi que les résultats d’estimation de la profondeur obtenus sont également décrits. – Dans le troisième chapitre nous présentons les différentes approches adoptées dans le traitement des images omnidirectionnelles. Un premier algorithme permettant le déballage de ces images est proposé. Par la suite, le modèle de projection unifié, et la projection stéréographiques sont introduits. Ces deux outils ont été utilisés pour développer deux algorithmes d’extractions de primitives, adaptés à la géométrie de formation des images sphériques. Il s’agit d’un opérateur de détection de contours, basé sur un modèle sphérique de charges électriques virtuelles. Ainsi qu’une adaptation de l’algorithme de détection des coins de Harris aux images catadioptriques. – Dans le chapitre 4 nous proposons l’utilisation des systèmes de vision omnidirectionnels pour améliorer les procédures de détection et de suivi des cibles mobiles. Nous présentons d’abord un robot mobile, doté d’un système de vision artificielle omnidirectionnelle, capable de détecter et de suivre une cible en mouvement de façon autonome. Ensuite nous présentons un suiveur solaire équipé d’une caméra catadioptrique. Lequel est un dispositif qui permet l’orientation optimale de panneaux photovoltaïques, dans le but d’augmenter leur rendement énergétique. – Finalement la conclusion générale reprend les points essentiels soulevés. 13 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2. Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2.1 Introduction La vision est un mode de perception privilégiée du point de vue biologique. Elle est une pierre angulaire des systèmes de perception artificielle. Le développement de la technologie des caméras a été primordial dans l’évolution de la vision par ordinateur. La haute fréquence d’acquisition, la miniaturisation, et la haute résolution sont autant des atouts qui ont facilité l’intégration de ces capteurs dans plusieurs domaines notamment en robotique. Les caméras sont de plus en plus performantes en termes de qualité, précision et variété des informations acquises. Ainsi elles ont permis aux machines d’avoir la capacité de restituer une image sensorielle de l’environnement proche de celle perçue par l’être humain. Le progrès technologique qu’a connu le domaine d’industrie des caméras a permis de pallier de nombreux défauts, tels que la sensibilité aux conditions d’éclairage ou le flux volumineux des données à traiter. En revanche, l’inconvénient majeur de tels capteurs se situe d’abord au niveau de leur champ de vision restreint. Les cameras directionnelles ont un champ de vision qui couvre moins d’un hémisphère, elles sont les plus couramment utilisées et commercialisées, c’est pour cette raison que le terme cameras standards est fréquemment utilisé pour les désigner. Pour augmenter le champ de vision de ces caméras, plusieurs solutions ont été proposées dans la littérature, telles que les objectifs spéciaux à distance focale très courte, les systèmes rotatifs associés à une caméra. Il s’agit des techniques de vision omnidirectionnelle. Généralement une caméra possédant un champ de vision de 360° est dite panoramique. Le terme omnidirectionnelle est réservé aux cameras dont le champ de vision dépasse l’hémisphère. La robotique mobile est l’un des domaines qui exploite très avantageusement la vision omnidirectionnelle. Un grand nombre de travaux traitent de son utilisation dans ce cadre, soit pour la navigation [11], la localisation ou le SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), qui a pour but la localisation et la cartographie de l'environnement en temps réel [12]. Une grande part des robots opèrent dans un contexte de scène bidimensionnelle (2D). Néanmoins dans certains types d’application, il est nécessaire au robot de percevoir la scène environnante en relief (3D). Ce besoin a donnée naissance à de nombreuses études et théories. 2.2 Les systèmes d’acquisition 3D actifs Les systèmes d’acquisition 3D actifs acquièrent l’information tridimensionnelle sur un objet ou une scène par émission-réception d’un rayonnement. Différents types d’ondes sont utilisées : Ultrasons, Lumière, Rayons X. La profondeur de l’objet peut être mesurée de deux façons : par télémétrie ou par triangulation active.14 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2.2.1 La télémétrie Les télémètres sont des appareils permettant de mesurer une distance en exploitant la rétrodiffusion d’une onde par la cible visée. Les télémètres fournissent généralement la profondeur d’un unique point dans la direction de l’onde émise. Pour scanner une scène entière il est nécessaire d’utiliser un système de balayage par mécanisme rotatif ou à système de miroirs rotatifs. 2.2.1.1 La télémétrie par mesure du temps de vol Cette technique est basée sur l’émission d’un signal impulsionnel, la mesure du temps de parcours de l’impulsion entre l’émission et la réception permet l’estimation de la distance entre le télémètre et la cible : Une partie de l’onde émise est rétrodiffusée dans une direction approximativement quasi-parallèle à l’onde incidente. La vitesse de propagation de l’onde 𝜐 étant connue, si 𝜏 est la durée d’aller-retour de l’impulsion, la distance 𝐷 à mesurer est donnée par la relation suivante: 𝐷 = 1 2 𝜐𝜏. Les télémètres à ultrasons se basent sur la mesure du temps de vol de l’onde ultrasonore acoustique pour estimer la distance. Ils sont simple électroniquement grâce à la faible vitesse de propagation des ondes sonores en comparaison avec celle de la lumière, et par conséquent ils sont moins chères. Toutefois ce type de télémètres offrent une résolution azimutal très faible d’environ 30°, d’une protée réduite, sont sensibles à la température, à la pression et également aux interférences. Ce même principe est utilisé par les radars à impulsions « radio detection and ranging », qui opèrent dans une plage de fréquences électromagnétiques variant de la bande HF (3-30 MHz) jusqu’à la bande W (75–110 GHz) [13]. Les lidars « light detection and ranging » sont aussi des appareils qui utilisent le principe de mesure du temps de vol pour mesurer la distance. A la différence des radars, les lidars opèrent dans le domaine du visible, l’ultraviolet (UV), ou l’infrarouge (IR), mais la technologie la plus répandue utilisée par les lidars est basé sur l’émission d’un faisceau laser à impulsion. Les télémètres laser (laser rangefinders) sont largement utilisés dans un vaste éventail de domaines liés à la vision par ordinateur, tels que la modélisation 3D d’objet, ou la reconnaissance d’objet en 3D. Cette technologie constitue le noyau de nombreux systèmes d’acquisition 3D notamment dans le cas de la vision à large champ. De nombreux concepts combinant la télémétrie laser et la vision omnidirectionnelle ont été proposés récemment dans la littérature. Dans [14] les auteurs proposent deux méthodes de suivi et de poursuite de personne en utilisant une caméra omnidirectionnelle et un télémètre laser, embarqués sur un robot mobile. Un tel système fournit des capacités importantes d'interaction humainrobot et d'assistance de l'homme dans différents milieux. C'est pourquoi le suivi avec robots mobiles a constitué un domaine de recherche actif avec le succès de 15 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels nombreux systèmes développés, comme pour le guidage dans un musée [15], l'assistance dans un hôpital [16], ou le suivi de piétons [17]. L’utilisation d’une caméra omnidirectionnelle avec un champ de vision de 360° apporte plus de fiabilité au suivi des personnes mobiles, vu que l’occlusion dans ce cas est quasiimprobable. La première méthode présentée dans ce travail a été basée sur le suivi visuel. L’approche proposée utilise la compensation par ego-mouvement après transformation des images omnidirectionnelles en images perspectives, et la différence frame par frame pour détecter le mouvement. Un filtre à particules est ensuite utilisé pour suivre le mouvement et un algorithme EM (Expectation– Maximization) pour trouver le centre de gravité de l’objet suivi. La télémétrie laser a été utilisée comme outil secondaire pour l’estimation de la profondeur. Cette méthode est valable pour les faibles vitesses et dans le cas d’un environnement contrôlé. Sa performance se dégrade quand les conditions deviennent plus complexe. Tandis que la deuxième méthode combine la télémétrie laser comme outil principal et la vision omnidirectionnelle pour effectuer le suivi d’une personne dans un environnement dynamique non contrôlé tel que le cas d’une scène en plein air. Cette approche se sert du télémètre laser pour extraire la position 3D relative des silhouettes qui pouvaient désigner une personne et exploite ces mesures avec un filtre probabiliste d’association des données (PDAF). Ce système d’acquisition 3D hybride qui a été embarqué sur le robot Segway RMP 15(figure 2.1.a), est configuré comme l’illustre la figure 2.1.b de telle façon à ce que chaque point de l’espace environnant soit repérable par sa profondeur 𝑑 est son orientation 𝛽 acquises par le télémètre laser. Ainsi que par ses coordonnées sphériques (𝜃,𝜙) par rapport au repère miroir de la camera catadioptrique. Considérant Ƭ 𝐴 la transformation correspondante au repère robot, et 𝐴Ƭ 𝐿 𝐴Ƭ 𝐶 sont respectivement les transformations correspondantes au télémètre laser et à la caméra. Les mesures 𝑑 et 𝛽 correspondent à un point 3D dont les coordonnées homogènes sont données par : 𝑃 = Ƭ 𝐴 𝐴Ƭ 𝐿 ( 𝑑𝑐𝑜𝑠𝛽 𝑑𝑠𝑖𝑛𝛽 0 1 ) 2.1 Ce même point est repéré par la camera par les coordonnées suivantes : 𝑃 𝐶 = ( 𝑥 𝐶 𝑦 𝐶 𝑧 𝐶 1 ) =(𝐴Ƭ 𝐶 −1 )( Ƭ 𝐴 −1 )𝑃 2.2 Les coordonnées (𝑢, 𝑣) du point 𝑃 sur le plan image sont données par : ( 𝑢 𝑣 ) = ( 𝑥𝑐 + 𝑟𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑦𝑐 + 𝑟𝑠𝑖𝑛𝜃), 𝑟 = 𝑓(√𝑡𝑎𝑛2𝜙 + 1 − 𝑡𝑎𝑛𝜙), 𝜃 = 𝑎𝑡𝑎𝑛2( 𝑥 𝐶 , 𝑦 𝐶 ),𝜙 = 𝑡𝑎𝑛2( 𝑧 𝐶 , √ 𝑥 𝐶 2 + 𝑦 𝐶 2) 2.3 15 Source de figure : [14]16 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 𝑓 est la distance focale de la projection combinée, 𝑥𝑐 et 𝑦𝑐 sont les coordonnées du centre de l’image catadioptriques. La cartographie est l’une des applications qui profite du large champ de vision offert par les cameras omnidirectionnelle, qui permettent d’économiser considérablement le temps d’acquisition. Dans [18] un système de cartographie 3D basé sur le couplage vision omnidirectionnelle et la télémétrie laser a été proposé. Ce système est constitué d’un capteur de vision omnidirectionnelle stéréo et d’un télémètre laser, le tout embarqué sur un robot mobile (figure 2.2.a). D’après les auteurs, un système d’acquisition omnidirectionnelle stéréo ne peut pas à lui seul garantir une fiabilité satisfaisante. D’où le besoin de lui adjoindre la télémétrie active par laser, ce qui permet de générer des cartes 3D avec plus de précision (figure 2.2.c). Puisque les deux capteurs peuvent détecter différentes parties d'un objet, les cartes de grille probabilistes sont d'abord générées distinctement par intégration temporelle des données provenant de chaque capteur. Les deux cartes qui en résultent sont ensuite intégrées en utilisant une règle d'intégration logique. Une méthode d'estimation ego-mouvement est également décrite, qui est nécessaire à l'intégration des données acquises par les capteurs à différentes positions. Figure 2.1 : (a) Le robot Segway RMP. (b) Configuration du système lasercamera omnidirectionnelle. (a) (b)17 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Google Street View [19] est l’une des applications qui symbolise le triomphe des systèmes d’acquisition 3D actifs. Ce service lancé en 2007 dans le but d’être intégré dans Google Maps et Google Earth permet de naviguer virtuellement dans les rues de différentes villes à travers le monde. Les images sont enregistrées par une flotte de véhicules 16(figure 2.3.a) équipées de systèmes de vision artificielle, qui parcourent les différents emplacements à cartographier. Google a utilisé plusieurs générations de caméras pour capter les images Street View. La plupart des images récentes ont été acquises par le système de caméra de cinquième génération développé par Google, connu sous le nom R5 17(Figure 2.3.b). Le système R5 se compose d’une rosette de huit caméras, chacune a une résolution 16 Source de figure : [151] 17 Source de figure : [152] Figure 2.2 (a) Robot mobile dédié à la cartographie. (b) Exemple d’une scène. (c) La carte générée représentant l’espace libre. (b) (c) (a) Figure 2.3 : (a) Une voiture de la flotte Google Street View équipée d’un système de camera R5. (b) système de camera R5. (c) système de camera R7. (a) (b) (c)18 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels de 5 millions de pixels, et d'un objectif fish-eye orienté verticalement vers le haut (figure 2.3.b). Le successeur de la R5, connu sous le nom R7 18(figure 2.3.c), se compose d'une rosette de 15 appareils du même type que la R5 et est destiné à capturer des images à haute résolution avec un champ de vision plus large que la R5. Les systèmes d’acquisition des véhicules récents de Google sont aussi équipés de télémètres laser qui mesurent avec précision la profondeur d’une fenêtre verticale de points sur les deux côtés et à l’avant du véhicule. Les systèmes anciens se basaient sur le calcul du flux optique entre les images successives pour extraire l’information tridimensionnelle. La caméra à temps de vol (caméra TOF) est une solution matérielle plus simple, compacte et plus accessible au grand publique. Il s’agit d’un système de caméra qui résout la distance entre la caméra et la scène pour chaque point de l’image. Le télémètre incorporé est de type LIDAR à balayage. Avec une portée maximale d’environ 60m et une résolution en distance d’environ 1cm, ces caméras ont émergées à partir de 2000 et ont été utilisées dans diverses applications civiles telles que : l’aide à la conduite, Les interfaces homme-machine, les jeux vidéo, et la robotique. 2.2.1.2 La télémétrie par mesure du déphasage La technique de télémétrie par décalage de phase se base sur l’émission d’un faisceau d’onde, généralement de type laser, modulé en amplitude par un signal sinusoïdal ou carré de fréquence constante 𝑓𝑚. Le déphasage ∆𝜑 entre l’onde rétrodiffusée par l’objet et l’onde émise permet d’estimer la distance séparant la source de la surface de réflexion. Le décalage de phase est donné par la relation [20] suivante : ∆𝜑 = 4𝜋 𝑓𝑚 𝐷 𝑣 𝑚𝑜𝑑(2𝜋) 2.4 2.2.1.3 La télémétrie par mesure de la fréquence Une autre méthode d’estimation de la distance par mesure de la fréquence, repose sur la modulation en amplitude de l’onde émise par un signal lui-même modulé en fréquence. La distance est mesurée par la valeur d’une fréquence de battement issue du décalage entre l’onde émise et l’onde rétrodiffusé. La relation [21] reliant la distance et la fréquence intermédiaire du signal s’écrit sous la forme : 𝐷 = 𝑣𝑇𝑓𝑖 4∆𝐹 2.5 𝑇 étant la période du signal de modulation 𝑓𝑖 : la fréquence intermédiaire ou la fréquence de battement, et ∆𝐹 est l’excursion en fréquence du signal de modulation. 18 Source de figure : [19]19 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2.2.2 La triangulation active La télémétrie par triangulation active est une technique qui se base également sur l’émission de la lumière structuré pour sonder la profondeur d’un objet ou d’une scène. A la différence des autres techniques de télémétrie active, cette approche se sert de la camera pour intercepter la lumière rétrodiffusée. La lumière structurée dans sa forme la plus simple est un rayon qui se manifeste par un point de surbrillance sur l’objet visé. La direction du rayon étant connu, et la camera étant calibrée, la profondeur peut alors être déterminée par une simple triangulation (figure 2.4). Généralement, pour effectuer l’acquisition tridimensionnelle d’un objet ou d’une scène, le balayage se fait par projection d’un plan de lumière structurée (figure 2.5) au lieu d’un faisceau ce qui permet d’accélérer le processus d’acquisition. Dans ce cas un segment de surbrillance est intercepté par la camera, ce segment appartient à un plan de projection d’équation connue. La profondeur des pixels associés à des directions dans l’espace 3D est estimée par triangulation. Pour approcher l’acquisition 3D en temps réel, il est nécessaire de s'émanciper des systèmes à balayage. L’une des alternatives est la projection d’un motif bidirectionnel au lieu d’un faisceau ou d’un plan de lumière structurée. Ce motif peut être sous la forme d’une grille de segments, ou une matrice de points. Dans ce cas, l’estimation de la profondeur se fait par l’étude des déformations du motif projeté (figure 2.6). Figure 2.4 : Représentation de la triangulation active par émission d’un faisceau laser.20 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Un exemple d’application de cette technique dans le domaine commercial, est le fameux contrôleur de jeu KINECTTM 19(figure 2.7.a) lancé par Microsoft en novembre 2010. Ce dispositif a connu un grand succès, et il a été utilisé dans une multitude d’applications, de la robotique à la réalité augmenté. KINECT [22] interprète les scènes en 3D en projetant en permanence un motif de points 19 Source de figure : [153] Figure 2.5 : triangulation active par émission d’un plan laser. Figure 2.6 : Acquisition 3D active par émission d’un motif de segments laser.21 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels infrarouge 20(figure 2.7.b). L’étude de déformation de ce dernier permet d’extraire l’information sur la profondeur même en conditions de faible éclairage. En vision à large champ, la triangulation active n’est pas privilégiée. Car concevoir un procédé qui permet la projection omnidirectionnelle d’un motif de lumière structurée est une tache assez complexe, le calibrer en est une autre. Quelques travaux de recherche ont abordé ce thème, dans [23] les auteurs proposent un dispositif omnidirectionnel de reconstruction 3D. Ce capteur 21(figure 2.8.a) est constitué de deux cameras CCD standards monochromatiques, ainsi qu’un projecteur de lumière structurée infrarouge. L’architecture mécanique qui a été adoptée pour étendre le champ de vision de ces capteurs, repose sur l’utilisation de deux axes de rotation ; un horizontal et l’autre vertical. Cette configuration (figure 2.8.b) permet de couvrir une sphère d’observation. Tant qu’à la reconstruction tridimensionnelle, elle a été basée sur un algorithme d’appariement (mise en correspondance), lié discrètement au principe de l’acquisition multi spectral des capteurs CCD utilisés. Les informations géométriques de la scène, sont extraites à partir des primitives contenues dans les images des deux canaux infrarouges, et non pas par étude de la déformation du motif projeté. Les primitives utilisées sont les indices pixels des points lasers projetés. L’inconvénient majeur d’un tel concept provient du temps d’acquisition qui est assez long. 20 Source de figure : [154] 21 Source de figure : [23] Figure 2.7 : (a) Le dispositif d’acquisition 3D KINECT (b) Motif de lumière structurée projeté par KINECT. (a) (b) Figure 2.8 : (a) Photographie du capteur de vision omnidirectionnelle. (b) Configuration du capteur de vision omnidirectionnelle. (a) (b)22 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels D’autres solutions alternatives ont été présentées dans la littérature, telle que celle proposée dans [24]. Il s’agit d’un concept qui consiste à coupler une caméra catadioptrique est un projecteur de lumière structurée omnidirectionnel. Ce projecteur est disposé coaxialement sous la camera catadioptrique, le faisceau laser émis est diffusé par un miroir conique, ce qui permet de couvrir un large champ de projection. Cette configuration est bien illustrée sur la 22figure 2.9. La troisième dimension de la scène est perçue par le croisement des rayons lumineux émis par le laser avec ceux observés par la caméra, en d'autres termes, par exécution d'une triangulation. Les points du motif projeté par le laser sont réfléchis par le miroir conique et deviennent des tâches de lumière sur la scène. Le miroir parabolique reflète la scène entière vers la camera. Tous les points éclairés par le laser peuvent être identifiés. Enfin avec une modélisation exacte des deux composantes principales de ce dispositif, une estimation précise de la profondeur peut être réalisée. Une formulation mathématique pour la calibration de ce système d’acquisition a été proposée par les mêmes auteurs dans [25]. Les auteurs de [26] présentent un concept similaire 23(figure 2.10.a), sauf qu’ils suggèrent l’utilisation d’un système de projection laser à quatre sources pour éviter l’utilisation d’un second miroir convexe. La camera catadioptrique utilisée incorpore un miroir parabolique qui exige l’association d’une lentille télécentrique. Le système d’imagerie résultant est alors orthographique, ce qui facilite le calcul de la profondeur par triangulation comme illustré sur la figure 2.10.b. 22 Source de figure : [24] 23 Source de figure : [26] Figure 2.9 : Système d’acquisition 3D omnidirectionnel actif.23 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2.2.3 Notes sur des systèmes d’acquisition actifs L’acquisition par une caméra qu’elle soit à large champ de vue ou directionnelle, est fondamentalement une projection d’une scène 3D sur un plan 2D. Cela implique implicitement un écrasement de l’information sur la profondeur de la scène 24(figure 2.11). L’approche active propose de restituer cette information en la réinjectant lors du processus d’acquisition. Cette opération se fait par émission-réception d’une onde radiofréquence, lumineuse ou ultrasonore. Dans le cas de la télémétrie un dispositif à part est chargé de sonder la profondeur, tandis qu’avec la triangulation active, la camera est utilisée pour faire l’acquisition de la scène y compris l’onde lumineuse projetée. Il est manifeste qu’un système d’acquisition actif n’est pas le meilleur choix lorsque la discrétion est requise par l’application visée. L’émission d’un signal quel qu’il soit peut s’avérer nuisible dans certaines situations. Les techniques de télémétrie active se différencient essentiellement par leur portée, leur précision ainsi que leur sensibilité au bruit. Les télémètres à ultrasons sont relativement simples d’utilisation, peu couteux. L’utilisation de la télémétrie à ultrasons est réservée généralement aux espaces clos, vides ou comme simple technique de détection d’obstacle, vu que la précision des mesures peut être 24 Source de figure : [155] Figure 2.11 : Illusion d’optique due au manque d’information sur la profondeur. Figure 2.10 : (a) Illustration d’un système de télémétrie omnidirectionnel. (b) Triangulation active. (a) (b)24 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels perturbée par des interférences dus aux surfaces irrégulières des objets sondés [27], par le vent, les changements de températures, ou par la présence d’objets qui absorbent les ondes acoustiques. Les radars et lidars à temps de vol ont une précision irréprochable sur les longues portées, mais ils sont moins adaptés aux applications opérant sur des portées plus courtes, puisque les longueurs d’onde utilisées ne le permettent pas. Les télémètres à décalage de phase sont généralement plus rapides est plus précis que ceux à temps de vol mais leur portée est réduite. Pour assurer une bonne acquisition le télémètre et le sujet à sonder doivent être stables, puisque chaque point de la scène est échantillonné à un instant différent, les vibrations à faible amplitude peuvent induire des distorsions dans les données collectées. Quelques solutions ont été proposées dans la littérature pour compenser les distorsions induites [28]. Les télémètres sont des dispositifs qui numérisent la scène environnante point par point, et se caractérisent par leur résolution, quantifiée en nombre de points numérisés par unité de surface, ainsi que par leur vitesse de balayage, mesurée en nombre de points par unité de temps. Plus la résolution est grande moins l’est la vitesse d’acquisition. Comme dans le cas des caméras, un compromis doit alors être fait entre les deux. La triangulation active est une alternative qui permet de palier aux contraintes de la résolution limitée des techniques de télémétrie. Grâce à l’intégration de la camera comme capteur passif, cette technologie permet d’acquérir des quantités d’informations considérables de façon instantanée et avec moins de sensibilité aux variations d’éclairage. La majorité des systèmes d’acquisition 3D actifs se partage une incommodité majeure, qui est la résolution azimutale restreinte. En vision directionnelle, cela ne représente pas un vrai handicap, mais en vision omnidirectionnelle, le champ de vue est précieux. Une multitude de solutions avaient été proposées dans la littérature et en industrie pour remédier à ce problème. Les Lidars à titre d’exemple utilisent des systèmes de balayage à miroirs rotatifs ; le rayon laser émis par la source est redirigé par des miroirs dans le but d’effectuer un balayage bidimensionnel de la scène. Un seul miroir à deux degrés de liberté est utilisé dans le cas des lidars à faible vitesse de balayage, alors que deux miroirs sont nécessaires lorsque la rapidité est envisagée. La façon la plus courante pour mouvoir les miroirs est l'utilisation d'un galvanomètre résonant ou d’un servomoteur (figure 2.12.a).25 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Le progrès technologique qu’a connu le domaine de l’électronique a permis de concevoir des systèmes de balayage avec des champs de vision quasiomnidirectionnels, et des vitesses de balayage assez importantes, des modèles commerciaux tels que le RIEGL VQ-450 25(figure 2.12.b) ou le HDS7000 ont atteint une vitesse d’un million de points échantillonnés par seconde, avec un champ de vision de 360°x320° dans le cas du HDS7000 [29]. Cependant ces systèmes d’acquisition à balayage requièrent des post-traitements assez lourds sur le flux volumineux des données générées, le HDS7000 comme exemple nécessite 13 secondes pour effectuer la numérisation de la scène environnante à faible résolution, et 6:44 min à haute résolution. On peut en déduire que de tels dispositifs ne sont pas compatibles avec des applications temps réel. Ces mêmes contraintes sont rencontrées avec les systèmes à triangulation active ; le champ de vision des caméras peut être étendu aisément par les techniques de la vision omnidirectionnelle, mais celui des projecteurs de lumière structuré demeure moins extensible. Les systèmes à balayage ont une vitesse d’acquisition assez réduite pour qu’ils soient adoptés par les applications qui nécessitent des traitements en temps réel. L’évaluation des performances temporelles du prototype proposé dans [23] et illustré dans la figure 14, indique que l’acquisition d’une image panoramique monochromatique dure environ trois minutes, celle d’une image panoramique multi spectrale prend 12 minutes, alors que l’acquisition d’une scène entière peut durer plus qu’une heure. Vu toutes ces contraintes, l’acquisition 3D omnidirectionnelle par des capteurs passifs peut être considérée comme une alternative rivale à l’approche active, en fournissant une quantité d’informations appréciables de façon quasi instantanée. 25 Source de figure : [161] Figure 2.12 : (a) Système de balayage à miroir pour télémètre laser. (b) RIEGL VQ-450 scanner laser à large champ de vision. (a) (b)26 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2.3 Les systèmes d’acquisition 3D passifs 2.3.1 Les techniques shape-from-X Les systèmes d’acquisition tridimensionnelle passifs sont fondamentalement des systèmes de vision artificielle qui permettent une perception en relief de la scène sans émission d’onde. Ils utilisent des caméras à base de capteurs CCD ou CMOS pour resituer l’information 3D à partir des images acquises. La vision 3D passive est l’une des disciplines les plus vieilles de la vision par ordinateur, une multitude de techniques connues sous le nom shape-from-X ont été développées afin d’inférer les formes des objets à partir des images. Selon le nombre d'images d'entrée, nous pouvons classer ces techniques en deux catégories : les méthodes basées sur deux ou plusieurs images et les méthodes basées sur une seule image. Dans le premier cas, les deux ou plusieurs images d'entrée peuvent être prises soit par multiples caméras fixes situées à différents angles de vue, ou par une seule caméra avec des objets en mouvement dans les scènes. Nous appelons les indices de profondeur utilisés par la première catégorie les indices de profondeur multioculaires. La deuxième catégorie d'indices de profondeur basés sur une seule image fixe, sont des indices de profondeur monoculaires. Le tableau 2-1 résume les techniques majeures d’acquisition 3D passives. Tableau 2-1 : Les techniques passives d’acquisition 3D. Catégorie Technique d’acquisition 3D Principe Binoculaire ou Multioculaire Shape-from-motion Flux optique, factorisation, filtre de Kalman. Shape-fromfocus/defocus Un ensemble d'images à différents niveaux de mise au point et de l'estimation de la netteté, Décomposition locale de l’image en utilisant la base des polynômes d'Hermite, filtrage inverse, Transformée en S. Shape-from-silhouette Modèle de maillage voxel déformable. Shape-from-stereo Corrélation, Mise en correspondance, Triangulation. Monoculaire Shape-from-texture Texture frontale. Shape-from-Scattering Modèle de diffusion de la lumière. Shape-from-shading Minimisation d’énergie.27 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels La technique shape-from-motion [30] désigne le processus d'estimation des structures tridimensionnelles à partir des séquences d'images à deux dimensions qui peuvent être couplés avec des signaux de mouvement locaux. Les humains perçoivent beaucoup d'informations sur la structure en trois dimensions de leur environnement en se déplaçant à travers elle. Lorsque l'observateur se déplace dans un milieu statique, l'information est obtenue à partir d'images captées au fil du temps. En biologie, cette habilité est connue sous le nom Structure from motion (SfM). Les algorithmes SfM sont susceptibles de fournir des estimations robustes de mouvement et de la forme, lorsqu’ils sont étendus aux cameras omnidirectionnelles, grâce à leur large champ de vision. Christopher Geyer et Kostas Daniilidis ont publié en 2001 un algorithme [31] de type structure-frommotion à partir de mise en correspondance des points dans les images acquises par les caméras catadioptriques non calibrées avec des miroirs paraboliques. Les auteurs supposent que trois paramètres intrinsèques sont à déterminer : la distance focale combinée du système catadioptrique miroir-lentille, et l'intersection de l'axe optique avec l'image. Une nouvelle représentation des images de points et de lignes dans les images catadioptriques a été introduite sous le nom de l'espace du cercle. Cet espace comprend des cercles virtuels, chacun d’entre eux est l'image de la conique absolue. La contrainte épipolaire a été formulée dans l’espace du cercle, et une matrice catadioptrique fondamentale de taille 4x4 avait été établit. Les auteurs ont démontré que l'image de la conique absolue appartient au noyau de cette matrice. Cela permet la reconstruction euclidienne à partir de deux prises de vues avec des paramètres constants, et de trois prises de vue avec des paramètres variables. Dans les deux cas, il y a toujours une prise de vue de moins, que celles nécessaires avec les caméras perspectives. Des chercheurs de l’université Carnegie Mellon ont présenté dans [32] une extension de deux algorithmes SfM aux cameras catadioptriques non centrales. Le premier algorithme est un procédé de traitement par lots qui détermine la forme et estime le mouvement en exploitant toutes les observations de l’image simultanément. Généralement les algorithmes SfM se déroulent en deux étapes : l’extraction des attributs tels que les points d’intérêt, et leur suivi à travers les séquences d’images. Dans ce cas l’algorithme Lucas-Kanade [33] qui est une méthode itérative à résolution sous-pixellique a été adopté. Les caractéristiques résultantes sont ensuite utilisées pour estimer le mouvement de la caméra et les coordonnées tridimensionnelles des points suivis. La méthode LevenbergMarquard utilisée permet de minimiser l'erreur entre les positions des points suivis et ceux prédits. La deuxième méthode présentée dans ce travail utilise un filtre de Kalman étendu pour estimer la forme, le mouvement et leurs covariances. Cette méthode présente l’avantage de pouvoir traiter chaque image dès qu’elle est disponible, et n’exige pas que toutes les images soient disponibles a priori. Ce qui la rend plus adaptée pour une utilisation sur des séquences d’images infinies (temps réel). Les deux méthodes proposées ont été testées sur des plateformes robotiques et ont prouvées leurs performances.28 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Les méthodes shape-from-focus/defocus génèrent une carte de profondeur à partir du degré de flou présent dans les images. Dans un système à lentille mince, les objets qui sont mis au point sont clairement représentés tandis que les objets à d'autres distances sont flous. La figure 2.13 [34] illustre un modèle de lentille mince d'un réel point objet hors mise au point et sa projection sur le plan de l'image. Cette projection correspondante est une tâche de flou circulaire avec une luminosité constante, centrée autour de 𝑃′′ avec un flou de rayon 𝜎. Le flou est causée par la convolution de l'image idéale projetée par la fonction d’étalement ponctuel de la caméra (point spread function, PSF) 𝑔 (𝑥, 𝑦, 𝜎(𝑥, 𝑦)), où (𝑥, 𝑦) sont les coordonnées du point image à 𝑃′′. On admet généralement que 𝜎(𝑥, 𝑦) = 𝜎, ou 𝜎 est une constante pour une fenêtre donnée dans le but de simplifier ce modèle. Une fonction gaussienne est utilisée pour simuler la fonction PSF : 𝑔𝜎 (𝑥, 𝑦) = 1 𝜋𝜎² 𝑒 − 𝑥 2+𝑦² 𝜎² 2.6 Afin d'estimer la profondeur 𝑢, nous avons besoin des deux équations suivantes ; L'équation fondamentale des lentilles minces qui décrit la relation entre 𝑢, 𝑣 et 𝑓 comme suit : 1 𝑢 + 1 𝑣 = 1 𝑓 2.7 Pentland dans [35] a déduit une relation entre la distance 𝑢 (figure 2.13) et le floue σ dans l'équation suivante : Figure 2.13 : Modèle de lentille mince.29 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 𝑢 = { 𝑓𝑠 𝑠−𝑓−𝑘𝑓𝜎 𝑖𝑓 𝑢 > 𝑣 𝑓𝑠 𝑠−𝑓+𝑘𝑓𝜎 𝑖𝑓 𝑢 < 𝑣 2.8 Où 𝑢 est la profondeur, 𝑣 est la distance entre la lentille et la position de la mise au point parfaite, 𝑠 est la distance entre la lentille et le plan d'image, 𝑓 est la distance focale de la lentille, et k est une constante déterminée par le système de lentilles. Lorsque les paramètres de la caméra sont obtenus après calibration, la profondeur 𝑢 peut être calculée à partir de l'équation (2.8) une fois que le paramètre de flou σ est connu. La silhouette d'un objet dans une image correspond au contour séparant l'objet de l'arrière-plan. Les méthodes Shape-from-silhouette nécessitent de multiples prises de vue de la scène par des caméras à différentes position. Un tel processus peut générer un modèle complet en 3D des objets de la scène. Shape-fromsilhouette nécessite un étalonnage précis de la camera. Pour chaque image acquise, la silhouette des objets cible est segmentée en utilisant la soustraction du fond. Les silhouettes sont ensuite extraites à partir des images binaires, et sont de retour projetés sur un espace 3D commun avec des centres de projection correspondant à l'emplacement de la caméra. Un volume de forme conique résulte de la projection inverse de chaque silhouette. L'intersection de tous les cônes formant l'enveloppe visuelle de l'objet 3D cible, qui est souvent traité par représentation en voxel. Les textures à motif offrent une bonne empreinte 3D grâce à deux éléments essentiels : la distorsion des Texels individuels et le taux de variation de distorsion dans la région de texture. Ce dernier est également connu comme gradient de texture. La reconstruction de la forme 26(figure 2.14) exploite les distorsions telles que la distorsion perspective, qui fait apparaitre les Texels distants de la caméra plus petits, et la distorsion de raccourcissement, qui rend les Texels qui ne sont pas parallèles au plan de l'image plus courts. En général, le résultat des algorithmes shape-from-texture (SfT) est une carte de densité des normales à la surface, ce qui permet de récupérer la forme 3D sous l'hypothèse d’une surface de texture lisse. En règle générale, la forme d'une surface 26 Source de figure: [156] Figure 2.14 : Reconstruction de la forme à partir de la texture. (a) Image réelle : tissu à texture anisotrope non stationnaire (b) Diagramme à aiguille des Texels détectés (c) La profondeur de la surface illustrée en niveaux de gris (d) Maillage de la surface vue de profil. (a) (b) (c) (d)30 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels en un point quelconque est complètement spécifiable par l'orientation et la courbure de la surface. Puisque l’estimation de la courbure s'avère être compliquée, les algorithmes shape-from-texture se concentrent sur la détermination des orientations de la surface texturée en termes des normales à la surface. Il est à noter que beaucoup d'images réelles contiennent des régions de texture différentes ou des zones texturées entourées d’autres zones non texturées. Ces différentes régions texturées doivent être segmentées avant que la plupart des algorithmes shape-from-texture ne peuvent être appliqués. La figure 2.14 représente un processus typique de reconstruction d’une forme texturée. Cette classe de méthodes, qui nécessitent la segmentation des textures, est liée à l'approche basée sur les caractéristiques. Au cours des dernières années, il y a eu une évolution vers des méthodes shape-from-texture qui utilisent l'information spectrale et évite la détection a priori des caractéristiques. Ces méthodes comparent la représentation spectrale des correctifs de l'image fenêtrée pour récupérer l’orientation. Les représentations spectrales couramment utilisées sont la transformée de Fourier, la décomposition en ondelettes et la transformée de Gabor. La propagation de la lumière à travers l'atmosphère est affectée en termes de direction et d’intensité à cause de la diffusion du rayonnement par les petites particules de l'atmosphère. Cela conduit à un phénomène appelé la diffusion atmosphérique (atmosphere scattering), ce qui provoque divers effets visuels : des objets lointains apparaissent moins nets et plus bleutés que les objets proches, un faisceau de lumière d’une source intense est diffusé dans un environnement brumeux. Bien que la diffusion atmosphérique est l’un des sujets classiques de la physique, en psychologie elle est souvent considérée comme l'un des principaux indices de perception de la profondeur par le système visuel humain, peu de travaux dans le domaine de la vision par ordinateur ont pu établir un lien direct entre la diffusion atmosphérique et l’information sur la profondeur. Cozman et Krotkov [36] ont été les premiers à présenter une analyse de cette liaison en 1997. Leurs travaux se basaient sur le modèle de diffusion physique de Lord Rayleigh datant de 1871. L’algorithme est adapté pour estimer la profondeur des images extérieures contenant une partie du ciel. Après simplification du modèle physique complexe, la relation suivante est tirée entre la luminance d'une image et la distance entre l'objet et l'observateur : 𝐶̌ = 𝐶0𝑒 −𝛽𝑧 + 𝑆(1 − 𝑒 𝛽𝑧) 2.9 Où 𝐶̌ est l’intensité mesurée d’un objet, alors que 𝐶0 est l’intensité du même objet mais en absence de diffusion. 𝛽 est le coefficient d’extinction, 𝑧 est la profondeur de l’objet, et 𝑆 est l’intensité du ciel. L'équation (2.9) comprend deux parties associées par addition. La première partie décrit le fait que l’intensité lumineuse est atténuée quand un faisceau lumineux est projeté sur un objet à travers un milieu diffusant. La deuxième partie reflète le phénomène inverse: un gain réel en intensité résulte de la diffusion. Dans la majorité des cas 𝛽 et 𝐶0 ne sont inconnus, alors que 𝑆 peut être mesurée à partir de toutes les images qui contiennent une région du ciel. Pour les scènes d'intérieur, l'estimation de S implique la génération 31 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels artérielle de la vapeur d’eau, une tâche qui ne peut pas être automatisée. C'est l'une des limites de cet algorithme. Les résultats de l'algorithme sont des rapports de profondeur entre les différents objets de la scène, à partir desquels une carte de profondeur peut être générée. La technique shape-from-shading (SFS) introduite par Horn [37] dans les années 70, permet elle aussi d’estimer la forme tridimensionnelle d’un objet uniforme, sous éclairage contrôlé, par l’étude des variations graduelles de son ombre à partir d’une seule image 27(figure 2.15). Les approches Shape-from-focus/defocus, shape-from-texture, shape-fromsilhouette et shape-from-scattering sont peu envisageables dans le cas des systèmes de vision à large champ, vu les contraintes que présente leur implémentation, et les caractéristiques spéciales de ces systèmes de vision telles que les distorsions. Tandis que la technique shape-from-shading s’avère être utile en endoscopie ; une méthode d'exploration et d'imagerie médicale qui permet de visualiser l’intérieur des cavités du corps humain inaccessibles à l’œil. Un endoscope comporte généralement un objectif de distance focale courte à large champ de vue (~140°). Le problème majeur rencontré lors de l’extension des techniques shape-from-shading à ce genre de capteur est les distorsions radiales fortes qu’incorporent les images acquises. Deux approches sont alors envisageables : la première consiste à corriger les distorsions comme une étape préliminaire au traitement, la deuxième repose sur l’intégration du modèle des distorsions dans les équations de reconstruction 3D, ce qui permet d’éviter l’implication d’une étape d’interpolation et par conséquent de préserver les informations de l’image d’origine. Mais un second problème est souvent rencontré lors du traitement des images à large champ de vue ; la résolution de l’image n’est pas uniforme, plus on s’éloigne du centre de l’image, plus la résolution décroit. La compensation de cette déperdition de résolution doit être prise en considération lors de l’élaboration du modèle de reconstruction. La 28figure 2.16 illustre un exemple de reconstruction d’une boule de calibration acquise par un endoscope à source d’éclairage intégrée. 27 Source de figure: [157] 28 Source de figure: [158] Figure 2.15 : Exemple de reconstruction à partir d’une image avec des ombres noires.32 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Avec deux images de la même scène prises à deux positions légèrement distantes, la disparité binoculaire peut être utilisée pour récupérer la profondeur d'un objet. Dans la nature, c'est le principal mécanisme de la perception de la profondeur. En vision par ordinateur cette technique est connu sous le nom shape-from-stereo ou stéréovision. Initialement un ensemble de points mis en correspondance dans la paire d’images doit être désigné. Ensuite, l’information sur la profondeur peut être récupérée par triangulation (figure 2.17) avec un bon degré de précision, si les paramètres intrinsèques de la camera sont bien déterminés. Si on considère 𝑃𝑔 et 𝑃𝑑 comme les projections du point 𝑃𝑒 de l’espace 3D sur les deux plans des images droite et gauche, et on se basant sur la relation entre les deux triangles semblables (𝑃𝑒 ,𝑂𝑑,𝑂𝑔) et (𝑃𝑒 , 𝑃𝑑, 𝑃) l’expression de la profondeur Z est donnée par : 𝑍 = 𝑓 𝐵 𝑑 2.10 (a) (b) Figure 2.16 : Reconstruction 3D d’une boule (ping-pong) par technique shape-from-shading. Figure 2.17 : Principe de la stéréovision.33 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Où la disparité 𝑑 qui mesure la différence de position pixellique entre les deux points 𝑃𝑔 et 𝑃𝑑, est définie par : 𝑑 = 𝑥𝑔 − 𝑥𝑑. L'aspect le plus fastidieux des algorithmes d'estimation de la profondeur basés sur la disparité binoculaire est le problème de mise en correspondance stéréoscopique, l'un des domaines de recherche les plus actifs de la vision par ordinateur. Étant donné un point image sur l'image de gauche, comment peut-on trouver le point image correspondant dans l'image droite ? En raison des ambiguïtés inhérentes des paires d'images stéréoscopiques, telles que l'occlusion, le problème générale de mise en correspondance stéréo est difficile à résoudre. Plusieurs contraintes ont été introduites pour simplifier la résolution de ce problème. La géométrie épipolaire et l'étalonnage de la camera sont les deux contraintes les plus fréquemment utilisées, avec lesquelles, les paires d'images stéréoscopiques peuvent être rectifiées. La géométrie épipolaire [38] [39] est utilisée en stéréoscopie afin de contraindre l’espace de recherche des points homologues (figure 2.18), qui sont les projections d’un même point 𝑃 de l’espace 3D sur les différentes images. Le plan épipolaire est défini par le point 𝑃 observé et les deux centres de projection 𝑂𝑑 et 𝑂𝑔. Dans le cas des caméras directionnelles, les images sont d’abord rectifiées pour éliminer toute distorsion optique, ainsi une droite de l’espace est projetée en une droite dans l’image acquise. La recherche du correspondant d’un point de l’image de droite s’effectue donc le long d’une droite, dite épipolaire, dans l’image de gauche. Ces droites se croisent en un point, appelé épipole, qui est l’image du centre de projection. L’étalonnage de la camera consiste à estimer les paramètres du modèle de la camera à partir d’observations ce qui revient à établir la relation entre les (a) (b) Figure 2.18 : La géométrie épipolaire. (a) : Une scène observée sous différents points de vue, la géométrie épipolaire doit décrire la relation entre les deux images résultantes. (b) Schématisation de la géométrie épipolaire.34 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels coordonnées spatiales d'un point de l'espace et le point associé dans l'image acquise par la caméra. Une autre hypothèse largement utilisée, est la contrainte photométrique, qui stipule que les intensités des pixels correspondants sont semblables les unes aux autres. La contrainte de l’ordre précise que l'ordre des points dans la paire d'images stéréoscopiques est généralement le même. La contrainte d'unicité affirme que chaque point ne peut avoir qu’un unique correspondant, Tant qu’à la contrainte de lissage aussi connu comme la contrainte de continuité, dit que la disparité change progressivement presque partout. Certaines de ces contraintes sont difficiles à implémenter, comme la géométrie épipolaire par exemple, tandis que d'autres telles que les contraintes de lissage sont moins complexes. Scharstein et Szeliski [40] ont étudié la performance d'environ 40 algorithmes de mise en correspondance fonctionnant sur une paire d'images rectifiées. Certains de ces algorithmes imposent diverses séries de contraintes. Les algorithmes actuels de mise en correspondance stéréo sont basés sur la corrélation des fenêtres locales, par appariement d’un ensemble de caractéristiques de l’image telles que les points d’intérêt, ou par optimisation globale. Lors de la comparaison de corrélation entre les fenêtres des deux images, l'élément correspondant est donné par la fenêtre lorsque la corrélation est maximale. Une mesure de similarité traditionnelle est la somme des différences au carré (SSD). Les algorithmes locaux génèrent une carte de disparité, tant dit que les méthodes basées sur les caractéristiques sont conceptuellement similaires à celles à base de corrélation, mais à leur différence, la recherche de correspondance se fait par ensemble de caractéristiques. La mesure de similarité dans ce cas doit être adaptée au type des caractéristiques utilisées. De nos jours les méthodes d'optimisation globale sont plus populaires en raison de leur bonne performance. Ils font usage explicite des contraintes de lissage et essaient de trouver une affectation de disparité qui minimise une fonction globale d'énergie. L'énergie globale est généralement une combinaison du calcul de la similarité et le terme de continuité, où celui-ci mesure habituellement les différences entre les disparités des pixels voisins. C'est l'étape de minimisation de la différence utilisée dans ces algorithmes qui les différencie les uns des autres. 2.3.2 Contribution à la stéréovision omnidirectionnelle La stéréovision omnidirectionnelle consiste à utiliser au moins deux capteurs à large champ de vision pour acquérir l’image de l’environnement en relief. Parmi les systèmes de vision omnidirectionnelle, les capteurs catadioptriques, qui présentent des spécificités particulièrement intéressantes pour la reconstruction 3D et la navigation. Grâce à leur champ de vue omnidirectionnel la fiabilité du suivi des objets ou des points d'intérêts le long d’une séquence d'images est assurée, un privilège qui ne peut être garanti dans le cas d’une caméra classique avec un champ de vision restreint.35 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Les premiers travaux dans ce domaine ont été initiés par Shree K. Nayar en 1989. Dans son article [41] Sphereo: Determining Depth using Two Specular Spheres and a Single Camera, Nayar avait présenté un système de vision omnidirectionnelle catadioptrique, constitué de deux miroirs sphériques ainsi qu’une caméra directionnel fixe. Ce système permet l’estimation de la profondeur à partir de chaque paire de points correspondants par triangulation (figure 2.19). L'utilisation d'une seule caméra fixe permet d’éviter les complexités indésirables qui caractérisent la procédure d'étalonnage stéréo. La plage de mesure du système est considérablement améliorée par l'utilisation des miroirs sphériques et n'est pas limitée par le champ de vision de la caméra. Depuis, la stéréovision omnidirectionnelle s’est vite répandue comme un axe de recherche en vision artificielle, riche et prometteur. Beaucoup de chercheurs ont trouvé de l’intérêt à l’exploiter dans diverses applications. En vidéosurveillance, le cout, la complexité et la fiabilité sont trois critères à considérer lors de la conception d’un système. L’utilisation des capteurs omnidirectionnels permet à la fois de réduire le coût, vu qu’un seul capteur peut couvrir un large champ de vision qui nécessite normalement l’utilisation de plusieurs cameras classiques, et permet aussi de simplifier la complexité en évitant l’utilisation de dispositifs secondaires tels que les systèmes de motorisation des caméras. Dans [42] un système de vidéosurveillance N-Oculaire stéréo a été proposé. Le système est constitué d’un réseau de capteurs de vision omnidirectionnelle (Figure 2.20.a). L’une de ses fonctionnalités est le suivi en temps réel des personnes mobiles (figure 2.20.c). La segmentation des cibles dynamiques se fait par extraction du fond. La configuration N-Oculaire permet de Figure 2.19 : le système de stéréovision omnidirectionnelle SPHEREO.36 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels déterminer la position de la cible tout en minimisant l’erreur d’observation ; L'emplacement de la cible est mesuré par triangulation à partir des angles d'azimut qui sont détectés par chaque paire combinatoire possible des capteurs de vision arbitraires (figure 2.20.b). L’algorithme élimine par la suite toutes les positions calculées, où la cible n’est pas visible par au moins trois capteurs. Les systèmes omnistéréo se sont avérés utiles dans des applications d’aide à la conduite, et de la sécurité routière. Dans [43] un système d’assistance du conducteur basé sur la vision artificielle a été présenté. Il est constitué de deux cameras omnidirectionnelles catadioptriques montées sur un véhicule. Plusieurs configurations (figure 2.21) sont proposées pour la détection efficace des véhicules et des piétons. Dans ce travail une carte dense de profondeur utilisée généralement pour la détection d’obstacles est générée par mesure de corrélation, après rectification des images acquises. L’algorithme passe par cinq étapes principales, d’abord les images acquises sont rectifiées pour éliminer les distorsions, cette opération n’est possible que lorsque les caméras sont déjà calibrées. Ensuite une étape de prétraitement est exécutée où un filtre passe-bande est appliqué sur les images rectifiées par convolution avec un filtre laplacien de gaussienne. La mise en correspondance des pixels de l’image se fait par comparaison des fenêtres rectangulaires de chaque paire d’image stéréo, en utilisant la somme des différences absolues (SAD) comme mesure de corrélation. Chaque minimum des valeurs SAD correspond à un pic de corrélation. Le décalage spatial entre chaque paire de pixels mis en correspondance est connu entant que la disparité de ce pixel. La quatrième étape consiste à générer une carte de disparité par attribution de valeurs proportionnelles à chaque écart pixellique. Finalement les erreurs dues aux fausses mises en correspondance et les discontinuités de profondeur sont éliminées. (a) Capteur 1 Capteur 2 Capteur 3 Cibles (b) (c) Figure 2.20 : Système de vidéosurveillance à base de capteurs omnidirectionnels. (a) capteur catadioptrique utilisé. (b) Principe de la stéréovision omnidirectionnelle NOculaire. (c) Aperçu du système.37 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels La réalité virtuelle qui est une simulation informatique interactive, immersive, et sensorielle d'environnements réels ou imaginaires, est l’un des domaines où les capteurs de vision omnistéréo ont été utilisés. Un système d’acquisition 3D omnidirectionnelle a été publié dans [44], Le capteur d’acquisition est constitué de deux miroirs pyramidaux hexagonaux et douze caméras CCD (figure 2.22.a). L’approche présentée est basée sur l’acquisition des scènes dynamiques à l’aide ce capteur en temps réel. Un environnement mixte est créé à partir d’un modèle 3D Figure 2.22 : (a) Capteur d'image stéréo omnidirectionnel. (b) Système de projection 3D immersive CYLINDRA. (a) (b) Figure 2.21 : Les différentes configurations d’un system omnistéréo monté sur un véhicule.38 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels cylindrique contenant les textures de la scène réelle, et d’un modèle virtuel qui comprend des images de synthèses ou des graphiques. Le modèle 3-D cylindrique est généré à partir des images panoramiques stéréo. La profondeur d'une scène réelle existante est le principal facteur qui peut représenter correctement la relation entre la profondeur des objets virtuels et les objets réels. L’estimation de la profondeur se fait dans ce cas par mise en correspondance des images panoramiques stéréo. Cependant, il y a une forte possibilité de fausses correspondances causées par les bruits lors de l'exercice de l’appariement sur l'ensemble des images stéréo. Afin de réduire les correspondances incorrectes, la solution proposée consiste à effectuer la mise en correspondance des contours des objets et non pas l’ensemble des pixels de l’image, par la suite, les données intermédiaires sont estimées par interpolation linéaire. L’algorithme détecte d’abord les contours par application du filtre de Sobel sur l’image du haut et celle du bas. La correspondance stéréo est effectuée par mesure de la similarité corrélation croisée normalisée, avec une fenêtre de 9x9 pixels. Les bruits et les valeurs manquantes sont ensuite éliminés par application d’un filtre médian de 5x3. Le résultat est une carte de profondeur (figure 2.23) dans lequel des valeurs de profondeur sont codés en intensité ; un pixel brillant est plus proche et un pixel sombre est plus loin. Un pixel noir est un pixel dont la profondeur n'a pas pu être calculée à partir d'images stéréo. L’environnement mixte 3D généré est exposé à l’aide d’un système de projection immersive composé de six projecteurs RGB. La stéréovision omnidirectionnelle a été largement utilisée en robotique à diverses fins, telles que la détection d’obstacles [45], la cartographie [46], la localisation [47], et la navigation [48]. Les capteurs omnidirectionnels catadioptriques sont les capteurs à large champ de vision les plus utilisés en robotique. Rappelons que les systèmes omnidirectionnels catadioptriques procèdent de la combinaison des miroirs convexes et des caméras. L’alignement de l’axe optique de la caméra et l’axe de révolution du miroir permet de concevoir un système d’acquisition avec un champ de vision de 360°. Cette approche conserve les propriétés d’acquisition en temps-réel et permet d’obtenir des images de bonne résolution. Néanmoins une Image haute Image basse Carte de profondeur Figure 2.23 : Carte de profondeur panoramique générée à partir d'images stéréo.39 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels adaptation des algorithmes des traitements classiques au modèle de projection non-linéaire et à la résolution non-uniforme des images catadioptriques est nécessaire. Notre étude sera focalisée par la suite sur ce type de capteur. Les systèmes catadioptriques peuvent être classifiés en deux catégories : centraux et non centraux [49]. Un capteur est dit central, si le miroir convexe utilisé satisfait la contrainte du point de vue unique, sinon il est considéré non central. La contrainte du point de vue unique SVP (Single View Point) est définie comme suit : à chaque point de l’image catadioptrique, est associée une seule et unique direction projective de l’espace. Les systèmes satisfaisants cette contrainte présentent certains avantages par rapport aux autres, parmi ces avantages : la possibilité d’éliminer les distorsions lors de la transformation de l’image omnidirectionnelle en image panoramique (déballage), ainsi que la simplicité relative à la modélisation et du calibrage de ce genre de cameras. Baker et Nayar [50] ont démontré qu’en se basant sur le modèle sténopé de la camera, seuls les quadriques de révolution de type ellipsoïdes, paraboloïdes, hyperboloïdes et planaires, satisfasses la contrainte SVP. Chaque forme des miroirs convexes (figure 2.24) ; conique, sphérique, hyperbolique, ou parabolique, présente des spécificités propres, des avantages et des inconvénients concernant la satisfaction du point de vue unique, l’importance des aberrations, et la complexité de réalisation (cout). La conception d’un système stéréo débute d’abord par le choix du miroir de révolution et ensuite la configuration du système. Dans la partie qui suit nous allons décrire les différents miroirs existants ainsi que les diverses configurations possibles. Figure 2.24 : Miroirs convexes pour caméras catadioptriques. (a) Miroir conique (b) Miroir sphérique (c) Miroir hyperbolique (d) Miroir parabolique. (a) (b) (c) (d)40 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2.3.2.1 Choix du miroir Selon Baker et Nayar. [51], les miroirs coniques ont un point de vue unique au sommet du cône. Cela signifie que dans le but d'accomplir la contrainte SVP, le sténopé de la caméra doit être placé à l'extrémité du cône. Dans les cas particuliers où un modèle de scène 3D est disponible, l'image panoramique peut être mise en correspondance avec le modèle pour obtenir un environnement virtuel en 3D. Des chercheurs de l'Université de l'Alberta [52] ont utilisé une méthode similaire pour l'inspection de canalisation à l'aide d'une caméra catadioptrique avec un miroir conique. L'image omnidirectionnelle fournie par la caméra catadioptrique est mappée sur une surface 3D définie par un modèle précédemment disponible de la surface réelle ou sur une surface développable complexe formée par des blocs de construction de base. Même si le miroir conique a été traditionnellement mis au rebut de l'ensemble des miroirs qui sont conformes à la contrainte SVP, placer les configurations de miroirs coniques dans la catégorie des capteurs catadioptriques non-SVP est devenu contestable. En 2001, Lin et Bajcsy [53] ont montré que le miroir conique peut être utilisé dans un capteur catadioptrique SVP si le modèle de la caméra n'est pas le sténopé, mais un étendu qui prend en compte des phénomènes optiques plus complexes. Lin et Bajcsy [54] ont décrit un capteur omnidirectionnel qui fournit des informations de profondeur à l'aide de deux caméras, un diviseur de faisceaux et un miroir conique, pour des applications en robotique. Un capteur similaire a été proposé par Spacek [55] qui a utilisé une Figure 2.25 : Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir conique.41 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels configuration stéréo omnidirectionnelle intégrée avec deux miroirs coniques coaxiaux.  Attributs :  La fabrication des miroirs coniques est relativement facile, comme ils sont peu couteux.  La courbure nulle de ce type de miroir, annule l’effet fish-eye qui se manifeste par un grossissement des objets auprès du centre.  La direction de la normale de réflexion est constante, ce qui simplifie l’association du miroir conique à d’autres quadriques de révolution [56].  Incommodités :  L’astigmatisme est important.  Les cameras catadioptriques à miroir conique ne sont pas centrales. Les miroirs sphériques respectent la contrainte SVP seulement dans le cas où une caméra de modèle sténopé est placée au centre de la sphère. La camera dans ce cas n’acquerra que sa propre image. Donc, ce genre de miroirs n’est pas utile pour les systèmes qui exigent le respect de la contrainte du point de vue unique. Néanmoins, parfois, les miroirs de forme sphérique représentent un choix attrayant, en raison de leurs caractéristiques telles que le faible coût de fabrication, les caractéristiques spécifiques de la densité de résolution de l'image qui est en fonction de l'angle d’élévation, ainsi que leurs tailles. Figure 2.26 : Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir sphérique.42 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels En 1996 Southwell et al., [57] ont utilisé un capteur catadioptrique non central muni d'un miroir sphérique à double lobe pour obtenir deux images séparées, ce qui permet une perception 3D omnidirectionnelle. Plus tard, Fiala et Basu [58] ont utilisé un capteur similaire à obtenir une vue panoramique stéréo dans laquelle les lignes horizontales et verticales ont été détectées à l'aide de la transformé de Hough panoramique, une extension de la transformée de Hough adaptée aux images catadioptriques. La profondeur est récupérée en faisant correspondre les lignes imagées par les deux miroirs sphériques à travers la symétrie radiale. Ils ont utilisé le miroir sphérique à deux lobes, indiqué sur la figure 2.27.  Attributs :  La distinction de la sphère réside dans sa symétrie par rapport à son centre, ce qui facilite l’étalonnage matériel du système catadioptrique.  Les miroirs sphériques sont faciles à manufacturer.  Ils présentent un faible astigmatisme notamment au centre, mais il est plus important sur la périphérie.  La distance focale nécessaire pour faire converger les rayons est relativement faible.  Incommodités :  Les cameras catadioptriques à miroir sphérique ne sont pas centrales.  Les distorsions sont fortes sur la périphérie de l’image catadioptrique. Dans le cas des miroirs hyperboliques, la contrainte de SVP est satisfaite lorsque le sténopé et le point de vue du miroir sont placés sur l’un des deux foyers de l'hyperboloïde. En pratique, la réalisation d’une telle configuration est une tâche alambiquée. Ollis [59] avait simulé diverses configurations en utilisant deux miroirs hyperboliques avec une ou deux caméras. Les mesures de profondeur ont Figure 2.27 : Système catadioptrique avec miroir sphérique à double lobe. (a) Configuration du système. (b) Exemple d’image. (a) (b)43 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels été obtenues par triangulation. Le problème de correspondance a été résolu par utilisation d’une fenêtre de correspondance entre les deux images stéréoscopiques, au moyen d'un algorithme de corrélation qui tient en compte de la courbure des miroirs. En 2001, une équipe de l'Université d'Osaka a publié les résultats obtenus avec un système stéréo omnidirectionnel à deux miroirs hyperboliques (figure 2.29) pouvant opérer en temps réel, et de ses applications à la détection d'obstacles et au suivi, pour un robot mobile.  Attributs :  A centre de projection unique.  L’astigmatisme dépend de la courbure du miroir.  Incommodités :  Le procédé de fabrication des miroirs hyperboliques est difficile.  Pratiquement la contrainte du point de vue unique est difficile à satisfaire. Figure 2.28 : Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir hyperbolique.44 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Une parabole est l'ensemble de tous les points dans le plan situés à égale distance de la directrice 𝐿, et du foyer 𝐹. Le paramètre est la distance entre la directrice et le foyer, donnée par 𝑓 = 2𝑎, où 𝑎 est la distance du sommet à la directrice ou le foyer. La surface de révolution obtenue par rotation d'une parabole autour de son axe de symétrie est appelé un paraboloïde. Toutefois, les miroirs avec cette surface sont communément appelés miroirs paraboliques. La forme parabolique est une solution de la contrainte SVP dans le cas particulier d’une projection orthographique. Le miroir parabolique fonctionne de la même manière que l'antenne parabolique : les rayons entrants passent par le point focal et sont réfléchis parallèlement à l'axe de rotation de la parabole. Par conséquent, un miroir parabolique doit être utilisé en conjonction avec une caméra orthographique. Une caméra en perspective peut également être utilisée si elle est placée très loin du miroir de sorte que les rayons réfléchis peuvent être estimés comme parallèle. De toute évidence, cette solution fournira une faible résolution, inacceptable, et n'a aucune valeur pratique. Gluckman et Nayar [60] ont développé un capteur panoramique de vision stéréo, avec deux miroirs paraboliques alignés sur l’axe vertical avec leurs caméras correspondantes. L'ensemble du système a été étalonné au moyen d'un procédé itératif, l’estimation de la profondeur a été basée sur la géométrie épipolaire. En 2000, Strum [61] a mis en place une méthode de reconstruction 3D à partir d'une seule image panoramique acquise avec un capteur omnidirectionnel à miroir parabolique. Le procédé obtient en entrée un ensemble de contraintes sur du structure 3D, fourni par l'utilisateur. Ces contraintes font référence à la coplanarité, parallélisme et la perpendicularité des objets dans l'image. L'auteur a décrit un procédé d'étalonnage simple en ajustant un cercle à la frontière de l'image de scène réfléchie par le miroir. L'algorithme de Figure 2.29 : système stéréo omnidirectionnel à miroirs hyperboliques. (a) configuration du système. (b) exemple d’image. (a) (b)45 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels reconstruction utilise la propriété SVP de cette configuration catadioptrique qui permet la reprojection inverse des points d'image 2D.  Attributs :  La projection orthographique est réalisable par utilisation d’une lentille télécentrique, qui permet de sélectionner les rayons parallèles à l’axe optique de caméra.  La contrainte SVP est satisfaite.  Le choix de la distance lentille miroir est flexible.  Incommodités :  La taille de la lentille télécentrique est considérable.  Le prix de la lentille télécentrique est considérable. Le tableau 2-2 résume les propriétés des différents miroirs de révolution utilisés pour concevoir une caméra catadioptrique. Néanmoins pour concevoir un système omnistéréo un second choix doit être fait, celui de la configuration stéréo. Une multitude de dispositions sont possibles parmi elles, la configuration horizontale, verticale, N-Oculaire, et la configuration dynamique. Elles diffèrent principalement par la géométrie selon laquelle les capteurs omnidirectionnels sont Figure 2.30: Géométrie de formation de l’image acquise par caméra catadioptrique à miroir parabolique.46 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels disposés. Chaque configuration a ses propres caractéristiques concernant le champ de vue, les occlusions, la géométrie épipolaire, et la précision sur l’estimation de la profondeur. Tableau 2-2 : Tableau récapitulatif des miroirs principaux. Forme du miroir Equation de la surface Champ de vue (vertical) SVP Lentille Conique 𝑥 2 + 𝑦 2 = 𝑧 2 (tan 𝛼) [-45 45] Non Normale Sphérique 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 = 𝑟 2 [-90 10] Non Normale Hyperbolique (𝑧+ 𝑑 2 ) 2 𝑎2 − 𝑥 2 𝑏2 + 𝑦 2 𝑏2 = 1 𝑎 = √𝑑 2 + 4𝑝 2 − 2𝑝 2 𝑏 = √𝑝(√𝑑 2 + 4𝑝 2 − 2𝑝) [-90 45] Oui Normale Parabolique √𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 = 𝑧 + 2𝑝 [-90 45] Oui Télécentrique 2.3.2.2 Choix de la configuration Une image omnidirectionnelle à 360° degrés, peut être considérée comme une projection cylindrique à partir d'un seul point de vue où la projection dans la direction verticale est perspective [62]. La projection (𝜃, 𝑧) d’un point 3D, 𝑃(𝑋, 𝑌, 𝑍) dans une telle image peut être représentée par : (𝜃, 𝑧) = (𝑡𝑎𝑛−1 ( 𝑌 𝑋 ) , 𝐹 𝑍 𝐷 ) 2.11 Figure 2.31 : Configuration omnistéréo horizontale.47 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Où 0 ≤ 𝜃 < 360° est la direction des rayons dans le champ de vision horizontal, 𝐷 = √𝑋2 + 𝑌2 est la distance perpendiculaire entre le point P est l’axe vertical OZ du cylindre tout en passant par le point focal. 𝐹 est la distance focale du cylindre virtuel de la camera omnidirectionnelle (figure 2.31). La configuration omnistéréo binoculaire-H [63] [64] [65] [66] est réalisable en alignant deux cameras omnidirectionnelles horizontalement, compte tenu des points correspondants de la paire stéréo, (𝜃1, 𝑧1 ) et (𝜃2, 𝑧2 ) d'un point 𝑃 du repère 3D, la profondeur de ce point par rapport à la première camera, peut être calculée par triangulation (Figure 2.31). 𝐷 = 𝐵 𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝑠𝑖𝑛𝜃2−𝑠𝑖𝑛𝜃1 = 𝐵 𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝑠𝑖𝑛𝜃 2.12 𝜃 = 𝜃2 − 𝜃1 est la disparité horizontale, et également l'angle de vergence entre les deux rayons incidents. À la différente de la configuration stéréo perspective (planaire), cette équation de triangulation est invalide dans les cas singuliers où le point est aligné avec la ligne de base, lorsque 𝜃 = 0° ou 𝜃 = 180° (Figure 2.32.b). Généralement l’erreur sur le calcul de la profondeur est généralement estimée par : 𝜕𝐷 = 𝐷√𝐷2−𝐵2𝑠𝑖𝑛2𝜃2 𝐵𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝜕𝜃 2.13 Dans le cas où 𝐷 ≫ 𝐵 l’équation peut être simplifiée sous la forme : 𝜕𝐷 = 𝐷 2 𝐵𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝜕𝜃 2.14 Où 𝜕𝜃 est l’erreur sur l’estimation de la disparité. La précision sur la profondeur de l’omnistéréo binoculaire-H est anisotropique. Pour une ligne de base (Baseline) et une distance donnée, la meilleure estimation de la distance est obtenue lorsque l'angle de vergence entre les deux rayons incidents est au maximum ; 𝜃2 = 90° ou 𝜃2 = 270°. Cette précision est proportionnelle au carré de la profondeur, et inversement proportionnelle à la longueur de la ligne de base. L’erreur est maximale (infinie) dans les cas de Figure 2.32 : (a) Triangulation omnistéréo horizontale. (b) Les lignes épipolaires.48 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels singularité (𝜃 = 0° ou 𝜃 = 180°), il est toutefois possible de calculer la profondeur dans ces deux cas autrement [67] [68]: 𝐷 = 𝐵 𝑧2 𝑧2−𝑧1 = 𝐵 𝑧2 𝑧 2.15 Cette équation est valable que dans le cas 𝜃 = 0° (figure 2.32.a), où 𝑧 est la disparité verticale. Dans ce sens, théoriquement, ce système ne présente que deux points aveugles. Cependant, en pratique, les deux caméras occluent l'une l'autre dans la direction de la ligne de base, de sorte qu'aucune information n’est disponible dans les régions d'occlusion mutuelles. Un autre inconvénient de l’omnistéréo binoculaire-H est sa géométrie épipolaire. Etant donné un point (𝜃2, 𝑧2 ) dans la deuxième image son point correspondant (𝜃1, 𝑧1 ) dans la première image se situe sur une courbe sinusoïdale (figure 2.32.b): 𝑧1 = 𝑠𝑖𝑛𝜃1 𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝑧2 2.16 Cette équation n’est valable que lorsque 𝑠𝑖𝑛𝜃2 ≠ 0, Dans les cas de singularité, les lignes épipolaires sont le long de 𝑧. En littérature, cette configuration n’est pas privilégiée vu les inconvénients qu’elle présente. Dans [69] on propose un système de stéréovision omnidirectionnelle, composé de deux cameras catadioptriques alignées horizontalement (figure 2.33). Ce support d’acquisition avait été utilisé pour implémenter des algorithmes de cartographie, de localisation simultanées (SLAM) et SfM (structure from motion), basés sur l’extraction des primitives de type contours, qui sont suivi par la suite en utilisant l’algorithme Lucas-Kanade. Le système est destiné pour des applications en robotique mobile. Un système similaire est présenté dans [70], mais destiné à des applications dans le domaine des véhicules autonomes, et les systèmes d'assistance au conducteur. Les auteurs proposent deux solutions pour améliorer la perception de l’environnement, la première consiste en système qui regroupe une caméra Figure 2.33 : système de vision omnistéréo binoculaire-H49 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels catadioptrique avec une caméra perspective (figure 2.34.a). La deuxième solution, est un système omnistéréo composé de deux cameras catadioptriques à miroirs hyperboliques, installées sur chaque côté du toit du véhicule (figure 2.34.b). L’omnistéréo dynamique est un cas spécial des systèmes omnistéréo à disposition horizontale. Dans ce cas la longueur de la ligne de base séparant les capteurs, n’est pas une constante, mais une variable qui change en fonction du mouvement relatif à ces capteurs. Cette technique est exploitée principalement en robotique [71]. Figure 2.35 : Configuration omnistéréo binoculaire verticale. Figure 2.34 : système omnistéréo pour véhicule intelligent. (a) système hybride. (b) système catadioptrique. (a) (b)50 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Certains des inconvénients de l’omnistéréo binoculaire-H peuvent être surmontés en adoptant une configuration verticale [72] [73] [74] (figure 2.35), cela permet à la fois de simplifier la géométrie épipolaire et résout le problème de l’occlusion mutuelle. L’équation de profondeur d’un système omnistéréo binoculaire-V est similaire à celle d’un système traditionnel à deux cameras perspectives : 𝐷 = 𝐹 𝐵 𝑧2−𝑧1 = 𝐹 𝐵 𝑧 2.17 𝐵 est la longueur de la ligne de base (Baseline), et 𝑧 est la disparité verticale. Les lignes épipolaires dans ce cas sont radiales dans l’image catadioptrique, et simplement verticales dans l’image panoramique (figure 2.36). La configuration omnistéréo binoculaire-V est la plus privilégiée, et a été adoptée dans beaucoup de travaux de recherche. En 1998, Gluckman, Nayar et Thoresz [75] ont publié la conception d'un capteur stéréo panoramique compact (figure 2.37), capable de produire des cartes de profondeur panoramique en temps réel. Le système est composé de deux caméras omnidirectionnelles, coaxiales, alignées verticalement. Chaque caméra omnidirectionnelle est constituée d'une caméra classique, d'optique télécentrique, et d’un miroir parabolique. La profondeur est calculable par triangulation (figure 2.37) une fois le système calibré, et s’exprime sous la forme : 𝑑 = 𝑐𝑜𝑠(𝛽) 𝑠𝑖𝑛(𝛼−𝛽) 𝑏 2.18 Ce concept reste l’un des plus aboutis de la stéréovision omnidirectionnelle, et avait été réutilisé pour un large éventail d’applications. Figure 2.36 : La géométrie épipolaire d’un système omnistéréo binoculaire-V. (a) Les lignes épipolaires de l’image catadioptrique. (b) les lignes épipolaires de l’image panoramique. (a) (b)51 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Un système similaire [76] avait été utilisé pour une application en robotique mobile, constitué de deux miroirs coniques coaxiaux, ce système omnistéréo permet au robot (figure 2.38) de se situer par rapport à son environnement, et de se guider en n’exploitant que les informations visuelles acquises par le capteur. Figure 2.38: DaX, le robot mobile Scitos G5. Figure 2.37 : (a) Triangulation et calcul de la profondeur (b) Système omnistéréo binoculaire-V à deux cameras catadioptriques. (a) (b)52 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Un cas particulier de cette configuration omnistéréo verticale, sont des systèmes qui n’utilisent qu’une seule camera, combinée avec deux miroirs ou un seul miroir à double lobe, ou un seul miroir avec des dispositifs optiques spéciaux. Ces systèmes ne peuvent pas être classés en tant que monoculaires, même s’ils n’impliquent qu’une seule camera, car ils acquièrent l’image de la scène à partir de points de vues espacement distincts. L’un des avantages qu’ils présentent, c’est qu’ils permettent de contourner l’étalonnage d’un système à deux cameras catadioptriques, qui est souvent une tâche compliquée. En 2006 Liancheng Su et al., [77] ont étudié un système omnistéréo, de la calibration, à l’extraction de l’information 3D. Le système dédié à la détection d’obstacles se compose d’une unique camera orientée vers deux miroirs hyperboliques disposés verticalement (figure 2.39.a). Un trou dans le miroir du bas permet d’imager celui au-dessus ; ainsi chaque image acquise, contient deux images catadioptriques concentriques, représentants la réflexion de la scène par chacun des miroirs (figure 2.39.b). Le système est conçu d’une façon que les deux foyers des miroirs coïncident avec le centre de la camera perspective. La triangulation dans ce cas (figure 2.39.c) est similaire à celle d’un système omnistéréo binoculaire-V, dans les deux cas un seul plan image est considéré. Une autre configuration alternative n’impliquant qu’une seule camera, consiste à utiliser un miroir à double lobe. Un miroir à double lobe est une paire coaxiale de miroir, les centres de ces deux miroirs sont colinéaires avec l'axe de la caméra, et ont un profil radialement symétrique autour de cet axe (figure 2.27). Ce principe a été développé dans [78] [79] [80] [81]. D'après Sooyeong Yi et al. [82], il est possible de remplacer le miroir à double lobe par un simple miroir de révolution associé à une lentille concave, pour aboutir à un système omnidirectionnel stéréoscopique. La profondeur est calculable conformément aux lois optiques de réflexion et réfraction. Figure 2.39 : Système omnistéréo à caméra unique et deux miroirs hyperboliques. (a) Apparence du système de vison. (b) Une image acquise avec ce système. (c) Triangulation. (a) (b) (c)53 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels Naturellement, la précision de la profondeur des systèmes omnistéréo binoculaires peut être améliorée par l'utilisation de plus de deux caméras omnidirectionnelles. Ceci est le cas général d'omnistéréo à multiple points de vue [83] [84] [85], ou simplement l’omnistéréo N-Oculaire (figure 2.20.c). Les systèmes à camera unique et à multiples points de vues, sont une classe particulière de cette catégorie [86] [87] [88]. Généralement cette dernière configuration est réalisable en pointant une caméra perspective ou orthographique, vers un groupement de miroirs réfléchissants 29(figure 2.40). 2.3.2.3 Notes sur la stéréovision omnidirectionnelle La stéréovision est l’une des techniques les plus courantes pour obtenir l’information 3D sur la scène. Les systèmes omnistéréo peuvent être arrangés selon différentes configurations. Dans le cas où les deux caméras sont alignées horizontalement, quelques problèmes sont rencontrés: Le premier, est que les lignes épipolaires sont courbées sinusoïdalement, ce qui mènera à l'augmentation du coût de calcul, le deuxième inconvénient est celui de l’occlusion mutuelle. L’angle de vergence n’est pas uniforme, et en plus, l’orientation des repères images et caméras influe significativement sur la géométrie épipolaire. Dans le cas de l’omnistéréo dynamique, l’erreur sur l’estimation de la longueur de la ligne de base s’ajoute aux incertitudes d’estimation de la profondeur, ce qui influe négativement sur les résultats. 29 Source de figure : [86] Figure 2.40 : Système omnistéréo à caméra unique et multiple miroirs (sphériques).54 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels L’omnistéréo N-oculaire apporte de la précision, mais la géométrie épipolaire, les occlusions, et la complexité des calculs, sont les mêmes rencontrés dans le cas de l’omnistéréo horizontale. La configuration verticale échappe aux carences révélées précédemment ; les lignes épipolaires sont simplement verticales, et l’occlusion n’affecte pas l’image de la scène environnante. L’utilisation d’une caméra unique présente plusieurs avantages par rapport à l’utilisation de plusieurs caméras. Puisque la réponse spectrale, le gain et l’offset sont identiques pour les deux images stéréoscopiques. En outre, un seul ensemble de paramètres d'étalonnage interne est à déterminer. Sans doute le plus important avantage, est que l’utilisation d’une seule caméra simplifie l'acquisition de données, et aucun matériel ou logiciel n’est nécessaire pour la synchronisation d’acquisition. Les systèmes omnistéréo avec miroir à double lobe, peuvent produire des vues panoramiques de la scène en une seule image. Cet arrangement est compacte et assure l’alignement des deux images, mais puisque les deux miroirs sont tellement rapprochés, la ligne de base devient assez restreinte, ce qui limite la disparité. Dans ce cas de figure la résolution de l’image interne est assez faible, et dans certains cas, elle est inexploitable pratiquement. Le tableau 2-3 en dessous synthétise la comparaison entre les différentes configurations omnistéréo. Tableau 2-3 : Tableau récapitulatif des principales configurations omnistéréo. Configuration omnistéréo Occlusion mutuelle Erreur sur la profondeur Géométrie épipolaire Ligne de base Points de vue Binoculaire-H Oui ∝ 𝐷 2 sinusoïdal fixe 2 Dynamique Probable ∝ 𝐷 1.5 sinusoïdal variable ≥ 2 Binoculaire-V Non ∝ 𝐷 2 verticale fixe 2 N-oculaire Oui ∝ 𝐷 2 sinusoïdal fixe N 2.4 Conception d’un système de stéréovision omnidirectionnel Cette section décrit la conception et l’étude expérimentale d’un nouveau système de vision omnistéréo à camera unique, conçu et réalisé au sein du Laboratoire d’Électronique et de Traitement de Signal/Géomatique. Vu que ce travail de recherche vise l’intégration de la vision omnidirectionnelle à des applications en robotique, il était nécessaire de développer un système de vision artificielle capable de fournir suffisamment d’informations à une machine pour qu’elle puisse interagir efficacement avec son environnement. L’étude menée, présentée dans la section précédente, et les conclusions mentionnées, nous ont convaincu d’opter pour une solution matérielle qui consiste en un système de vision catadioptrique à disposition verticale [89]. Le capteur catadioptrique est constitué d’une caméra perspective orientée vers un miroir sphérique. Le système est conçu mécaniquement de façon que le capteur soit mobile sur l’axe vertical. Ce qui permet 55 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels de pouvoir l’utiliser comme une simple camera omnidirectionnelle, ou comme un système de stéréovision omnidirectionnelle. Dans la section qui suit nous allons détailler l’architecture matérielle du capteur proposé, sa configuration, et aussi les résultats d’estimation de la profondeur obtenus. 2.4.1 Architecture matérielle du capteur proposé Le capteur catadioptrique est composé d’une caméra CCD à haute résolution 30(Logitech C310), d’interface USB 2.0, avec une fréquence d’acquisition de 30 fps, et une résolution de 1280 x 720 pixels. La caméra est orientée vers un miroir sphérique d’un rayon de 60mm, avec un champ de vision de 360° horizontal et 200° vertical. Pour faciliter l’étalonnage du système, chacune des composantes du capteur catadioptrique détient deux degrés de liberté sur le plan horizontal, et un degré de liberté sur l’axe verticale. Cette architecture est illustrée sur la figure 2.41.a : Pour créer de la disparité spatiale lors de l’acquisition, nous avons muni le capteur catadioptrique d’un système de motorisation à vérin mécanique, lui permettant de mouvoir sur l’axe vertical (figure 2.41.b). Ainsi l’acquisition des images peut se 30 Lien : [159] Figure 2.41 : (a) Architecture du capteur catadioptrique proposé. (b) Configuration du système omnistéréo. (a) (b)56 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels faire à partir de positions distantes. Cette configuration est équivalente à un système omnistéréo binoculaire-V à Baseline variable. 2.4.2 Étalonnage du capteur Pour pouvoir utiliser une caméra catadioptrique convenablement, quelques contraintes géométriques concernant sa configuration, doivent être satisfaites. Dans le cas d’un capteur catadioptrique à miroir sphérique ; une forme géométrique qui se distingue des autres quadriques par sa symétrie centrale, le réglage du système se réalise essentiellement par alignement de l’axe optique de la caméra avec le centre du miroir sphérique. Ce processus est à la fois mécanique et algorithmique. Nous avons développé une interface logicielle qui permet de faciliter cette tâche, en délimitant la projection théorique idéale du miroir sur l’image catadioptrique. Nous agissons ensuite mécaniquement sur l’agencement de la caméra et du miroir, jusqu’à ce que la projection réelle du miroir coïncide avec sa position optimale, ce processus est illustré sur la figure 2.42. Nous ajustant la distance focale de la camera par la suite, pour avoir une netteté maximale de l'image. Cette procédure n’est faite qu’une seule fois, puisque la configuration du système demeure intacte mécaniquement. L’étalonnage du système est basé sur le modèle de réflexion [90] [91]; un modèle qui décrit la formation de l'image en se basant sur les lois de réflexion de la lumière, sur la surface d'un miroir et suppose que le miroir est parfaitement spéculaire ; c’est-à-dire que l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion. Par conséquent, pour un point 3D donné dans l'espace, il est possible de trouver son correspondant correct par réflexion sur le miroir et figurant sur l’image catadioptrique. La projection du point miroir sur le plan image de la caméra est alors directe [92]. Notons qu’en utilisant cette méthode, la propriété du point de vue unique, dans le cas des caméras centrales, devient une conséquence et non pas une contrainte, ce qui signifie que le modèle peut être appliqué à tout type de miroir, peu importe s’il possède un point de vue unique ou pas. Figure 2.42 : Illustration du processus d’ajustement du capteur catadioptrique. (a) Capteur non ajusté. (b) Capteur ajusté (a) (b)57 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 2.4.3 Estimation de la profondeur par triangulation passive La triangulation passive est une technique qui permet de déterminer la profondeur d’un point de l’espace 3D, à partir des coordonnées des pixels qui lui correspondent dans les deux images stéréoscopiques. Dans sa forme la plus simple, on associe un point 3D à deux uniques pixels appariés, chacun est situé sur une image de la paire des images stéréo. Dans le cas du système omnistéréo proposé l’acquisition de la scène se fait à partir de deux points de vue espacés verticalement. On note que la longueur de la ligne de base est ajustable, et que les deux images étant acquises avec le même capteur, sont superposables. Considérant un point 𝑃𝑤 de l’espace, avec 𝑃1 et 𝑃2 ses deux points correspondants sur le plan image. La profondeur D est la distance qui sépare 𝑃𝑤 de l’axe optique Δ du système omnistéréo. La figure 2.43 représente le schéma de la triangulation permettant de calculer cette profondeur. φ1 et φ2 désignent successivement les demi-angles formés par les rayons incidents, à position basse et à position haute, et par ceux réfléchis. 𝐻1 et 𝐻2 sont les distances entre les deux points de réflexion 𝑃′1 et 𝑃′2 et leurs projection sur le plan horizontal passant par le point 𝑃𝑤. Par inspection de la configuration géométrique ainsi obtenue nous pouvons poser les équations suivantes : Figure 2.43 : Triangulation dans le cas du système omnistéréo proposé.58 Les systèmes d’acquisition 3D omnidirectionnels 𝑡𝑎𝑛(2𝜑1) = 𝐷1 𝐻1 et 𝑡𝑎𝑛(2𝜑2) = 𝐷2 𝐻2 2.19 R étant le rayon du miroir sphérique nous avons : 𝐷𝑖 = 𝐷 − 𝑅𝑠𝑖𝑛(𝜑𝑖), i=1, 2. 2.20 Et : 𝐻2 = 𝐻1 + ℎ − 𝜆 2.21 Avec λ définit comme par : 𝜆 = 𝑅(𝑐𝑜𝑠(𝜑2 ) − 𝑐𝑜𝑠(𝜑1)) 2.22 ℎ est la longueur de la ligne de base, qui représente le pas du mouvement du capteur le long de l’axe vertical. En exploitant les équations 1 et 2 nous obtenons l’équation suivante : 𝑡𝑎𝑛( 2𝜑2) = (𝐷 − 𝑅𝑠𝑖𝑛(𝜑2)) (𝐷−𝑅𝑠𝑖𝑛(𝜑1 )) 𝑡𝑎𝑛(2 𝜑1) + ℎ − 𝜆 ⁄ 2.23 À partir de laquelle nous déduisons l’expression de la profondeur : 𝐷 = 𝜀 + (ℎ−𝜆)×𝑡𝑎𝑛( 2𝜑1)×𝑡𝑎𝑛(2𝜑2) 𝑡𝑎𝑛(2𝜑1)−𝑡𝑎𝑛(2 𝜑2) 2.24 Avec ε définit comme suit : 𝜀 = 𝑅(𝑡𝑎𝑛(2𝜑2) 𝑠𝑖𝑛(𝜑1 )−𝑡𝑎𝑛(2𝜑1)𝑠𝑖𝑛(𝜑2)) 𝑡𝑎𝑛(2𝜑2)−𝑡𝑎𝑛(2 𝜑1) 2.25 Il s’avère que la profondeur est une fonction du rayon du miroir, qui est une constante, de la disparité, et de la longueur de la ligne de base ℎ. Dans le but d’évaluer la précision du système, nous proposons d’étudier l’expression de l’erreur sur l’estimation de la profondeur ; considérons les deux points 𝑃1 et 𝑃2 du plan image est leurs angles correspondants φ1 et φ2 reliés au point 𝑃𝑤 de l’espace 3D : Puisque λ << h et ε << ℎ×tan 2φ1×tan 2φ2 tan(2φ1)−tan(2 φ2) L’expression de la profondeur peut être simplifiée sous la forme : D ≈ ℎ×𝑡𝑎𝑛 2𝜑1×𝑡𝑎𝑛 2𝜑2 𝑡𝑎𝑛(2𝜑1 )−𝑡𝑎𝑛(2 𝜑2) = − ℎ 𝑠𝑖𝑛(2𝜑1 ) 𝑠𝑖𝑛(2𝜑2 ) 𝑠𝑖𝑛(𝜑) 2.26 φ = 2φ1 − 2φ2 étant la disparité verticale, l’erreur sur la disparité s’exprime comme suit : 𝛿𝐷 𝛿𝜑 = 𝐷 ℎ 𝑠𝑖𝑛(2𝜑1 ) 𝑠𝑖𝑛(2𝜑2 ) √𝐷² − (ℎ 𝑠𝑖𝑛(2𝜑1 ) 𝑠𝑖𝑛(2𝜑2 )) 2 2.27 Etant donné que h<. HAL Id: tel-01067185 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01067185 Submitted on 23 Sep 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, ´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. UNIVERSITÉ PARIS-EST Thèse de doctorat d’Université Paris-Est Champ disciplinaire : Architecture Présentée par Chayphet SAYARATH Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao Persistance des pratiques et permanence des formes La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui Jury Thèse dirigée par Pierre CLEMENT, Professeur honoraire, ENSA – Paris Belleville Nathalie LANCRET, Directrice de l’UMR AUSSER, directrice de recherche, CNRS, HDR Soutenue le 28 Mai 2014 Charles GOLDBLUM, Professeur émérite, Université de Paris 8, HDR Christine HAWIXBROCK, chercheure, permanente scientifique à l’EFEO-Vientiane Vatthana PHOLSENA, chercheure CNRS, enseignante à l’Université de Singapour Rapporteurs : Manuelle FRANCK, professeur des Universités, INALCO, HDR Hugues TERTRAIS, professeur des Universités, Paris I Panthéon-Sorbonne, HDRDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao Persistance des pratiques et permanence des formes La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’huiDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. Remerciement s Mes remerciements s’adressent à mon directeur et à ma directrice de thèse, Pierre Clément et Nathalie Lancret. Il y a plus de dix ans lorsque j’ai commencé à travailler au Laos, dans le cadre de la coopération entre l’Institut laotien de Recherche en Urbanisme et l’Ipraus qu’il dirigeait, Pierre Clément m’a suggéré et vivement recommandé d’entreprendre une thèse, formalisant et structurant les recherches menées. Recommandation fort utile et nécessaire aujourd’hui pour l’exercice de notre profession d’architecte et aussi pour la recherche sur les villes laotiennes qui reste bien lacunaire et inédite : leur forme spatiale, leur histoire, leur place culturelle, politique et économique dans la nouvelle configuration régionale. Ils s’adressent à Charles Goldblum et à Christian Taillard qui m’ont encouragée et donné de précieux conseils et dont la rigueur du regard scientifique m’a averti de bien des égarements. Ils s’adressent à mes compatriotes laotiens, autorités, partenaires et confrères, responsables des affaires urbaines. Soucieux et préoccupés par le manque de connaissances sur les villes laotiennes, ils manifestent leurs intérêts et œuvrent aussi pour que la recherche urbaine puisse se constituer au Laos. Les informations de terrain qu’ils ont pu me partager, m’ont encouragée à poursuivre mes recherches malgré les difficultés. Que Kéophilavanh Aphaylath, Viengkéo Souksavatdy, Bounleuam Sissoulat, et tous ceux que je n’ai pu citer, soient ici remerciés. Je remercie les honorables membres du jury qui ont bien voulu consacrer leur temps à la soutenance de ma thèse, la critiquer, mais aussi la valider. Je remercie aussi l’équipe de l’administration de l’Ipraus en particulier Christine Belmonte qui m’a aidée dans mes démarches administratives depuis de longue date. J’espère, par ce travail et celui à venir, que ma modeste contribution à la recherche sur l’architecture, les villes laotiennes et la région de l’Asie du Sud-Est continentale, a l’honneur de s’inscrire dans le prolongement des connaissances initiées et constituées par ceux qui m’ont guidée et formée, et par ceux dont les travaux ont nourri ma réflexion. Enfin, je remercie mes amis, ma famille et infiniment mon fils, pour avoir été patients et indulgents à mon égard pour le temps et l’éloignement que j’ai dû prendre pour me consacrer à cette thèse.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. Avant propos Il est difficile pour celui ou celle qui agit et qui prend part aux actions, de prendre en même temps de la distance, d'observer, d'analyser et de produire une connaissance qui servira peut-être aux autres. Lorsqu'on considère le métier d'architecte comme un engagement, et les actions des architectes comme des partis pris, quoi qu'il en soit, nos décisions et nos actions –que ce soit dans le fait de bâtir ou dans le fait de donner un avis, marquent aux yeux des autres notre prise de position. Celleci se veut la plus claire possible, mais qui n'est pas sans équivoque, en particulier lorsque nous sommes dans un contexte culturel bien particulier. Ce fut mon cas lorsque je suis amenée à travailler au Laos, mon premier terrain. Prendre position et agir, n'est-il pas déjà contradictoire à l'observation et à la recherche ? La recherche, comme production de la connaissance, ne devient-elle pas, en ce cas pour l'architecte qui entreprend de la faire, le reflet de ses propres actions narcissiques ou critiques ? De ce point de vue, il ne serait pas recommandé aux architectes de faire de la recherche sous peine d'être mauvais chercheur, ou au contraire, mauvais architecte parce que autocritique et indécis. Mais, il est des lieux et des contextes où les conditions de base pour agir en tant qu'architecte sont à constituer et formuler. Dans la rupture ou dans la continuité, pour exister et donner un sens à ses actions, l'architecte a besoin de comprendre et de connaître l'espace et les hommes dans et pour lesquels il intervient. Le Laos, le lieu de mes racines, pour lequel je fais des efforts et des sacrifices pour aller à sa rencontre, m'est apparu comme un lieu plein de données et de matières, qui prête aux actions les plus audacieuses... Mais avant cela, il a fallu tout décoder. La recherche, répond à ce besoin de décoder et de comprendre, probablement pour mieux agir, lorsque l'action ne suffit plus à s'auto-justifier. C'est probablement en cela que sert la recherche pour un architecte.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. Sommaire Remerciements Avant propos Sommaire Introduction Page 1 1e PARTIE. La mutation des centres historiques et des établissements anciens : décomposition, recomposition, recyclage ? Etapes et processus. Page 29 Chapitre I. Le rôle de la réforme de 1986 dans la mutation spatiale. Rappel du context. Page 32 Chapitre II. Les occupations anciennes et les centres historiques d’aujourd’hui. Altération et recyclage. Page 77 Chapitre III. La constitution et la recomposition de la ville et du territoire d’aujourd’hui. Page 100 Conclusion. Page 166 2e PARTIE. La permanence et l’adaptabilité des fondations lao dans la durée. Approches théoriques. Page 171 Chapitre I. Les éléments historiques et mythiques de formation et de structuration de l’espace lao tai. Page 173 Chapitre II. La réception de modèles spatiaux et leur acculturation. . Page 219 Chapitre III. Les dispositifs et le destin des villes et des territoires. Approche globale et état des lieux. Page 388 Conclusion. Page 408 3e PARTIE. 1975-1995 : La période de transition, racine de la fragilisation du rôle spatial des centres historiques et des établissements anciens. Vue retrospective. Page 416 Chapitre I. Temps Un : les enjeux spatiaux et humains, un défi pour le nouveau régime. Page 416 Chapitre II. Temps Deux : les perspectives et la représentation d’un monde nouveau. Page 440 Chapitre III. Temps Trois : les bilans et leurs implications, la nécessité de la réforme de 1986. Page 462 Conclusion. Page 199 Conclusion. Page 493 Annexe 1. Bibliographie. Page 503 2. Enquêtes de terrains et sources orales. Page 517 3. Adoption des termes et des noms propres. Page 518 4. Lexique des termes vernaculaires. Page 519 5. Acronymes et sigles. Page 522 6. Liste des illustrations. Page 524 7. Eléments chronologiques de l’histoire politique du Laos Page 526 8. Données ethnographiques du Laos Page 534 9. Evolution administrative et politique, programme de coopération international de la RDPL Page 535 10. Table des matières. Page 540 Résumé, abstract. Page 546Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 1 - Questionnement Si les villes, l’habitat ancien et les territoires laotiens ont connu des évolutions depuis leur fondation, les facteurs de permanence et d’adaptabilité spatiales leur ont permis de conserver leurs principes fondateurs et leurs identités, notamment lorsqu’il s’agit de centres historiques. Mis à l’épreuve par la dynamique des réseaux de villes et de territoires, les facteurs de permanence et d’adaptabilité qui avaient permis aux villes et aux territoires – y compris ceux qui sont en marge de ce réseau– d’“ absorber ” jusque dans les années 1970 les changements les plus radicaux sans que leur structure spatiale et sociale ne connaissent de profondes ruptures, ne sont plus aujourd’hui en mesure d’assumer ce rôle. Cela oblige alors une recomposition de l’espace et des villes. La nécessité de redéfinition spatiale des fondations et des habitats anciens se serait imposée aux villes pour s’adapter à un cadre urbain et territorial nouveau, notamment par des recompositions et des recyclages (habilitation ou mise en valeur patrimoniale), par un changement d’échelle (du villageville à la ville-territoire). Nos questionnements sont portés par trois idées principales issues des observations et des analyses faites sur l’évolution actuelle de certaines villes et établissements laotiens. La première idée porte sur le constat d’une rupture spatiale profonde dans les habitats anciens, intervenue particulièrement dans les dernières décennies, ce qui entraine une nécessité de recomposition spatiale pour les villes et les territoires. Depuis la fin des années 1990 et le début des années 2000, les villes du pays connaissent un développement accéléré, entraîné par les effets de la dynamique économique et politique de la région de l’Asie du Sud-est continentale. Les villes laotiennes et leur territoire participent de plus en plus à ce réseau régional. Tout en étant en position périphérique, certaines villes laotiennes connaissent une mutation spatiale et des bouleversements, liés notamment à la diversification de leurs acteurs. Dans nombre de cas, cette évolution compromet en premier lieu le devenir des centres historiques ainsi que la qualité de l’espace urbain, de même que sa cohésion sociale et économique. Tout en mettant à jour des traces matérielles et immatérielles du passé, tels les vestiges archéologiques, les pratiques et les fonctions spatiales anciennes (maintenues vivantes et ancrées dans les pratiques habitantes), en tant qu’éléments révélateurs et d’identification des centres historiques, le développement des villes suscite aussi l’altération, voire, la destruction des traces du passé. Nous assistons alors à un mouvement de recomposition de l’espace, traduisant de nouvelles définitions et de nouvelles fonctions spatiales. Les rôles, les fonctions et la place des centres historiques sont redéfinis par de nouveaux enjeux politiques, culturels et socio-économiques, par les nouveaux acteurs qui se déploient, plus nombreux et plus diversifiés. Associées aux nouvelles stratégies urbaines, aux pratiques habitantes (les parcours, les choix résidentiels et commerciaux, les INTRODUCTION 08 FallDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 2 - pratiques sociales et religieuses, les mouvements d’implantation et de migration) et à la question de la centralité (centre / péricentre / périurbain / polycentre), des menaces pèsent sur la qualité urbaine des centres historiques et sur leur rôle de matrice structurante et identitaire. La deuxième idée concerne le constat d’une évolution endogène, jusqu’à ces dernières décennies, des centres anciens comme révélateur d’une permanence spatiale. Durant de longues périodes, du moins jusqu’aux années 1980, l’évolution des villes, qu’elle soit endogène ou exogène, ne semblait pas remettre en cause ni leurs principes fondateurs, ni les pratiques habitantes. L’espace des villes, y compris les plus isolées, évoluait tout en conservant son mode fonctionnel et sa structure symbolique, que ce soit à l’échelle des centres historiques ou de simples unités d’habitat. L’acte de fondation historique et symbolique des villes et les principes d’organisation spatiale qui lui étaient associés, ainsi que les pratiques habitantes, semblaient constituer même l’un des éléments de permanence, l’un des fondements de l’identité des villes. Ils constituaient une base structurante qui déterminait l’évolution de l’espace et permettait de conjuguer permanence et adaptabilité. En s’adaptant aux évolutions, tout en imposant aux acteurs des modes d’organisation, les principes fondateurs ainsi que les pratiques spatiales assuraient aux villes et aux territoires une mutation endogène dans le temps long, malgré les ruptures intervenues – d’ordre événementiel, conjoncturel ou historique– facteur de transformation, de déstructuration, voire de destruction. Cette idée conduit en fait à interroger les bases historiques et l’univers des pratiques des espaces étudiés. La troisième idée est la notion de “ ville absente ” comme fait spatial transitoire, entre période de permanence et période de rupture. La fragilisation des centres historiques et l’altération des pratiques spatiales trouveraient essentiellement leurs causes dans le redéploiement (définition, changement, réutilisation) des fonctions symboliques et idéologiques de l’espace dans les années 1975 et 1980, lequel jouerait un rôle important dans la recomposition spatiale. Les notions de centre historique et d’habitat ancien et le mode d’habiter la ville ont été altérés corollairement à l’altération de la notion même de ville. La ville, son espace, ses composants sociaux, économiques, politiques et symboliques, en tant que matrice structurante et identitaire, ont été reniés durant cette période. Négligeant les centres historiques et leurs principes fondateurs, leurs valeurs pédagogiques et leur vécu spatial, les pouvoirs publics et les habitants occupaient respectivement l’espace selon une projection idéologique pour les uns et suivant une pratique d’occupation sans acte d’appropriation pour les autres. Entre la période où les villes évoluaient selon leurs matrices de fondation et les moments où elles s’engagent dans de profondes recompositions, caractérisant la période actuelle, les années 1980 et le début des années 1990 semblent constituer une période transitoire illustrée par la notion de “ ville absente ” et par le phénomène de “ squattérisation publique ”. A partir des années 1995 et 2000, les centres historiques se réorganisent peu à peu parallèlement à l’apparition de nouveaux quartiers, aboutissant à une recomposition spatiale difficile à maîtriser, d’où la difficulté à identifier les limites des centres historiques et à délimiter le territoire urbain lui-même. Ces idées suscitent trois questions majeures : 1- Si, depuis les années 1990 et 2000, la ville se redéploie et se recompose, nécessitant de nouvelles définitions et délimitations de l’espace urbain qui remettent en question la place qu’occupaient les centres historiques et les habitats anciens, c’est que cette capacité d’adaptation s’est altérée. Les questions de la recomposition et des limites de la ville, aujourd’hui, sont d’autant plus appropriées qu’elles sont posées à l’heure où les espaces vierges et inexplorés n’existent plus en tant que tel, mais sont approchés en tant qu’espaces et territoires à recycler (dans le sens du détournement et du changement de fonctions et d’usage des espaces existants). Les transformations actuelles (depuis quatre décennies) résulteraient moins des logiques internes relatives à l’habitat lao, que de l’interactivité avec l’extérieur : les réseaux et la mise en relation des territoires.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 3 - 2- Si les villes et les territoires laotiens ont pendant une longue période –jusqu’aux années 1970 et malgré la période coloniale qui constituait un tournant spatial important– connu une évolution endogène et une “ idiosyncrasie ” spatiale, c’est qu’il aurait existé dans leurs principes fondateurs et dans leur mode d’usage des éléments leur permettant de conjuguer des facteurs de permanence et d’adaptabilité qui leur auraient été propres. 3- La période comprise entre les années 1970 et 1990 aurait introduit une rupture, laquelle correspond au moment où les centres historiques marquent encore la ville de leur présence et le moment où ils perdent leur rôle structurant et productif de l’espace urbain. Dans quelle mesure, la période de transition des années 1975-1990 expliquerait-elle le processus d’altération des principes fondateurs des villes qui ont perdu aujourd’hui leur rôle et leur fonction, leur force et leur capacité de renouvellement et de production de l’espace urbain. Hypothèses de réflexion Notre réflexion s’appuie sur trois hypothèses. La première hypothèse conçoit que l’altération des centres anciens à partir des années 1990, est renforcée par l’interactivité entre le local et le global, entre le réseau et le territoire, entre les pratiques habitantes et la planification, entre les disparités économiques et la dislocation territoriale. Cette interactivité produit des effets fédérateurs d’intégration spatiale ou au contraire des effets de résistance. La première hypothèse correspond à une nouvelle période de conception (perception) et de production des villes, commencée à partir de la fin des années 1990. Les villes connaissent une nouvelle phase de développement ; elles se redéploient et se recomposent dans un contexte d’interactions fortes entre le local et le global. En résultent des effets d’intégration et de résistance des villes qui modifient la structure et les pratiques de leurs espaces. Les disparités économiques provoquent, dans les recompositions spatiales, la mise en marge des territoires, et ceci met en cause les principes d’intégration, lesquels sont pourtant le leitmotiv des projets d’encadrements territoriaux. Les centres historiques et les habitats anciens n’assument plus la fonction de matrice structurante et identitaire. Ils deviennent des espaces dévitalisés et parfois abandonnés ou, dans certains cas, des espaces “ recyclés ” et “ patrimonialisés ”, refondés sur de nouvelles bases. Après la négation un peu brutale de la ville durant les années 1975, la ville a été prise en compte en tant qu’entité spatiale, historique et politique par les acteurs et les décideurs urbains et territoriaux dans les années qui ont suivi l’accélération de l’ouverture du Laos après 1986. Malgré le passage de la négation à la “ reconnaissance ” de la ville –fait émanant des stratégies urbaine et territoriale de l’autorité publique et mises à profit par les pratiques habitantes, il ne s’est pourtant pas constitué un savoir sur la ville, son histoire, sa production territoriale de la part de ses acteurs et des décideurs. Ce savoir, qui aurait pu soutenir la continuité spatiale et empêcher sa rupture, a été absent du processus de développement : production urbaine et fabrications architecturales. La ville semble être reconnue et considérée seulement comme entité politique et administrative. C’est visible dans la stratégie urbaine des décideurs et des acteurs spatiaux, de privilégier plutôt une réflexion sur les limites du périmètre urbain, sa gestion et son identité administrative, sans intégrer sa dimension d’espace hérité et de centralité. Seules certaines perceptions de la ville et certaines pratiques habitantes ont permis l’existence des espaces hérités, notamment par la place accordée à l’espace vécu, aux notions de “ localité ” et de “ centralité ”, voire, en les réinterprétant. La seconde hypothèse considère que les facteurs de permanence et d’adaptabilité des centres historiques et des habitats anciens qui ont été altérés (fait soulevé dans la première hypothèse) sont porteurs d’une évolution endogène. L’hypothèse que les villes et les territoires laotiens auraient développé une évolution endogène et “ idiosyncratique ” sur une longue période suppose l’existence de facteurs de permanence et d’adaptabilité spatiale liés à la matrice structurante et identitaire des villes laotiennes, à l’œuvre dans leur évolution. Cette deuxième hypothèse nous conduit à analyser les principes fondateurs de ces centres historiques et de ces habitats anciens, leurs références, leurs évolutions. La troisième hypothèse porte sur la rupture et le déracinement des centres anciens. Ce fait Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 4 - trouve son origine dans la période de transition des années 1975 à 1980. A la différence de l’évolution endogène propre aux périodes antérieures à 1975, nous faisons l’hypothèse d’une rupture dans la capacité d’adaptation et d’un “ décrochage ” par rapport aux principes fondateurs de la ville historique, lors de la période de transition des années 1975 et des années 1980. En considérant les deux périodes –de continuité et de rupture– nous examinons le processus d’altération des capacités d’adaptation des centres anciens. Nous étudions, tant les forces internes qui entrent en jeu dans les transformations que le poids des interventions externes provoquant la rupture. Le terrain étudié et la terminologie L’étude historique –l’objet principal de la deuxième partie de notre recherche– et l’étude monographique de plusieurs villes, demandent un investissement long qui n’a pas été possible dans le cadre de cette thèse. Aussi avons-nous opté pour une approche transversale, c’est-à-dire que les villes sont appréhendées de manière thématique. Cependant, lorsque certaines problématiques sont apparues pertinentes pour mieux comprendre leur organisation, leur trame et leur évolution, nous les avons approfondies, comme par exemple concernant les questions de modèles symboliques et de maillages du territoire. Un certain nombre de villes ont connu au départ des contextes culturels semblables avant de suivre des trajectoires différentes de développement urbain. C’est le cas des villes laotiennes qui ont connu une période d’expansion au cours des années 1960 puis une “ période de négation urbaine ” entre les années 1975 et les années 1980. Les villes du Nord et du Nord-Est de la Thaïlande ont suivi une trajectoire différente, profitant d’abord des retombées économiques de la guerre froide, éprouvées ensuite par la crise du pétrole et l’exode rural, puis renouant avec une période de prospérité et de boum touristique interrompue par des crises économiques. Les trajectoires urbaines des villes de cette région qui ont connu des périodes contrastées (précoloniale, coloniale, de la guerre froide et enfin d’effacement partiel des idéologies) pourraient faire l’objet d’une recherche spécifique, ce qui n’est pas le propos de notre étude qui est plus axée sur le rôle des espaces hérités dans la fabrication de la ville d’aujourd’hui. Un choix pertinent des villes à prendre comme cas d’étude, selon les thèmes traités, s’est imposé ainsi à notre travail de terrain. Ces trajectoires urbaines s’inscrivent aujourd’hui dans un contexte régional nouveau : l’édification d’un ensemble régional plurinational1 intégré par les flux économiques régionaux qui organisent le processus de régionalisation de la mondialisation.2 Cette dynamique régionale est activement appuyée par la construction de l’Association des Nations de l’Asie du Sud-Est (ASEAN), de la Région Grand Mékong (RGM)3 et de la Commission du Mékong ou Mékong River Commission (MRC).4 Avec la construction de ces ensembles régionaux et la volonté des Etats de 1 Nous préférons au terme transnational le terme plurinational pour signifier le rassemblement, hétérogène et cacophonique, à l’œuvre, de plusieurs nations. 2 Théories des mondialistes et ceux des Alter mondialistes et aussi les travaux de Christian Taillard portant sur la régionalisation de la mondialisation. In : l’Espace Géographique. 3 Great Mékong Sub-Region (GMS), pour la conception anglo-saxonne. 4 L’ASEAN, née le 8 Août 1967 lors de la déclaration de Bangkok, regroupe cinq membres –Thaïlande, Malaisie, Singapour, Indonésie et Philippines– sous l’impulsion de Association of Southeast Asia (ASA), son ancêtre, fondée en 1961 par trois pays : Thaïlande, Philippines et Malaisie. L’organisation avait pour objectif de « promouvoir la stabilité et la paix dans la région, la croissance, le développement et la coopération dans les domaines économique, social, culturel, scientifique et administratif ». Conscients que leurs pays respectifs et la région pouvaient être entraînés dans la guerre froide, les fondateurs –Thanat Khoman (Thaïlande), Adam Malik (Indonésie), Narciso R. Ramos (Philippines), Tun Abdul Razak (Malaisie), S. Rajatnam (Singapour)– ont souhaité « lutter contre la subversion du communisme par le développement économique et l’amélioration sociale des populations, ensuite éviter que la région soit utilisée comme terrain de combat idéologique pendant la guerre froide, situation causée par l’extension éventuelle de la guerre du Vietnam ». Quant à la RGM, créée par la Banque Asiatique de Développement (BAD) lors de la conférence de Manille en 1992, elle a pour objectif de « promouvoir le sens de la solidarité et de la communauté entre les pays du Mékong, à travers la coopération et l’harmonisation des échanges économiques entre les pays ». Ses activités privilégient la reconstruction des infrastructures de communication, financièrement soutenues par la BAD. Quant à la Commission du Mékong (MRC), créée en 1958 avec le soutien de l’ONU sous le nom de « Comité du Mékong » regroupant des pays riverains du cours inférieur du grand fleuve : Laos, Thaïlande, Cambodge et Sud-Vietnam, elle avait œuvré également pour la coopération entre les pays du Mékong. Mise en œuvre en pleine période de guerre froide, le Comité du Mékong Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 5 - constituer un ensemble régional harmonieux, ces nations tentent aujourd’hui de dépasser les difficultés de leur propre construction nationale. Or les disparités socio-économiques et culturelles existantes, l’histoire respective de ces pays et les tensions anciennes et nouvelles posent la question de l’identité culturelle, territoriale et politique de certains d’entre eux. Elles demeurent un facteur important de l’organisation territoriale, alors que celle-ci est souvent confondue avec l’identité nationale et politique, qui est potentiellement sources de conflits.5 Du fait que les revendications d’identité politique est liée à une identité localisée dans un territoire donné, il est important de prendre en compte la dimension politico culturelle territorialisée : ses particularités, ses critères de délimitation et les conditions de son évolution et de son intégration dans l’ensemble régional en cours de constitution. Notre travail ne portant pas sur la question d’identité politique, nous l’abordons dans le sens où la question est corollaire à des pratiques culturelles qui génèrent des pratiques spatiales qui peuvent à leur tour induire certaines formes culturelles et sociales. Le territoire politique laotien est défini par l’État-nation que constitue la République Démocratique Populaire Lao (RDPL). Son territoire culturel –dans le sens du mode d’identification, d’usage et de modélisation de l’espace urbain et des représentations partagées par ses acteurs– peut déborder ses frontières nationales. Les espaces des deux Etats qui ont partagé une culture spatiale commune jusqu’au milieu du XXe siècle, mais qui se sont développés dans des contextes d’idéologie et de gouvernance distincts, évoluent de manière différente. Leurs politiques et leurs projets de développement urbains et territoriaux ne peuvent que différencier les trajectoires de leurs villes respectives. En revanche, lorsque les initiatives des acteurs privés ainsi que les pratiques des habitants occupent une place plus importante dans la fabrication et le développement des villes – dans la mesure où le développement urbain est peu réglementé– les écarts entre les deux ensembles apparaissent moins importants, du fait des références culturelles communes. En fait, les écarts renvoient au phénomène de clivage des modèles de références des deux pays : entre un modèle politique économique différencié et un modèle culturel apparenté. C’est dans ce contexte particulier que se situe l’analyse spatiale développée dans le cadre de notre recherche. Elle tente de comprendre la place et le rôle de la fondation des villes et des habitats anciens, ainsi que la pratique spatiale, dans la constitution et la recomposition du territoire d’aujourd’hui. Sans ignorer pour autant ses composantes politiques et économiques, la prise en compte de la dimension culturelle et identitaire du territoire lao nous a permis de définir l’aire géographique de notre recherche de la manière suivante : - Dans le territoire national laotien contemporain, nous avons retenu d’abord les villes du Nord les plus importantes (Luang Prabang, Xieng Khouang, Muang Sing et Xieng Saèn) pour leurs données historiques et leur mode d’organisation spatiale. Car ces villes, plus ou moins importantes, aujourd’hui, possèdent leur histoire respective, les distinguant des unes aux autres. C’étaient parfois des implantations qui possédaient leur propre histoire de fondation. Nous analyserons ensuite Vientiane et certains villages et villes qui lui sont historiquement satellites caractérisés par leur continuité historique. Nous nous intéresserons enfin à d’autres villes capitales provinciales de la vallée du Mékong –Savannakhet, Thakkek, Paksé– pour comprendre leurs processus de avait de grands handicaps. Actuellement ses principaux composants idéologiques ont évolué et la Birmanie est associée. Cf., les travaux du groupe NORAO (Nouvelles Organisations Régionales en Asie Orientale, éditions scientifiques) : Sous la direction de Christian Taillard, Intégrations régionales en Asie orientale, éd. Les Indes savantes, 2004 ; P. Pelletier, Identités territoriales en Asie orientale, éd. Les Indes Savantes, 2004. 5 Les conflits entre Thaïs et Khmers sur le temple de Phrea Vihear, cf. http//fr.global voicesonline.org/2011/02/11/56577, consulté à 12H12 le 24/06/2011 ; http//voi.org/06fev2011/religion/hinduism. Preahviheartemple andhinducivilization.html ; http//www.temples-angkor. fr/preahvihear.html) ; conflits lao-thaïe à Leuey et Sayaboury il y a une vingtaine d’années. Les conflits ont provoqué plusieurs incidents frontaliers, dont une entre 1987 et 1988 causant plus d’un millier de morts des deux côtés. Cf. ethnolyceum.wordpress.com/2009/12/31/Thaïlande-4000Hmong expulsés vers le Laos/les efflorescences ; www.icrainternational.org/ actualités /714.) ; conflit à propos d’un film thaï retraçant la vie d’un personnage –fictif ou réel– a blessé le sentiment national des Lao du Laos et de certains Lao du Nord-est de la Thaïlande, au risque de déstabiliser les relations diplomatiques et politiques entre les deux pays (Cf. les débats sur la production du long métrage Thao Souranaly produit par Pisan Akharaséni ; « The truth about Laos and Thailand, Laos and Thailand : the conflict » : http:www.youtube, 22 novembre 2007.) Fig. 1-a. Carte du Laos avec la localisation des principales villes du Vietnam et de la Thailande. Fig. 1-b. Carte de la région de l’ancien Souvannaphoum, au début du 2e millénaireDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 6 - développement depuis la période coloniale. Car ce sont effectivement des villes construites dans le processus colonial. D’autres villes de l’intérieur du Laos seront parfois évoquées pour illustrer certaines hypothèses de recherche. - Dans les territoires de la rive droite du Mékong qui faisaient partie du Lane Xang historique –entre le XIVe et la fin du XVIIIe siècle– ou qui lui étaient liés, nous nous intéressons aux villes du Nordest de la Thaïlande, telles que Nakhon Phranom, Nakhon Rajasima (Khorat),6 Loeuy et Nan pour leurs trajectoires historiques et la place qu’elles auraient occupé dans les empreintes culturelles. - Dans le territoire du royaume du Lan Na qui a partagé avec le royaume du Lane Xang des caractéristiques culturelles communes aux moments de leur fondation et à plusieurs périodes de leurs histoires, nous évoquerons les villes de Chiangmai, Chiangrai et Chiang Saèn. L’objectif est de saisir la différenciation des formes d’organisation de certaines villes ayant appartenu aux systèmes politiques tai. 7 L’étude de chacune des villes n’est pas monographique mais transversale selon l’axe thématique dont nous avons évoqué brièvement, dans différents points ci-dessous, la pertinence à l’égard de la question de forme d’organisation spatiale. Par exemple, pour Oudon Thani, nous nous sommes intéressés à la période de son extension durant la période de la guerre froide et après, durant les années 1980, parce que cette période est liée indirectement à la situation du Laos. Pour Oubon Rajathani, ce qui a retenu notre attention, c’est l’histoire de sa fondation en tant que centre du pouvoir du Nord-est de la Thaïlande au XIXe siècle, lequel aurait donné naissance aux autres villes Issanes. A ce titre (intérêts différenciés et informations variables), les sites n’ont pas fait l’objet des mêmes travaux de terrain. Dans certains cas où ils ont été visités rapidement ou évoqués à travers un corpus informatif déjà existant, les informations recueillies sont globales ; dans d’autres cas, leurs analyses ont été plus approfondies. Le choix de la notion de territoire culturel pour élaborer notre réflexion est significatif, car il nous permet de ne pas entrer dans les débats existant qui opposent trois idées : celle d’abord de la « perte du Laos Occidental en faveur de la Thaïlande » entretenue dans l’historiographie laotienne.8 Elle est d’ailleurs contestée, et c’est un second débat, depuis le début du XXe siècle par les nationalistes thaïs qui affirment que « c’est le Siam qui a perdu le Laos Oriental en faveur de la France, événement sans lequel le Laos n’existerait pas aujourd’hui ». 9 Enfin venant contrebalancer les deux précédents, un troisième débat porte sur l’existence même d’une grande unité politique lao à l’initiative du Lane Xang. Celle-ci aurait été particulièrement significative à deux moments : 6 Nakhone Rajasima semble avoir été intégré dans le Lane Xang de manière périodique. Les caractères ethnolinguistiques et culturels de ses populations sont fortement proches des Lao du Lane Xang. 7 Tambaya ; Condominas ; P. et S. Clément ; Ch. Taillard, Habitations et habitat d’Asie du Sud-Est continentale : pratiques et représentations de l’espace, laboratoire Asie du Sud-est et monde austronésien, Equipe Asie du Sud-est continentale, édité par J. Matras-Guin, Christian Taillard, L’harmattan, 1992, pp 305-342. 8 Il n’y a pas d’ouvrage nationaliste proprement dit, née de l’auto exaltation et du sentiment de fierté nationale. Le sentiment nationaliste lao semble être un “ état d’esprit, un attitude ” né non pas d’une idéologie mais d’un traumatisme historique collectif, lié à l’événement du roi Anouvong et de la chute de Vientiane, transmis de génération en génération. La période coloniale semble en plus stigmatiser le complexe du colonisé. Tout laotien est capable de tenir un discours anti colonial et anti pan-thaï, mais aucun de ces discours n’est idéologique, ils se nourrissent du vécu des générations passées. Sur la question du territoire nord-est thaïlandais, les travaux nationalistes n’existent pas en tant que tels. Mais retenons quelques noms dont le langage et la méthode sont en dehors de l’orthodoxie scientifique. Ceci qualifie d’emblée la plupart des travaux d’historiens laotiens. A commencer par S. Viravong, S. Phothisane, P. Douangsisavath. Le cas de A. Padijon, auteur de Chronologie de l’histoire du peuple Lao 3000 av. J-C. > 2000 après J-C, (300 p, France, 2001, édité par l’auteur) sans bibliographie, est particulier. Ce dernier est un inconnu et bien que son nom soit romanisé, il est probable que ce soit un laotien utilisant un nom d’emprunt. 9 Deux ouvrages en Thaï : Vichithavong Na Pomphet, membre de l’académie royale, La guerre de réclamation territoriale. L’armée thaïe dans le conflit avec l’Indochine française, 1940-1941, éd. Sèngdao, Bkk, 2009 ; Soumet Southiranonh (dir.), Le nationalisme dans les manuels scolaires. Les préjugés et les mépris à l’encontre des pays voisins transmis dans les manuels scolaires, éd. Silapavathanatham, Bkk, 2009. Le premier ouvrage représente le point de vue officiel et nationaliste de l’élite intellectuelle thaïe vis-à-vis du Laos et vue à travers les exploits militaires lors des conflits avec l’Indochine. Le deuxième ouvrage est une critique de ce nationalisme, inculqué à plusieurs générations à travers le système éducatif, entrainant le mépris généralisé des Thaïs vis-à-vis des autres nations voisines : Birmanie, Laos, Cambodge et MalaisieDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 7 - d’abord au moment de l’émergence d’un puissant sentiment identitaire lao constitué autour de la « guerre de libération » avortée du roi Anouvong de Vientiane en 1827-1828, ensuite, à l’époque coloniale lorsque les autorités françaises ont fait appel au sentiment national laotien pour contrer l’occupation siamoise et japonaise au cours des années 1940-1941.10 Ces débats entre “ nationalistes ” lao et thaïs, d’une part, et historiens de formation occidentale, d’autre part, interrogent la question de l’identité politique des territoires. Mais le débat semble dépassé dans la mesure où l’identité politique des territoires du Laos, du Nord et du Nord-est de la Thaïlande est relativement plus instable que l’identité culturelle et ethnolinguistique des populations qui y habitent. Tout au long de l’histoire, les muang structurant ces territoires sont alternativement et politiquement dominés par les deux principaux centres de pouvoir tai : Ayuthya (pour les Siamois) et Vientiane-Luang Prabang (pour les Lao), sans compter les incursions périodiques de la Birmanie, du Daï-Viet et de la Chine, avant que ce schéma ancien ne soit rompu par le système colonial occidental. Bien que l’objectif de notre recherche ne soit pas de répondre aux questions des identités politiques, celles-ci jalonnent de manière sous-jacente notre réflexion sur la fondation des centres historiques et des habitats anciens, leurs modèles spatiaux et leurs acteurs. Elles interrogent le choix des limites de notre investigation et nécessitent une explication préalable. Sans prendre part à ces trois débats, nous pouvons noter qu’ils peuvent être réconciliables dans la mesure où les territoires étudiés sont liés à la mobilité des hommes qui véhiculent des pratiques culturelles et spatiales, marquant de leurs empreintes l’organisation sociale et les systèmes de représentation. Ils ont constitué des éléments d’identification dans l’espace et le temps à différentes échelles, et ont participé à la construction des organisations territoriales urbaines contemporaines que nous étudions, quelles que soient l’identité et l’appropriation politique revendiquées ou attribuées aujourd’hui. Une difficulté de cette approche porte sur la définition des termes utilisés pour désigner les lieux qui font l’objet de notre recherche. Ces définitions renvoient à des échelles de temps et d’espace comme à des aires géographiques et culturelles différentes pour chacun des sites analysés. Nous ne nous situons pas dans une approche chronologique qui identifierait la production des strates spatiales successives ni dans une perspective hiérarchique qui distinguerait les monuments, les habitats villageois et les constructions urbaines de taille plus ou moins importante. Nous prenons le parti de faire émerger des types et des processus qui ont suscité la production des structures et des formes spatiales étudiées, quelle que soit leur appartenance à des aires culturelles ou géographiques et les périodes de ces productions. Quel que soit le moment de la production des structures et des formes spatiales étudiées, avant ou dès le XIVe siècle. Ceci, en ce qui concerne les monuments ou 10 Sur le nationalisme lao lié à la politique coloniale, plusieurs historiens donnent leurs points de vue en ce sens. Chansamone Voravong (ancien Lao Issara, assistant du Prince Phetsarath lorsque celui-ci s’était réfugié en Thaïlande) nous apprend qu’il a été témoin du soutien des Français pour officialiser le mouvement Lao-Issara. En 1940-1941 la France sous Vichy connaît un affaiblissement en Indochine. Les hostilités entre Thaïs et Français, qui s’intensifient sur le sol laotien à partir de la déclaration de guerre de la Thaïlande contre l’Indochine le 7 janvier 1941, ne prend fin que lors du traité de Tokyo le 9 mai 1941, où la France a cédé Champassak et Sayaboury y compris quelques îles du Mékong au Siam. Ce dernier est soutenu par le Japon qui occupe une position forte dans le Pacifique et en Indochine. Profitant de cette faiblesse, le Siam, qui revendique d’autres territoires lao et khmers placés sous le protectorat français qu’il n’a pu récupérer lors du traité de Tokyo, incite les Lao et les Khmers à se soulever contre “ l’occupant occidental ” par des slogans et des propagandes nationalistes, en incluant les Khmer et Lao dans “ l’unité pan-thaï ”. Le brassage idéologique siamois est momentanément coupé de la réalité historique précoloniale où, aux yeux des deux peuples concernés, le Siam occupait lui-même avant l’arrivée des Français un rôle d’occupant. La France, en position de faiblesse à cause de la montée du nazisme en Europe et dans le Pacifique –avec les Japonais– qui n’a pas beaucoup de choix d’action et craignant de perdre le Laos oriental face aux revendications siamoises, réplique alors avec la même stratégie en soutenant le sentiment national lao et le mouvement qui l’incarne, le Lao-Issara et aide à la création de son journal Lao Gnaï, contreattaquant les propagandes siamoises. Cf. pp 164-165, exemplaire de Lao Gnaï, in: Creating Laos. The Making of a Lao Space between Indochina and Siam, 1860-1945, Soren Ivarson, NIAS Press, 2008. Cf. Grant Evans, Histoire résumé du Laos, éd. Silkworm Books, BKK, 2006 (version Lao). Cependant, de l’intérieur de la société lao et contrairement à toute allégation qui place le Lao-Issara comme une pure création française, le sentiment national existait préalablement et rassemblait un groupe d’élites locales autour du Prince Phetsarat. Il est vrai, le groupe hostile à l’autorité coloniale et prônant l’indépendance sera formalisé pour devenir le mouvement Lao Issara (Lao libre) au moment des hostilités francosiamoises.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 8 - les sites importants (les monuments That Phranom ou That Luang), les centres historiques (le quartier des cinq pagodes de Vientiane ou du mont Phu Si à Luang Prabang), les sites archéologiques (le site de Muang Tonh Pheung), les quartiers (les quartiers d’artisans de Nong Chanh et de Nam Passak à Vientiane), les villages (ban Phaylom et ban Lingsan dans la plaine de Vientiane) et les villes (Muang Khoun, Nakhon Rajasima, Vientiane, Luang Prabang, etc.) Quel que soit leur degré d’ancienneté, nous les désignons dans notre recherche, de façon générique, par les expressions “ occupation ancienne ”, “ habitat ancien ”. Les termes “ centre ancien ” et “ centre historique ”, souvent utilisés, désignent plutôt les sites existant dans une aire urbaine ou une aire dotée d’une certaine centralité. Cette terminologie est issue d’une approche comparative des sites appartenant à une même aire urbaine ou géographique, qui distingue les sites anciens ayant eu un rôle central à un moment donné de l’histoire et les sites qui se sont développés, simultanément ou postérieurement, mais qui n’ont pas occupé une position centrale dans cette aire. Ainsi, le quartier des cinq pagodes au centre de Vientiane est qualifié d’ancien et central par rapport au quartier de Dong Palane de création très récente. Quant au terme “ fondation ”, il recouvre pour nous aussi bien l’acte rituel que l’acte matériel d’édification. Autrement dit, il prend en compte aussi bien les composantes physiques et morphologiques que les éléments immatériels tels que les modèles symboliques, les représentations et les pratiques spatiales, qui constituent l’armature invisible de ces habitats. La fondation renvoie, d’une part, aux actes d’édification dans leur matérialité qui sont datés, et, d’autre part, aux rituels et aux pratiques symboliques inscrits dans les croyances et les pratiques religieuses très anciennes, animistes comme bouddhiques. Nous illustrons notre propos par l’étude de quelques lieux et villes présentant et formulant les pratiques de fondation. Méthodologies Particularités du contexte des travaux de terrain Lorsqu’elles ne sont pas commanditées ou approuvées par l’autorité locale, les enquêtes de terrain au Laos sont officiellement interdites. En l’occurrence, les sujets délicats peuvent faire l’objet de rejet non seulement par l’autorité locale, mais aussi par la population ; par exemple, les questions relatives aux processus d’acquisition et de baux fonciers par les entreprises étrangères nouvellement installées au Laos, ou alors la question concernant le statut de certains logements confisqués qui ont été réattribués. Certaines informations recueillies sont issues d’interviews et de discussions effectuées depuis les années 1994,11 avant-même que soit entreprise la réalisation de la présente thèse. En ce qui concerne certains témoignages, notamment les questions relatives à la vie quotidienne et aux travaux collectifs durant les premières années du régime ou encore les questions relatives aux conditions de vie des anciens pensionnaires des camps de rééducation, cela ne semble pas poser de problèmes en termes d’actualisation des données. En revanche, d’autres données ont nécessité vérification et réactualisation. Certaines enquêtes ont parfois été reçues avec peu d’enthousiasme par les personnes interrogées et d’autres doivent être interprétées avec précaution. Le fonctionnement de l’administration laotienne étant très hiérarchique et le système d’archivage des organismes publics étant quasiment absent, la recherche de la documentation rencontre souvent des difficultés. Par contre, les interviews des trois ou quatre dernières années portant sur l’organisation administrative et la mise en place des municipalités ont été plus aisément conduites auprès des agents du gouvernement. Sources historiques : corpus et critiques 11 Au moment où j’ai commencé à rassembler les données pour mon mémoire de TPFE présenté en 1997.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 9 - Les annales anciennes qui constituent les sources de référence relatives à l’histoire de la fondation des habitats anciens sont de seconde main et font intervenir plusieurs auteurs. Elles ont été analysées, annotées et réinterprétées par des historiens et des anthropologues de générations différentes et dont les points de vue sont divergents. L’historiographie lao présente par ailleurs une grande disparité selon les périodes. Période contemporaine depuis les années 1970 L’histoire contemporaine du Laos ne fait pas l’objet de controverses particulières. Ceci du fait d’une carence de spécialistes de l’histoire contemporaine du Laos et aussi du fait de la permanence d’une conception officielle de l’histoire qui ne permet pas de réels débats dans le pays. L’historiographie de cette période présente encore beaucoup de non-dits et de tabous ; elle reste à écrire. Aussi, notre approche prenant en compte l’histoire des sociétés et de leurs empreintes spatiales reste exploratoire et semée d’embûches. Elle combine faits et témoignages, d’acteurs ou de témoins, ainsi que de « notre propre vécu », notamment pour la période du changement de régime en 1975, de la ruralisation de la ville, de l’émigration de 15 à 20 % de la population vers l’étranger, de la mobilité interne de la population vers les provinces ou depuis les provinces. Ces données ont été croisées avec les documents officiels du gouvernement laotien ou produits par des pays étrangers et des organismes internationaux (ONG, Amnesty International, les Nations Unies - le Haut Commissariat pour les réfugiés, etc.) Revenons brièvement sur ce que j’appelle “ notre propre vécu ”. En 1975, âgée de six ans, j’ai été témoin du changement de régime, sans en comprendre le sens. J’ai assisté notamment à l’arrestation de parents proches et de mon père envoyé en camp de rééducation pour huit ans. Restée presque deux ans avec ma famille sous le nouveau régime, j’ai vécu l’embrigadement à l’école (notamment les activités culturelles, le jardinage et l’élevage pour l’autosuffisance), vu les adultes – et notamment ma mère mobilisée pour les réunions politiques, les travaux collectifs obligatoires de curetage des canaux à Vientiane, acheter au marché noir certains produits comme de l’essence et de la viande, et vendre –toujours au marché noir– des bijoux, des vêtements, des draps pour survivre. J’ai ensuite vécu avec ma famille la traversée périlleuse du Mékong en pirogue, les patrouilles des gardes frontières qui tiraient sur ceux qui tentaient de traverser le fleuve, et l’arrivée dans le camp de réfugiés en Thaïlande où je suis restée plus d’une année. De retour au Laos dans le cadre de missions de coopération et de recherche à partir de la fin de l’année 1998, mes rencontres avec les personnes qui ont vécu dans les anciennes zones libérées12 m’ont permis de connaître la vie dans “ l’autre territoire ” qui était “ parallèle ” à celui de la société lao de Vientiane durant la guerre froide. Mes séjours quasi-permanents au Laos m’ont permis d’acquérir une perception de l’intérieur différente de celle que j’imaginais depuis l’extérieur durant les années 1980 et 1990. Consciente que je n’échapperais pas aux critiques relatives à ma situation de “ spectateur engagé ” (pour reprendre les propos de Raymond Aron) ou de vision “ partiale et biaisée ”, c’est avec précaution alors que j’utilise ces données, en prenant soin de les recouper, quand c’est possible, avec des publications portant sur le sujet.13 Les rapports d’Amnesty International et du Haut Commissariat pour les Réfugiés (HCR) citent des chiffres et des noms de manière non exhaustive. Les associations qui venaient en aide aux réfugiés, quant à elles, recueillaient des témoignages, mais ne situaient pas ces données dans leur contexte. Quant à la recherche historique contemporaine, elle est lacunaire à bien des égards. Les travaux de Grant Evans et de Stuart-Fox, les plus à jour pour les sources se rapportant au sujet, restent encore partiels. Ceux de Jean Deuve pour la période post-coloniale se rangent dans la lignée 12 Les zones libérées de Luang Namtha ont été constituées suite à la défaite de l’armée royale. Ce qui a permis le 23 juin 1962 la formation du gouvernement de coalition tripartite. 13 Souvannavong, La jeune captive du Pathet-Lao ; Sivilay M., La route Numéro 9 ; Bouphanouvong N., Sixteen Years in the Land of Death. Revolution and Reeducation in Laos ; Sicard D et M-N., Au nom de Marx et de bouddha. Cf. Bibliographie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 10 - des ouvrages de sciences politiques.14 Les deux ouvrages de témoignage du Prince Mangkhra Souvannaphouma15 proposent des éléments de réflexion historique et politique. Les historiens lao accrédités par le pouvoir ne traitent pas vraiment cette période. Lorsqu’ils l’abordent indirectement, leurs propos manquent d’objectivité du fait de leur position d’acteurs, engagés dans la politique gouvernementale, et de données fondées que les interdits politiques empêchaient de rassembler. C’est sans doute une des raisons qui expliquent qu’il y a peu de travaux détaillés sur cette période. Il est moins compromettant pour les historiens nationaux de travailler sur la période siamoise et française que de travailler sur les années 1970 et 1980. Le Laos compte peu d’historiens contemporains d’origine lao ; on note cependant Mayoury et Pheuiphanh Ngaosyvathana, et Souneth Phothisane.16 Aussi, les travaux de Grant Evans, de Stuart Fox et de Soren Ivarson17 constituent-ils des références incontournables du fait de la diversité de leurs sources. Parmi les écrits produits par la diaspora, non dépourvus d’intérêt, on trouve des textes “ partisans ” ou “ engagés ”, et aussi des ouvrages bien documentés, tels que ceux de C. Norinh18 et l’ouvrage collectif de S. Phinith, P-N Souk-Aloun et V. Thongchanh.19 En dehors des travaux historiques, il faut mentionner les recherches fondamentales sur l’espace cultuel et ethnographique menées par les anthropologues comme Archaimbault et Condominas. Quant aux études plus récentes, bien que leurs approches soient fragmentaires, leurs champs de recherches fournissent cependant des données qui peuvent palier les pages manquantes de l’histoire contemporaine de ce pays. Citons les travaux de A. Doré, de C. Charon-Baix20 en sociologie portant notamment sur les Lao depuis le camp de réfugiés jusqu’à leur arrivée en France, de D. Bertrand et de V. Thongchanh en ethnopsychologie, 21 de O. Evrard qui analyse finement le rapport entre le sol et l’inter ethnicité.22 Enfin, un grand intérêt doit être porté aux travaux de recherche présentant une certaine particularité par rapport aux travaux d’histoire ou par rapport aux travaux en ethnologie et en sociologie déjà mentionnés. Par leur affiliation au CNRS ou aux autres structures de recherche, le caractère actif de leurs analyses des faits souvent en cours de constitution (traitant de processus en train de se dérouler) inscrit l’ensemble de leurs travaux en cours dans une sorte d’observatoire. Une analyse distanciée de ces données, menée a posteriori, apporterait un complément de compréhension à l’histoire contemporaine. Il y a les travaux de V. Pholsena sur l’identité politique et culturelle, ceux de Christian Taillard sur l’analyse territoriale inter-régionale, ceux de K. Voraphet sur l’aspect économique, puis ceux des chercheurs de l’IRD qui sont plus axés sur les problématiques de développement Enfin, notre travail est particulièrement attentif aux travaux des architectes urbanistes, professionnels indépendants et chercheurs. Les plus significatifs sont ceux des chercheurs de 14 Grant Evans ; Stuart-Fox ; Jean Deuve, Le Royaume du Laos, EFEO, 1984 et Guérilla au Laos, L’Harmattan, 1997. Cf., la bibliographie. 15 Souvannaphouma M., L’agonie du Laos ; Laos. Autopsie d’une monarchie assassinée. Cf., la bibliographie. L’Agonie du Laos est un témoignage de la période qui s’étend de la guerre froide à la fin du régime monarchique. L’Autopsie d’une monarchie assassinée porte un regard rétrospectif sur la période d’avant 1975 et témoigne de la recomposition de la vie sociale et politique des Laotiens de la diaspora, tout en portant un regard critique tant sur son organisation sociale que sur la politique du gouvernement de la RDPL. 16 Mayoury et Pheuiphanh Ngaosyvathana, Souneth Phothisane, cf., la bibliographie. 17 Les sources des trois chercheurs anglo-saxons combinent les enquêtes conduites tant à l’intérieur du pays qu’auprès de la diaspora lao qui ne partage généralement pas la vision officielle de l’histoire contemporaine. Cf. la bibliographie. 18 Chou Norinh cf., la Bibliographie. 19 Savang Phinith, Phou Ngeun Souk-Aloun et Vanida Thongchanh, Histoire du pays lao. De la préhistoire à la république, L’Harmattan, coll., Recherches Asiatiques, Paris, 2001. 20 Amphay Doré, Catherine Charon-Baix. Cf., la bibliographie. 21 Didier Bertrand et Vanida Thongchanh, cf., la bibliographie. 22 Olivier Evrard, Chroniques des cendres. Anthropologie des sociétés khmu et dynamiques interethniques du Nord-Laos, éd. IRD, coll. A travers champs, Paris 2006.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 11 - l’Ipraus, auxquels la présente recherche se rattache.23 Ceux-ci traitent de l’anthropologie de l’habitat lao, de l’organisation et du devenir spatial, architectural et urbain de la région, en rapport avec le mode de gestion et de gouvernance en cours, mais aussi en rapport avec la vision patrimoniale. Nous nous appuyons sur les travaux d’ethno-architecture entrepris par Sophie et Pierre Clément au début des années 1970 sur l’architecture vernaculaire qui fonde une connaissance de base de l’anthropologie de l’espace lao. Nous nous référons également aux recherches de C. Goldblum sur les villes du Sud-Est asiatiques et, plus récemment, sur les études menées au Laos sur le développement et la gouvernance urbaine, en liaison avec les travaux de B. Sisoulath sur le développement urbain des vingt dernières années.24 Période ancienne Ne situant pas notre travail dans le champ de l’histoire, j’utilise les sources pour recueillir des informations et non pas en vérifier la crédibilité historique, ou en discuter les interprétations qui nécessiteraient un important travail en dehors de notre champ de compétences. Toutefois, il est nécessaire de pouvoir identifier celles qui manquent de sources et de références. Ainsi nous avons dû, lorsqu’il est nécessaire, proposer une interprétation différente à partir des sources que les historiens ont traitées. Pour les sources anciennes, ont été consultées pour notre recherche historique, les travaux et ouvrages des auteurs que nous citons dans les notes au fur à mesure et dans la bibliographie. Ceci, parce que nous ne pouvons pas consulter directement les documents anciens d’origine, sauf un manuscrit qui date de 1927, intitulé Annales du Laos, Luang Prabang, Vientiane, Traninh et Bassac. 25 Néanmoins, apportons ici quelques indications sur ces écrits sur lesquels les historiens fondent leurs travaux. Il s’agit du Nithan Khun Bourom, du Phongsāvadān Lao, du Thao Hung Thao Tch’ueng, du Kotmai bouran lao, du Tamnan Oulangkhrathat, des Chroniques du Lan Na et du Nord-ouest du Laos (Singhanavathi, Jinakalamalini et Chronique de Souvannakhomkham), des Chroniques de Vientiane et des Chroniques Muang Phouan. Nous citerons également certaines inscriptions lao et siamoises qui sont les plus utilisées en historiographie. Pour cela nous sommes principalement redevables aux travaux de G. Coedès et de L. Finot, dont certains sont revisités par M. Lorrillard. Nous avons pris également connaissance d’autres travaux critiques des sources effectués par les chercheurs de l’EFEO, anciens et récents. 1. Nithan Khun Bourom, annales historiques, écrites sur feuille de latanier en lao ancien, utilisant l’écriture Tham. D’après le texte de présentation du Phongsavadan lao de Sila Viravong, il y aurait cinq livres qui correspondent à cinq versions du Nithan Khun Bourom, lesquels ont constitué la base pour la rédaction de son Histoire du Laos depuis les origines jusqu’à 1946. - La première version du Khun Bourom serait une œuvre collégiale rédigée par Phra Maha Thep Luang et les hauts dignitaires de Luang Prabang vers 1503-1504. C’est la version la plus utilisée par les auteurs. Elle commence avec l’histoire des Lao depuis leur “ origine mythique des courges ” et s’arrête à l’époque historique de Vixun dont le début de règne date de 1500. Cette version semble originale, car elle évoque l’origine “ préhistorique ” des Lao Tai à travers le mythe des courges. L’ethnie lao serait sortie des courges percées avec un fer brûlé, précédée par les aînés qu’étaient les aborigènes à la peau sombre parce qu’ils seraient les premiers sortis des trous carbonisés. 23 Vattana Pholséna, Christian Taillard, les chercheurs de l’IRU et de l’Ipraus, cf. la bibliographie. 24 Bounleuam Sisoulat, 2010 Vientiane, Stratégie de développement urbain : processus et acteurs de l’urbanisation dans la capitale de la RDPL, thèse de l’université Paris X-nanterre. Cf. Bibliographie. 25 Annales du Laos, Luang Prabang, Vientiane, Traninh et Bassac, publié la 22e année de règne de Sa Majesté Sisavang Vong, roi de Luang Prabang, 1927. Les auteurs et l’éditeur ne sont pas mentionnés. Le manuscrit est en Lao datant d’avant la réforme grammaticale des années 1930, il est sans doute basé sur deux annales anciennes : le Nithan Khun Bourom et le Phongsāvadān Lao.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 12 - - La deuxième, écrite à Vientiane, reprend l’essentiel de la première version, mais elle s’arrête au règne de Saèn Soulinh et date de ce règne, l’année 1567. S. Viravong suggère que Phra Arya Vangso en soit l’auteur. - La troisième reprend les deux précédentes et date de 1627 sous le règne de Nôkéo kumman. Le nom de l’auteur ne serait pas mentionné. - La quatrième, reprise des précédentes versions, aurait été écrite sous le règne de Say Ông Hué vers 1705-1708. Le nom de l’auteur ne serait pas non plus mentionné. - La cinquième aurait été écrite sous le règne de Manthathourath vers 1856 par un certain Houaphanh Muang Boun. D’après S. Viravong, cette version comporterait une annexe donnant une chronologie résumée des règnes des rois du Laos depuis la fin du règne de Suryavongsa jusqu’à l’année 1847. Dans son ensemble, le Nithan Khun Bourom rapporte l’histoire du peuple tai lao, mais aussi ses origines légendaires et mythiques. Il a été étudié et annoté par ceux qui ont étudié l’histoire des origines des Lao et du Laos. Parmi les anciens, il y a les annotations de F. Garnier, de A. Pavie, de E. Aymonier, de L. Finot, de G. Coédès, de C. Archaimbault, de L. Pontalis, de T. Hoshino, de S. Viravong, de K. Vongkotrattana, et enfin de O. Phomvongsa26. Le compte-rendu de P-B Lafont en 1963 de l’ouvrage : Laos, Its People, Its Society, Its Culture, de Frank M. Le Bar et A. Suddard27 participe à cette critique, et apporte en plus des critiques aux travaux d’interprétations de ces sources par les chercheurs anglo-saxons. Plus récemment M. Lorrillard, en effectuant une analyse de l’historiographie lao dans l’article « quelques données relatives à l’historiographie lao », 28 a apporté une critique sur cette source ainsi que sur le Phongsavadan lao. Les historiens considèrent le Nithan Khun Bourom comme une source historique unique qu’ils exploitent toutefois avec précaution, parce que pour eux le ton et la méthode de son écriture se rapprocheraient de l’écriture des légendes. 2. Thao Hung Thao Tch’ueng a principalement été annoté par Sila Viravong, repris et enrichi par D. Boungnavong, O. Khaminsou, S. Vilaysack, dans une réédition récente publiée en deux volumes. 29 Les travaux de Sila Viravong ont également été repris et traduits par Chamberlain lors d’un colloque en 1979.30 Notons que si les auteurs lao s’y réfèrent comme à un ouvrage historique, le texte du Thao Hung Thao Tch’ueng n’est pas considéré comme une source historique véritable par les auteurs occidentaux. Il est surtout étudié comme l’une des plus grandes œuvres littéraires de langue tai, qui aurait été composée entre le XIIIe et le XVIe siècle. D’après le texte de présentation de la nouvelle édition, une autre source originaire du Lan Na, le Cāmadevīvamsa, dont le drame principal est quasi identique, pourrait être rapprochée de cette œuvre épique. Elle a été en partie étudiée par Jean Ripaud dans Les gestes de Pragna Xu’en. 26 Cf. Garnier F., Voyage d’exploration en Indo-Chine, effectué pendant les années 1866-67-68 ; Pavie A., Annales du Lan Xang (1898), Etudes diverses, t. I. Recherches sur la littérature du Cambodge, du Laos et du Siam ; Aymonier E., La société du Laos siamois au XIXe siècle ; Finot L., « Annales du Lanxang : origines légendaires - Fondation du Royaume de Lanxang Hom Khao » ; Coédès G., « Document sur l’histoire politique et religieuse du Laos occidental » ; Archaimbault Ch., « La naissance du monde selon les traditions lao. Le mythe de Khun Bulom », in : La naissance du monde ; « Annales de l’ancien Royaume de S’ieng Khwang » ; Lefevre-Pontalis P., Voyage dans le Haut Laos et sur les frontières de Chine et de Birmanie ; Hoshino T., Pour une histoire médiévale du moyen Mékong ; S. Viravong, xts;aflkf]k; c8j[6]kog(u’ 1946 ou Histoire du Laos, de la période ancienne jusqu’à 1946, éd. Bibliothèque Nationale, Vientiane 2001. C’est l’édition la plus récente de l’historien. Il y a trois autres éditions : 1-celle de 1957-1958 intitulée Phongsavadan lao, rq’lk;tfko]k;, utilisée comme manuel scolaire, 2-celle de 1973 toujours intitulée Phongsavadan lao, rq’lk;tfko]k;, 3-celle de 1997 intitulé Histoire du Laos ; Vongkotrattana K., Phongsadavan sat lao, Vientiane ; Phomvongsa O., Khouam Penh ma kong lao 27 Dans le BEFEO, année 1963, vol 51, N°1, P. 208-215. Lafont P-B. a effectué un compte rendu critique de l’ouvrage de Frank M. Le Bar et Adrienne Suddard (editors) et alia. Laos, Its People, Its Society, Its Culture, cf. Bibliographie. 28 Lorrillard M., « Quelques données relatives à l’historiographie lao », BEFEO, Année 86 (1999), p 219-232. 29 S. Viravong, Thao Hung Thao Tch’ueng. Volume 1, publié en 2000, volume 2 en 2003, dans le cadre des études de la Bibliothèque Nationale et du Comité de Recherche en Littérature de l’Université Nationale du Laos. 30 James R. Chamberlain, « A Lao epic poem: Thao Hung or Cheuang », cf. bibliographieDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 13 - 3. Kotmai bouran lao, le droit coutumier lao [dqfs,kp[6Iko]k;]. C’est un ensemble d’ouvrage juridique composé de traités, de codes et de décrets royaux totalisant huit livres (Khamphi, 7eru) de 1500 pages : - Le livre I, Khamphi Moulatantaï [7eru ,6o]t8aow8], traitant des enquêtes et des instructions juridiques. - Le livre II, Khamphi Soysaykham [7eru lvHplkp7e] traitant des règles et des bases juridiques comportant 227 articles ; - Le livre III, Khamphi Dhammasat Luang [7eru rtma,,tlkfs];’]. Ce livre constitue le fondement principal du droit coutumier. Il renferme des codes généraux avec 431 articles et est divisé en cinq chapitres correspondant aux cinq préceptes bouddhiques desquels il s’est inspiré. Le premier chapitre régit la protection des personnes, le deuxième la protection des biens et du commerce, le troisième, la famille, les relations conjugales et les mœurs, le quatrième, les conflits, le cinquième les délits liés aux drogues et à l’alcool ; - Le livre IV, Khamphi Souvannamoukha [7eru l5;aoot,5d0k], traite du code civil avec des cas de jurisprudence ; - Le livre V, Khamphi Rajasat [7eruiklkf], traite des droits et obligations des monarques vis-à-vis des sujets et de l’État ; - Le livre VI, Khamphi Phosarat et Sangha Hapakhon [7eru 3rlkikfla’skxtdvo] ; - Le livre VII, Khamphi Anachark et Thammachark du Thammasat [7eru vkok9adma,,t9ad csj’ ma,,tlkf], est composé de huit chapitres. Le nom du huitième livre n’a pas été mentionné par Samlith Bouasisavath l’auteur des annotations de l’ensemble du manuscrit qui a effectué récemment une translittération et publication en lao moderne. Il a sans doute été rassemblé au livre VI par l’auteur. Cet ancien manuscrit peut être exploité suivant les thèmes traités, notamment les parties qui traitent du droit du sol figurant dans le livre VI. Nous utilisons uniquement les annotations issues des travaux de Samlith Bouasisavath, 31 car nous ne trouvons pas d’autres sources aussi complètes. Dans « La propriété foncière selon les traditions coutumières au Laos » Georges Condominas, Inpèng Suryadhaï et Christian Taillard32 ont basé leurs travaux sur les anciens codes de Vientiane annotés par Phouvong Phimmasone.33 Concernant les codes de Vientiane, un manuscrit juridique ancien, nous pensons qu’il s’agissait d’un des livrets appartenant au Phra Dhammasat Luang, et ce livret serait probablement des cas de jurisprudence et non pas des codes généraux. D’après Samlith Bouasisavath, le droit coutumier a été écrit en Lao ancien et aurait été daté du XVIe -XVIIe siècle, rédigé en partie sous le règne de Souryavongsa. Le droit coutumier semble régir entièrement la société lao ancienne et certains codes constituent une grande partie du fond juridique d’aujourd’hui. Bien que les annotations de Samlith Bouasisavath nous livrent d’importantes informations sur les sociétés lao anciennes, il est regrettable que les historiens et juristes contemporains ne se penchent pas de manière plus complète sur cet ensemble de textes. 4. Tamnan Oulangkhrathat [8eoko v5]a’0tmkf], ouvrage complexe qui relate uniquement les événements se rapportant aux histoires religieuses. Ce sont souvent des histoires fabuleuses qui réduisent considérablement la crédibilité des textes aux regards des historiens. Il semble appartenir à une tradition sudiste : il ne concerne pratiquement que les événements ayant lieu dans le Sud du pays et contient peu de chose sur le Nord (au-delà de Vientiane). Il renferme des informations sur 31 Samlith Bouasisavath, Kotmai bouram lao, cf. Bibliographie. 32 Condominas G., Suryadhaï I., Taillard Ch., « La propriété foncière selon les traditions coutumières au Laos », cf. Bibliographie. 33 Phouvong Phimmasone a annoté un certain nombre d’écrits lao anciens, qui ont fait l’objet de contribution aux ouvrages collectifs. Notamment la littérature bouddhique lao, le Tipitaka, les traités de grammaire, de l’astrologie, de métrique, de politique, etc. in : Présence du Bouddhisme, cf. Bibliographie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 14 - les événements et les constructions religieuses telles que la construction des that dans la région de Nakhon Phranom, ainsi que des renseignements sur les sites religieux de Vientiane. Il n’existe pas à notre connaissance de version complète d’annotations en lao et en thaï modernes. Celles qui font l’objet de publication dans les deux langues ne concernent que certains chapitres. Il y aurait par ailleurs d’autres annotations manuscrites en lao, mais non publiées. Pour notre part, nous avons pu avoir entre les mains deux publications en Thaï utilisant le Tamnan Oulangkrathat. L’une est intitulée Oulangkranithane et l’autre Histoire résumée de that Phranom.34 En lao, nous avons pu avoir trois publications, dont deux courtes publications fragmentées du ministère des Cultes : Histoire des stupa et des vat les plus importants et celle de Phra krou Gnot Kéo Phonnesamek en partie annotée par Chanh Inthouphilath ; Chao Raja Khrou Luang Gnot Kéo Phonnesamek annotée par Phra Thep Rattanamoly ; la troisième publication, plus élaborée, a été éditée lors des crémations de Phra Louk Kéo Khoun Manivong.35 Du fait que le Tamnan Oulangkhrathat n’est pas un texte traitant de l’histoire proprement dite et du fait que nous ne travaillons pas directement sur leur critique, nous prenons le parti de ne pas rechercher d’autres annotations que ces cinq publications existantes. 5. Singhanavati, Jinakālamālini, Camadevivamsa, Chronique de Souvannakhamkham, sources spécifiques du Lan Na et du Nord-ouest du Laos, au même titre que Nithan Khun Bourom pour le Lane Xang, ont été largement utilisées par les historiens travaillant sur les origines historiques du Lan Na et sur la période antérieure. Plusieurs études leur ont été consacrées, de manière complète ou évoquée à travers des études thématiques.36 Elles seront reprises en partie et référencées par les recherches plus récentes, notamment celles de A. Doré, de H. Rattanavong et de M. Lorrillard.37 6. Chroniques de Vientiane et Chroniques de Muang Phouan, Pheun Vieng et Pheun Muang Phouan, [rNo;P’ rNog,Nv’r;o]. Ces textes sont des témoignages historiques de grande importance pour l’historiographie lao de la fin du XVIIIe à la fin du XIXe siècle. Ce sont des chroniques que les historiens n’ont sans doute pas complètement exploitées. Elles donnent des informations liées majoritairement aux événements relatifs au règne de Chao Anu, à la chute de Vientiane et de Muang Phouan et aux déplacements des populations, qui ont inspiré plusieurs études thaïes38. Nous consultons leurs annotations en version lao effectuées par le Comité de Recherche en Littérature de l’Université Nationale.39 34 Kéo Outhoummala, Oulangkhra nithan ; Phra Thep Rattanamoly, Histoire résumée de that Phranom, cf. Bibliographie. 35 Chanh Inthouphilath - Ministère des Cultes, Histoire des stupa et des vat les plus importants et celle de Phra krou Gnot Kéo Phonnesamek ; Phra Thep Rattanamoly - Ministère des cultes, Chao Raja khrou Luang Gnot Kéo Phonnesamek ; Nithan Oulangkhrathat. Cf. Bibliographie. 36 La mission Pavie a effectué une traduction de Nang Kiam Maha Tévi (Camadevivamsa) dans les Etudes diverses. Les mémoires de Lefèvre-Pontalis, L’invasion thaïe en Indochine, se basent également sur les chroniques locales. Dans Documents sur l’histoire politique et religieuse du Laos Occidental, Coedès a traduit et analysé deux chroniques : la Camadevivamsa et le Jinakalamalini. Ripaud et Hoshino ont repris certains passages et ont réalisé des interprétations sur d’autres thématiques. Cf. Jean Ripaud, Les gestes de Phaya X’uen ; Tatsuo Hoshino, Pour une histoire médiévale du moyen Mékong. Op, cit. 37 « Jalons pour une histoire du Lan Na avant le XIIIe siècle : une approche ethno-historique », in, Péninsule, A. Doré a analysé plusieurs sources du Lan Na : Chronique de Souvannakhomkham, Chronique de Souvanna Khamdaeng, Chronique de Sinhanati (Singhanavati), Chronique du Maha Thera Fa Bot, Chronique de Lamphun, Chronique de Chiangmai, Chronique de Kengtung, la Camavedivamsa et la Jinakalamalini. H. Rattanavong a revisité la Chronique de Souvannakhomkham en effectuant une reconnaissance de Souvannakhomkham à Muang Tonh Pheung. Cf. Souvannakhomkham bourannasathan hèng sat. Quant à M. Lorrillard, son travail étant appuyé avant tout sur les sources épigraphiques : chroniques, annales, inscriptions et témoignages archéologiques, il a revu un nombre important de chroniques du Nord et les a surtout confrontées du point de vue des écritures et sous l’angle de la philologie. In : « Souvannakhomkham ou Chiang Saen rive gauche ? » ; « Ecritures et histoire : le cas du Laos », cf. Bibiographie. 38 Thavath Pounothork, Pheun Vieng : études historiques et culturelles Issane, Bangkok, Université Thammasat, 1983 (en thaï) ; Bang-On Piyaphanh, Histoire des populations lao dans les colonies intérieures au début de l’époque Rattanakosinh, thèse de doctorat de lettres, département de l’histoire de l’Asie du Sud-est, Université Silapakorne, 1986 (en Thaï). 39 Pheun Vieng de l’époque de Chao Anu, Comité de Recherche : langue et littérature lao, Département des Lettres de l’UNL, éd. Hongphim Suksa, Vientiane, 2004 ; Pavatsat Muang Phouan, K. Vongkhottratana, 1952 ; Khab Muang Phouan, Comité de Recherche : langue et littérature lao, Département des Lettres de l’UNL, Vientiane, 2001.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 15 - Les différentes sources anciennes ont contribué à l’élaboration de certaines de nos hypothèses, du moins elles ont participé à la pertinence de l’élaboration de certains de nos questionnements qui tentent de trouver des éléments de réponse dans les travaux de terrain. Par exemple en confrontant certaines données du Nithan Khun Bourom et du Thao Hung Thao Tch’ueng cela a permis d’élaborer des hypothèses sur la personnalité de Thao Hung, notamment de l’historiser et de le mettre en parallèle avec l’origine de certains muang. Les travaux de terrain (interview) ont permis de suggérer que le terme Mèng qui désigne Thao Tch’ueng (le personnage central du Thao Hung Thao Tch’ueng) ne se réfère pas forcément aux Môns et aux Khmers, mais éventuellement aux Tai, c’est-à-dire aux Tai mèng (Tai muang, qui veut dire, ceux qui détenaient les muang.) Présentation et lecture Nous avons constitué une annexe afin d’apporter des informations supplémentaires et de faciliter la lecture de l’ensemble de notre recherche. L’annexe 1 contient la bibliographie, les références et les sources. Concernant les références historiques, mes recherches s’appuient sur les travaux des chercheurs contemporains qui avaient pu accéder aux manuscrits historiques anciens. Du moins, si les documents qu’ils consultaient n’étaient pas des originaux, ils ont été recopiés par des scribes et traduits. Pour ma part, les ouvrages originaux anciens rédigés tant en langues étrangères (en Chinois et en Vietnamien) qu’en Tham lao n’ont pas été consultés, pour des problèmes de langue et d’accessibilité. Par contre, j’ai pu consulter les extraits des ouvrages en Lao ancien, en Lao moderne et en Thaï. Etant des anciennes publications leur consultation complète est aujourd’hui parfois difficile, voire inaccessible, certaines d’entre elles –auxquelles les auteurs faisaient référence, ont été perdues. Concernant les auteurs qui ont eu accès aux manuscrits originaux et aux inscriptions, ce sont d’abord les auteurs lao qui ont édité des ouvrages en langue lao. Il y a notamment Sila Viravong, Tiao Khamman Vongkotrattana, Oukham Phomvongsa ; ensuite, ce sont les auteurs étrangers (laophone ou non) qui n’ont pas édité des ouvrages en Lao mais en langues étrangères. Il y a notamment Francis Garnier, Auguste Pavie, Etienne Aymonier, Louis Finot, George Coedès, Charles Archaimbault, Tatsuo Hoshino, Lefèvre Pontalis, et le plus récent, Michel Lorrillard. Ces auteurs ont généralement recours aux traducteurs locaux. Etant donné l’anonymat des traducteurs des anciennes traductions dont nous ne connaissons pas les compétences pour certains textes, nous nous réservons le droit de suggérer quelques critiques, si pour certaines réflexions les auteurs peuvent se contredire suite aux traductions. Par ailleurs, il est à signaler que les mêmes sources manuscrites peuvent posséder plusieurs versions. Les contradictions ou les erratas éventuels peuvent exister dans différentes versions dues à ceux qui étaient en charge de recopier les manuscrits. Ces derniers ont parfois modifié le contenu des manuscrits, ce qui peut brouiller les données et les interprétations ultérieures des historiens. Il faut noter que les auteurs français consultent davantage les inscriptions et procèdent à leur traduction en français, après les avoir fait traduire en lao, notamment en ce qui concerne Auguste Pavie, Louis Finot et M. Lorrillard. Ce qui n’est pas le cas des auteurs Lao. Ces derniers donnent plus la priorité aux manuscrits. Les références bibliographiques sont organisées en trois groupes. Le premier concerne les études des manuscrits anciens tels que le Nithan Khun Bourom, ainsi que diverses inscriptions, des ouvrages translitérés, traduits ou annotés à partir des anciens manuscrits originaux. Le deuxième ce sont des ouvrages portant sur le Laos et les pays d’Asie et la région du Mékong (Thaïlande, Vietnam, Cambodge, Birmanie, Chine), le troisième, des ouvrages généraux. Toutes les références sont classées par nom d’auteur, pour les références d’auteurs anonymes, elles sont classées par leur titre. L’annexe 2 comporte des enquêtes de terrain de trois types. Les enquêtes de terrain sans interview ni questionnaires consistent à mener un travail d’observation sur un lieu donné afin de réaliser un relevé ou afin d’évaluer par exemple la fréquentation d’un lieu. Les recueils oraux basés sur des interviews à partir des sujets lancés au départ d’une discussion et enfin les enquêtes basées Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 16 - sur des questionnaires. Pour la citation des références, lorsque nous avons l’autorisation des personnes interviewées, leur nom figure dans la liste, dans le cas contraire, seul le sujet d’interview sera indiqué, et seront mentionnés soit le statut social, le métier et les occupations, soit une simple mention montrant le lien de pertinence entre le sujet et la personne interrogée. L’annexe 3 comporte l’adoption de certains mots et des noms propres, et le lexique des termes vernaculaires. Compte tenu de leur vulgarisation dans deux territoires de langues communes ou proches, mais dont la prononciation, l’écriture et le sens diffèrent, il est nécessaire d’adopter une écriture pour les termes vernaculaires utilisés dans cette recherche afin d’éviter les contresens. Pour les termes ne trouvant pas de correspondance appropriée en français, nous les gardons en lao dans le texte. En ce cas, ils sont traduits dans le lexique qui fait l’objet de l’annexe 4. Pour les termes d’origine pali et sanskrite, se déclinant différemment en Thaïlande et au Laos, nous adoptons le plus souvent l’étymologie pali à cause de la dominance de cette langue dans le lao contemporain. Par exemple nous adoptons plutôt Dhamma (Pl) que Dharma (Sk) et utilisons principalement le Lexique étymologique Lao pali-sanskrit de Bounthanh Sinavong.40 L’annexe 5 comporte les acronymes et les sigles qui sont uniquement en français et en anglais, ou phonétiquement en lao. L’annexe 6 comporte la liste des illustrations : tables et organigrammes (Tab.), photographies, photographies aériennes, plans, cartes et autres documents graphiques (Fig.) Les illustrations sont classées par ordre numérique, placées en fin de chaque partie. L’annexe 7 est une chronologie de l’histoire politique du Laos avec des dates repères de l’Asie du Sud-Est. Elle commence au moment de la scission du Lane Xang en 1707 et se termine en 2008, le moment où nous arrêtons d’effectuer nos travaux de terrain. Nous pensons que les événements autour de 1707 ont joué un rôle important dans l’aire géographique que nous étudions et ont eu des conséquences sur la configuration de l’espace contemporain.41 L’annexe 8 comporte des données ethnographiques du Laos, l’annexe 9, l’évolution administrative et politique ainsi que les programmes de la coopération internationale de la RDPL et enfin, l’annexe 10, la table des matières détaillée permettant un meilleur repérage du contenu du texte. Articulation des thèmes et concepts mobilisés dans le contexte particulier du Laos Rappelons que nous faisons trois hypothèses principales. Premièrement, les recompositions contemporaines des villes, leurs dynamiques d’intégration ou de résistance, ont été influencées par l’effet négatif de l’altération des fonctions spatiales et symboliques. Deuxièmement, l’altération des potentialités de permanence et d’adaptabilité des éléments fondateurs ainsi que celle des fonctions spatiales et symboliques des villes a ses racines plongées dans les années 1975-1980. Celles-ci constituent alors une période charnière. Troisièmement, les bases fondatrices des habitats anciens étaient porteuses des facteurs de permanence et d’adaptabilité spatiale qui permettaient un développement endogène et une idiosyncrasie spatiale des villes avant 1975. Ces trois hypothèses mettent en évidence le mécanisme de la transition entre deux périodes : période de permanence où les trames historiques héritées de la fondation étaient intrinsèques au processus de constitution et d’évolution des villes, et période de rupture où celles-ci ont été fragilisées et altérées telles que nous les connaissons aujourd’hui. Comment s’est opéré ce moment de transition ; comment cette transition a-t-elle mis à l’épreuve les facteurs de permanence et d’adaptabilité que possédaient encore indéniablement jusqu’au début des années 1970 les habitats 40 Bounthan Sinavong, Lexique étymologique lao pali-sanskrit, éd. SADDA, 2007. 41 Les chronologies proposées dans : le Phongsavadan lao de Sila Viravong ; l’Histoire des peuples lao de Sithoui Souvannasi ; Le Lane Xang avant la colonisation française de Thongsavat Phraseuth ; Historical dictionary of Laos de Martin Stuart-Fox. En ce qui concerne la vérification des dates d’événements des dix dernières années, Vientiane maï et Le Rénovateur ont été utiles.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 17 - anciens au Laos ? Par quel processus ont-ils été fragilisés ? Telles sont les questions auxquelles nous tenterons de répondre. Le concept de fondation des villes que nous utilisons se rapproche des travaux d’analyse des villes européennes de Pierre Lavedan. L’historien de la ville distingue d’un côté « les villes artificielles, créées en un jour par la volonté d’un homme » ou ville planifiée et, de l’autre, « les villes spontanées, nées du hasard et qui grandissent peu à peu ». 42 Pour notre approche des habitats lao, nous combinerons ces deux catégories. Car ces deux catégories entrent en jeu dans la constitution et dans le développement des villes laotiennes, et ne peuvent pas être dissociées comme deux processus indépendants. Dans les deux cas, ce sont les pratiques de l’espace qui sont les facteurs dominants, qui encadrent leur devenir et qui les font, ou non, perdurer. Il faut aussi expliquer la particularité du concept de ville planifiée dans le contexte des habitats lao anciens. En Europe, les “villes planifiées” sont concrètement représentées par des plans (documents graphiques, maquettes.) et inscrites dans des politiques, accompagnant la grande époque des théories de l’architecture et de la ville, remontant à l’Antiquité mais développées surtout à la Renaissance.43 A contrario, pour les rares villes laotiennes anciennes, aucun plan témoignant d’une planification ni aucun texte théorique n’a été retrouvé. La forme actuelle de la ville lü de Muang Sing, par exemple, suggère pourtant qu’une logique de planification a présidé à son édification, comme en témoignent la morphologie et l’organisation de la ville elle-même avec son enceinte en terre, ses trames quadrillées, ses îlots et ses parcelles bien délimités mais pas entièrement occupées. Cependant, notre enquête sur place porte à croire que le plan de Muang Sing n’aurait pas été « dessiné » comme on l’aurait volontiers pensé. Nous n’avons trouvé aucun plan sur place, alors que les Siamois auraient retrouvé un plan ancien à la fin du XIXe siècle, et celui-ci leur aurait servi pour dresser le plan de 1889-1890. Dans d’autres cas, alors que la planification paraît physiquement absente et que la ville semble se développer de manière spontanée, les données historiques suggèrent au contraire qu’il y avait eu une intention de planification du pouvoir royal, mais celle-ci fut dépourvue de représentation graphique. A Vientiane par exemple, il a été implicitement indiqué que « des populations ont été installées et des constructions ont été commanditées » 44 au moment où Sethathirat édifia la capitale. Dans les deux cas de figure, l’absence de plan conduit à penser que si ces villes ne possédaient pas de représentation et de plans, elles furent probablement le fruit d’un travail de planification. C’est ce que nous essayons de comprendre. Il convient alors de définir ce que pouvait couvrir un travail de planification à l’époque de l’édification de Vientiane. Il fallait entendre par « planification », une succession de projets à bâtir et des ensembles de populations à installer, sur un espace donné ou décrivant un espace, selon les règles de l’art et selon les bonnes augures (croyances) et conduites par une ou des idées communes émanant de la volonté du souverain et des grands du royaume. Pour saisir le processus de constitution des habitats lao anciens, nous développons une approche autre que celle conçue par la culture urbaine européenne qui, comme nous l’avons souligné, a développé depuis l’Antiquité un savoir relatif à la représentation de la ville, sa conceptualisation et sa théorisation. Ce savoir est devenu un outil de connaissance et un instrument de planification dans le sens où « la ville rentre dans le champ d’un savoir plus fractionné, celui des techniques et des professions ». 45 En l’absence d’un tel savoir dans la culture laotienne, nous nous sommes orientés vers l’histoire en conduisant une lecture analytique de l’organisation politique et de la structure symbolique des espaces. Nous nous sommes intéressés aux rites et rituels de fondation et aux pratiques de l’espace qui ont laissé des empreintes dans la pratique habitante. Les périodes de permanence et de rupture sont abordées ici en terme spatial et non temporel. Si le temps intervient dans la mesure où les caractéristiques spatiales se sont constituées dans la durée, ce sont les caractéristiques spatiales qui constituent notre objet de recherche. La “ période de 42 Pierre Lavedan, Histoire de l’urbanisme, Antiquité, Moyen Age, publié en 1926, H. Laurens. 43 Théorie de l’architecture de la Renaissance à nos jours, éd. Taschen, Italie. 44 Phongsavadan Lao. Op, cit. 45 Marcel Roncayolo, Lecture de la ville, éd. Parenthèses, Marseille 2002.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 18 - permanence ” valorise les éléments de fondation et les trames historiques urbaines, lesquels fonctionnant comme modèle, sont des éléments structurants de son édification et de son avenir, notamment lorsque la ville les intègre dans sa dynamique de renouvellement. Les héritages des fondations anciennes marquent de manière durable la construction spatiale. A contrario, nous parlons de “ période de rupture ” lorsque l’espace de la ville et du territoire n’intègre plus les centres anciens comme élément porteur du renouvellement. Les facteurs d’évolution, de permanence et d’adaptabilité sont multiples ; leur importance varie selon la méthode d’analyse utilisée. Les facteurs d’évolution des villes peuvent être notamment démographiques, économiques ou historiques. Les facteurs de permanence et d’adaptabilité des centres anciens sont régénérés, même au-delà des ruptures, lorsque interviennent des dynamiques de renouvellement urbain. Notamment la réappropriation spatiale par des pratiques habitantes est une des dynamiques urbaines. La réappropriation spatiale montre la capacité de renouvellement et d’adaptabilité des centres anciens aux nouvelles pratiques spatiales. Et lorsque les projets de renouvellement sont réalisés dans la rupture et qu’il n’y a plus de phénomènes d’appropriation dans la pratique spatiale, on est dans une situation de décalage et de rupture avec les éléments fondateurs, la dynamique du renouvellement spatial est alors tarie. Ces notions de rupture et de permanence spatiale sont repérables à plusieurs moments de l’histoire urbaine tant dans les pays européens (notamment au temps de la révolution industrielle et des transports, au temps de la reconstruction) que dans les pays en développement. Dans ces derniers, c’est notamment au cours des trois dernières décennies – des années 1970 au début des années 1990 – que la plupart des villes du Sud-Est asiatique ont connu une période de croissance importante et se sont développées selon une logique à plus grande échelle. Ces villes ont alors dominé les campagnes tout en maintenant, à l’intérieur même des aires urbaines, les structures héritées des quartiers et villages, exacerbées par la différenciation sociale et les disparités économiques. A Bangkok par exemple, les villages et quartiers anciens, dépassés et “ rejetés ” par l’extraterritorialité des réseaux et des grands complexes bâtis (centres commerciaux, malls, condominiums.) se sont décomposés pour se reformer ailleurs, constituant les kampung et les nouveaux villages ; et souvent dans des quartiers insalubres ils ont formé des slums qui ont perduré et finirent par caractériser un type d’habitat urbain à part entière, comme dans de nombreuses villes asiatiques. Organisation de la recherche La recherche est articulée en trois parties. La première donne un aperçu sur la recomposition de l’espace contemporain tout en analysant la place qu’occupent les centres urbains anciens. La deuxième analyse la fondation des habitats lao anciens et les domaines qui participent à leur compréhension. La troisième tente de comprendre rétrospectivement la période de transition des années 1975-1990 qui a été porteuse de rupture. La première partie A partir des années 1990, les villes entrent dans une phase de changement radical à laquelle est consacrée la première partie de la recherche. Les liens avec les principes ayant présidé à leur fondation se fragilisent, certains sont même rompus : les structures du bâti et les trames urbaines historiques, les références spatiales et symboliques, révélées au cours de l’histoire des villes et au cours de leur évolution, commencent à s’estomper. Si les travaux de reconfiguration de la voirie de Vientiane entre le milieu des années 1990 et le début des années 2000 ont mis au jour de nombreux vestiges archéologiques de la ville ancienne, si le récent inventaire du patrimoine architectural et l’étude typologique du bâti46 a permis de mieux comprendre l’évolution des trames urbaines, de sa 46 Les études typologiques et d’inventaire architectural ont été principalement réalisés à Luang Prabang dans le cadre du classement de Luang Prabang au patrimoine mondial de l’Unesco vers 1994, et à Vientiane, lors de la mise en place de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 19 - composition tissulaire et architecturale, ils n’ont cependant pas permis leur protection et leur intégration dans la dynamique de développement urbain d’aujourd’hui. Aussitôt apparus et aussitôt disparus, les vestiges découverts laissent à peine le temps d’entreprendre des fouilles rapides, d’esquisser une compréhension succincte de la structure historique de la ville. Les éléments bâtis, mais aussi l’usage des espaces naturels anciens (défini comme une écologie urbaine) considérés comme mémoires spatiales des villes et de ses pratiques sont démolis chaque jour. La compréhension de la structure historique et humaine de la ville, de son composant écologique, aurait pu devenir un élément décisif dans le devenir de la ville en rétablissant un rapport de complémentarité entre la ville et ses racines historiques. A contrario, nous observons un phénomène de rupture forte avec ses principes fondateurs et avec ses modèles d’évolution accompagnés des potentialités qui leur sont liées. Aussi assistons-nous à un véritable mouvement de déstructuration et recomposition de l’espace urbain, de ses fonctions et de ses acteurs. Vingt années après la période de guerre froide, période durant laquelle certaines villes et certains territoires de la région du Mékong ont connu des retombées économiques de la guerre tout en connaissant une stagnation du développement urbain, et vingt années après la crise pétrolière mondiale de la fin des années 1970, le Laos s’est engagé dans une politique d’ouverture après une décennie de « dictature populaire et de collectivisme ». Les villes, progressivement, se remettent en réseau à l’échelle nationale comme régionale. Même en position périphérique, situation de la majorité des villes laotiennes, nombre d’entre elles connaissent une mutation majeure de leur organisation spatiale qui compromet le rôle structurant des centres historiques et des habitats anciens et de leurs pratiques. Cette mutation remet en question la cohérence et la qualité des tissus urbains, des tissus sociaux et de leurs territoires, souvent plus vulnérables lorsque ces derniers étaient auparavant mis à l’écart de l’urbanisation. Le développement actuel met en présence deux faits contradictoires : d’un côté, le développement, qui induit les démolitions, enlève aux centres anciens leur rôle de structuration interne du tissu urbain, leur espace social et culturel, au nom de la nécessité d’un renouvellement, souvent justifié par le désir de modernité, de fonctionnalité et surtout par l’intérêt pour le foncier. De l’autre, le développement met au jour, suite aux démolitions, des traces matérielles et immatérielles du passé, révélatrices d’usages de l’espace, de fonctions, de modes d’organisation sociale, partie prenante indéniablement de l’identité structurante de ces villes. Pour faire face aux nouvelles dynamiques spatiales qui s’imposent aujourd’hui – d’un côté, l’intégration régionale et la mise en réseau des métropoles, de l’autre la révélation de structures internes récemment mises au jour – l’organisation spatiale des villes est appelée non plus seulement à évoluer mais à se métamorphoser en absence de modèle. Les villes, leurs territoires et leurs sociétés sont en recomposition, et leur devenir traduit l’ambiguïté des politiques de développement. D’un côté, s’affirme une volonté de donner la priorité à un développement conçu de manière irréconciliable avec la conservation des héritages du passé, considérés comme un frein, et de l’autre le désir d’en conserver les traces. Ces volontés contradictoires sont visibles à travers les décisions prises pour mettre en place certains projets urbains qui mettent en péril les héritages du passé. Elles sont aussi exprimées par la mise en place de nombreux dispositifs, tels les décrets, les institutions affairant et les projets se voulant exemplaires relatifs à la conservation du patrimoine. Ces contradictions traduisent sans doute, dans la politique de développement de l’État laotien, une timide tentative d’établir un équilibre, entre « conservations des héritage du passé » et « modernisation, fonctionnalisation », choix de développement très souvent conçus de manière irréconciliable avec la conservation des héritages du passé. Cette tentative d’équilibre aurait pu être une dynamique nouvelle pour la politique de la ville et du territoire ; mais elle manque de l’Atelier du Patrimoine, projet de coopération entre l’ancien Institut des Recherches Urbaines (IRU) et l’Institut Parisien de Recherche : Architecture, Urbanistique, Société (IPRAUS) 1999-2004.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 20 - volontarisme pour être porteuse d’un véritable recadrage. Elle n’a pas pu apporter un regard critique sur la qualité de l’aménagement du territoire conduit par les pays de la région, ce qui jette un doute sur leur devenir immédiat et ultérieur. Aujourd’hui, les projets d’aménagement du territoire et les projets de ville, quel que soit le jugement qualitatif et esthétique que nous pouvons porter, fournissent les premiers éléments d’un constat, les premiers indices sur le rôle et les fonctions des centres et des habitats anciens qui demeurent plus que jamais fragilisés. Depuis la fin des années 1990 et 2000, la ville se déploie, repoussant toujours plus loin ses limites. La première partie de cette recherche tente de comprendre les processus : le rôle des centres anciens dans les recompositions spatiales contemporaines, les ruptures par rapport aux principes fondateurs et l’altération de leurs éléments structurants. Notre objectif est de saisir la place qu’occupe l’espace ancien (fondateur de la ville) dans la ville d’aujourd’hui, aux regards des nouveaux modes de la production et de la gestion urbaine, des politiques d’aménagement du territoire conduites par les pouvoirs publics. Ceci, avec ou sans l’aide des acteurs privés ou des investisseurs étrangers, avec ou sans la mise en réseau des villes à l’échelle régionale. Nous abordons dans cette première partie le devenir contemporain des villes du Laos, le rôle de leurs centres anciens, les nouveaux enjeux spatiaux dans le devenir des sociétés. C’est pour éclaircir ces questions que nous étudions la pratique habitante parallèlement à la planification urbaine. A plus grande échelle nous proposons d’étudier les interactions et leurs résultantes entre le local et le global, entre le réseau et le territoire, entre la disparité de croissance économique des territoires et leur dislocation, entre effets fédérateurs et effets de résistance. Il s’agit de comprendre l’effet de l’intégration régionale sur l’équilibre des écosystèmes urbains des villes, que cet équilibre soit hérité du passé ou nouvellement produit. Deuxième partie Pendant de longues périodes et jusqu’à une époque récente, c’est-à-dire depuis la fondation historique du Lane Xang vers le milieu du XIVe siècle jusqu’aux années 1970, les habitats et les territoires anciens ont connu des évolutions lentes et constantes malgré des évènements historiques forts ayant rythmé la région (guerre avec le Daï Viet, occupation birmane, occupations et guerres siamoises, constructions coloniales, etc.). Ces aires culturelles lao, identifiées autour de la composante ethnolinguistique des populations tai, situées entre la partie occidentale du plateau de Khorat et la chaine annamitique, entre Chiangmai et Dien Bien Phu, entre Jinghong (Xieng Hung) au nord et Strung Treng au sud, ont été repérées dès le début du second millénaire. Elles se sont différenciées du point de vue politique vers le XIIIe -XIVe siècle autour d’importants centres de peuplement au Sipsong Phanh Na, au Lan Na et au Lane Xang. Le Sipsong Phanh Na et le Lan Na, fondés bien avant l’unification du Lane Xang, se sont ensuite, au XIVe et XVIIe siècles, culturellement rapprochés du Lane Xang, partageant avec lui nombre de traits culturels et politiques. Nous entendons ici par aire culturelle, un ou des territoires partageant des traits de culture commune. Ce concept, défini par la sociologie des années 1960 et 1970, est fondé sur le principe de relativité culturelle, « moins axée sur l’universel que centrée sur le singulier, tantôt assimilée à la totalité sociale, tantôt associée à une communauté nationale ou à une collectivité régionale, la culture a été soumise […] à des descriptions ethnologiques ». De même, l’espace que nous abordons est soumis à des « descriptions ethnologiques ». 47 La composition de cette aire culturelle lao peut être étudiée à partir de thèmes qui ne touchent pas directement la question spatiale et territoriale. Citons sans exhaustivité quelques travaux significatifs. En ethnomusicologie par exemple, on note les travaux de C. Charon-Baix bien qu’ils n’aient pas délimité de manière précise l’aire de diffusion du Lam lao (chant incantatoire) et 47 Dictionnaire de la pensée sociologique, culture et civilisation, sous la direction de Massimo Borlandi, Raymond Boudon, Mohamed Cherkaoui, Bernard Valade, éd. Puf, Paris 2005.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 21 - les pratiques du Molam-Mokhrèn (incantateur et souffleur de l’orgue à bouche) qui recouvre tout de même un vaste ensemble allant de la vallée Moyenne et du Haut Mékong, au Nord et au Nord-est de la Thaïlande.48 Les travaux en sciences politiques, notamment ceux de Daralat Méthanikanonh,49 quant à eux, définissent cette aire culturelle à partir des mouvements socio-politiques en pays Issan les rapprochant du mouvement politique au Laos, en réaction vis-à-vis du pouvoir de Bangkok durant la première moitié du XXe siècle. Florissants et ouverts ou retranchés et sans dynamique selon les périodes, certaines villes et territoires laotiens conservent aujourd’hui la trace matérielle et immatérielle de leurs structures anciennes. Giovanoni et Lavedan parleraient en Europe de la persistance structurelle et tissulaire.50 Certaines autres villes et autres territoires laotiens, au contraire, connaissent des dynamiques de changement pouvant conduire à des ruptures fortes. En effet, trois processus de développement de ville d’aujourd’hui nous intéressent. Mais notons que les différents processus que nous allons citer sont souvent à l’œuvre dans un même lieu, c’est alors leur tendance globale que nous abordons. La première concerne des territoires qui tendent à acquérir une certaine dynamique notamment du point de vue économique, démographique et de production urbaine. Ces territoires sont en voie d’intégration à l’échelle régionale plus rapide que les autres, en suivant ou non le processus d’harmonisation économique transnationale. La deuxième concerne des territoires en marge, des villes mortes, tels, les sites archéologiques ou les villes qui se développent avec difficulté. La troisième concerne les villes qui se cristallisent dans une vision patrimoniale. Elles connaissent un processus de recyclage,51 engendré par le développement de la fonction touristique monofonctionnelle. Les dynamiques de rupture intervenant dans l’évolution de ces villes ont provoqué une déstructuration des espaces urbains, voire leur destruction, différenciant fortement leurs destins. Mais malgré tout et jusqu’au début des années 1990, ces villes laotiennes ont conservé leurs identités fondées sur les principes de leur fondation. Les facteurs d’évolution, qu’ils soient endogènes ou exogènes, n’ont pas causé de grands bouleversements ni entravé la matrice qui les a fondées, même si la période 1975-1990 a altéré la dynamique urbaine par le ralentissement des constructions et par un changement de fonction de certains espaces urbains. Les villes, possédant les caractéristiques les plus anciennes, ont continué à évoluer en préservant les bases de leur fondation ancienne (centres historiques ou simples occupations anciennes, trames urbaines, structures géographiques et paysagères, espaces anthropiques) et leurs pratiques et représentations (rituels, croyances et symboles liés à l’espace). Les pratiques habitantes et la culture liée à la pratique de l’espace (les rituels et les types d’occupations spatiales qui leur sont liés) ont créé une sorte de symbiose entre le mode d’organisation sociale et la structure de l’espace habité elle-même (tissu urbain, espace bâti). Ce fait peut être constaté aussi bien dans les sites monumentaux que dans les lieux de la quotidienneté. Les conceptions et les pratiques de l’espace liées aux principes fondateurs et structurants ont donné aux formes urbaines des villes et des territoires une propension à se transformer selon certaines 48 Catherine Charon-Baix. Cf. Bibliographie. Molam, s,]e (Mo : guérisseur ; lam : chant) guérisseur par le chant. Mokhrèn (Khrèn : orgue à bouche) souffleur d’orgue à bouche, ou guérisseur par le khrèn. 49 Dalalat Methanikhanonh, La politique des deux berges du Mékong, cf. Bibliographie. 50 Lavedan conçoit qu’il existe « la loi de la permanence du plan (dans la forme et dans l’évolution urbaine) », in. Histoire de l’urbanisme, Paris 1926. Fortement influencé par Lavedan, Giovannoni prône l’idée que « […] Dans les villes anciennes, la loi de la persistance du plan se voit en effet très fréquemment, si non toujours confirmé. […] Ce fait […] nous permet de nous faire une idée du type des parties de la ville pour lesquelles l’histoire demeure une réalité urbaine. […] », in. L’urbanisme face aux villes anciennes, éd. du Seuil, 1998. 51 Le recyclage urbain est ici emprunté au concept tiré de l’écologie des systèmes urbains. Le territoire étant totalement intégré dans un système spatial (que ce territoire soit occupé ou vide, bâti ou non) attribué de fonctions, pour préserver l’écosystème et protéger les “ territoires intégrés et pourvus de fonctions ”, qu’ils soient en état de nature ou pas, tous territoires intégrés s’ils doivent acquérir de nouveaux statuts et fonctions passeront nécessairement par un recyclage. Le recyclage permet de renouveler les fonctions dans le contexte de mutations urbaines en cours de réalisation. La protection et la restauration du patrimoine peut en ce sens faire partie du recyclage spatial.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 22 - modalités. Cette transformation et cette mutation, combinant persistance spatiale et adaptabilité spatiale, sont de type endogène assurant aux villes et territoires un certain équilibre dans un temps long. La deuxième partie de cette thèse est fondée sur l’hypothèse d’une évolution endogène et idiosyncratique des villes et des territoires laotiens dans le temps, combinant capacité de permanence et potentiel d’adaptabilité spatiale. Elle s’attachera à analyser les caractéristiques principales (persistance et adaptabilité spatiale) qui font l’équilibre des implantations laotiennes, que l’on peut retrouver dans leur rapport à l’environnement et à l’eau, leur mode d’inscription dans un site, leur ressort symbolique et leurs valeurs esthétiques. Seront étudiées les différentes empreintes (traces) matérielles et immatérielles, tels les rites religieux, les fonctions spatiales, les pratiques sociales et politiques, les pratiques culturelles. Ainsi, l’analyse des modes de gestion du foncier, des actes et des rituels de fondation permettra de caractériser les dimensions historiques et théoriques du modèle fondateur et des évolutions des habitats lao anciens. Troisième partie La fragilisation des centres anciens n’est pas due uniquement au développement accéléré, ni seulement aux interactions avec les métropoles par la mise en réseau régional, ils traduisent aussi des évolutions endogènes des sociétés locales. Dès les années 1975-1980, le redéploiement politique en même temps que le redéploiement des fonctions idéologiques de l’espace et les tentatives de création de villes nouvelles ont joué un rôle majeur dans la reconsidération des habitats anciens. Pourtant, ce fut une période dépourvue de développement urbain important, contrairement aux villes thaïlandaises de la rive occidentale du Mékong. Durant cette période, même si les vestiges historiques n’ont pas été menacés dans leur matérialité, le concept de centres anciens –voire le concept de la ville elle-même– a perdu sa pertinence. Non seulement l’identité historique des villes elle-même a été méconnue, mais la ville en tant qu’entité a aussi été ignorée, voire reniée, leur rôle de matrice structurante et identitaire oublié. Sans centre historique ni référence à des principes fondateurs, les acteurs – collectifs et individuels – ont occupé l’espace en se référant à un projet idéologique éloigné des expériences acquises et du vécu social et esthétique liés aux espaces portés par l’histoire des centres historiques. La période entre 1975 et 1990 correspond à une transition entre la période où les villes évoluent en s’appuyant sur leurs matrices de fondation et celle où elles connaissent de profondes recompositions. Ce temps de transition est analysé rétrospectivement dans la troisième partie de la recherche. Ces quinze années sont celles de la “ société nouvelle sans la ville ”, “ la ville décomposée ”, “ la ville absente ”. Cette situation est notamment marquée par la ruralisation de la ville et de ses habitants. Cela aboutit à partir des années 2000 à des recompositions non maîtrisées du fait du redéploiement de la fonction idéologique de l’espace. Les centres historiques et les habitats anciens sont recomposés, sous l’effet des bouleversements fonciers et de l’éclatement des structures spatiales. On assiste en effet à l’émergence de nouvelles politiques urbaines et foncières, de nouvelles pratiques résidentielles, commerciales, sociales et religieuses. Cela induit aujourd’hui de nouveaux et nombreux questionnements sur la transformation de la ville. La centralité urbaine (centre, péricentre, périurbanisation), les flux migratoires, les investissements étrangers, le rapport à l’environnement, par exemple, sont les champs d’application de ces questionnements. Nous décelons une fragilité accentuée des occupations anciennes, une plus grande difficulté à soulever la question de protection des centres historiques, ainsi qu’une difficulté à redéfinir l’identité spatiale et sociale de la ville, vue de l’angle d’un développement urbain harmonieux et durable. Cette troisième partie tente d’analyser de manière rétrospective les années 1970 et 1980, comme période porteuse d’éléments d’altération non seulement des espaces anciens, mais aussi du concept même de ville qui se répercute sur la gestion et la production de l’espace d’aujourd’hui, dont nous venons de soulever les difficultés.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 23 - Le plan de la recherche qui ne suit pas un ordre chronologique mais qui place la période intermédiaire de transition en troisième partie, correspond à un raisonnement non linéaire. Nous considérons la première partie qui analyse l’espace contemporain et qui met en évidence des faits entrant en collision ou étant en décalage par rapport à la connaissance spatiale exposée dans la seconde partie de la recherche. Les fondements spatiaux, les modes d’usage et de production, la pérennité et le renouvellement des savoirs et des pratiques inscrits dans l’espace et dans les usages hérités – qui persistent encore de manière fragile et fragmentée dans les espaces et les habitats anciens, semblent aujourd’hui se désolidariser de la réalité. Pour cela, nous interrogeons l’espace hérité en question, en nous plongeant dans l’histoire comme une introduction à la connaissance de l’espace et à la culture spatiale lao et ses fondements, sans laquelle la lecture de l’espace urbain et culturel de la période actuelle menée dans la première partie de notre recherche ne peut être pertinente. En interrogeant les facteurs extérieurs intervenus avec le déploiement spatial et économique dû à la régionalisation, les éléments de réponses ne peuvent justifier le décalage constaté entre les leçons du passé et la réalité spatiale d’aujourd’hui. Ce constat conduit à rechercher en-deçà des facteurs extérieurs. Un regard introspectif porté sur la culture spatiale locale et une critique rétrospective des bouleversements politiques et socioéconomiques internes ont permis de déceler les éléments porteurs de rupture avec les données du passé. Ceci est exprimé dans la troisième partie de la recherche. L’organisation de la recherche poursuit ainsi ce raisonnement et cette argumentation. Elle n’est pas linéaire ni chronologique. Entrées thématiques privilégiées pour l’étude des trois périodes distinctes Les éléments relatifs à l‘évolution de la ville, son histoire, ses cultures et ses modèles, sont empruntés à plusieurs champs de recherche. Nous indiquons ici les thèmes qui explicitent le fait que cette recherche peut être abordée de manière thématique. Analyse morphologique et typologique L’approche typologique adaptée aux villes laotiennes s’appuie sur les travaux d’analyse morphologique. Celle-ci a été développée au croisement de plusieurs disciplines. Explorée par Camillo Sitte vers la fin du XIXe siècle, l’étude typologique et morphologique s’est développée ensuite avec Lavedan et Giovannoni dans les 1930 et 1940. Nous empruntons surtout leurs théories sur la persistance du plan structurel et tissulaire pour reconstituer notre compréhension des formes des établissements anciens dont l’histoire et les traces formelles archéologiques font défaut. A partir des années 1960 (avec les géographes de l’école allemande et anglaise) la géographie –composition du site et répartition des hommes– a participé à l’analyse morphologique et à la description des formes de villes que nous étudions. Les noms d’architectes, d’historiens et d’historiens de l’architecture comme Huet, Bergeron, Pinon, Benevolo, Giedion, et Choay apparaissent majeurs. Ils ont surtout développé la corrélation forte, existant entre bâti et parcellaire, entre sol et architecture. Leurs travaux composent notre référence lorsque nous analysons et évaluons l’importance de la culture des sols et de la politique de gestion foncière dans la restructuration du bâti et dans la transition urbaine et économique. Enfin, les analyses typologiques ont surtout été le fait des architectes et des urbanistes comme notamment Benevolo, Muratori et Aymonino, J. Castex, J. Ch. Depaule et Ph. Panerai et aussi, J. Bastié, et G. Chabot.52 Notre travail d’analyse des villes s’est beaucoup appuyé sur ces travaux théoriques et méthodologiques. Cependant, étant donné que ces travaux ont été davantage développés pour des villes européennes denses et constituées, les méthodologies montrent leurs limites pour les villes sud-est asiatiques dont la morphologie et les modes de composition et de développement sont différents. Nous avons dû également nous référer à l’analyse de la pratique habitante vernaculaire, à l’analyse des symboles –que ce soit à partir de l’anthropologie sociale ou de l’histoire des religions– 52 Benevolo, Histoire de la ville. Cf. bibliographie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 24 - et aux approches des géographes pour comprendre le rapport de l’habitat et de ses pratiques par rapport au territoire et aux données géographiques. Certaines formes urbaines peuvent renvoyer à des systèmes de valeurs qui échappent aux paramètres habituels de l’analyse morphologique. Nous avons pris ainsi connaissance des études orientalistes, des travaux d’anthropologie et des savoirs vernaculaires des ethnosciences. Par exemple, pour la lecture du plan en damier d’une ville ancienne –Muang Sing, fait inhabituel et exceptionnel au Laos dont l’ensemble morphologique est presque totalement organique, nous nous remettons à la pensée indienne et tantriste, et également aux analyses des villes chinoises.53 Ainsi, pour approfondir nos analyses et adapter les outils à nos lieux d’étude, nous avons dû élaborer notre propre méthodologie. Les études typologiques et morphologiques ont dû être reformulées autrement, voire, réinventées. Les vocabulaires et les composants architecturaux, les gabarits et les matériaux, la hiérarchisation des fonctions et des espaces, le sens et le symbolisme des formes et des lieux, leur considération et leur représentation, qui sont propres aux espaces que nous étudions, nous obligent à déterminer et à élaborer de nouvelles typologies des formes architecturales, paysagères et urbaines.54 Notamment en architecture : dans une spécificité d’usage et de production de l’habitat, dans une particularité du symbolique de l’espace habité, de nouvelles typologies ont dû être définies, par exemple lorsque nous dénommons la maison lao pagnuk pour désigner un type d’habitation dérivée de la maison lao ancienne. Ou, en ce qui concerne les typologies des implantations urbaines, la spécificité morphologique et politique des établissements lao nous oblige à formuler des définitions de la ville ou de l’établissement lao à partir des définitions historiques vernaculaires du muang (système de gouvernance), du xieng (ville, cité), du ban (village) et du khoum (quartier). La persistance du plan Evoquée par Giovanoni et théorisée par Lavedan, « la persistance du plan » et des tissus est issue de la réflexion portée aux villes anciennes qui conçoit que « l’histoire demeure une réalité urbaine » pour l’une ou les parties de la ville. Giovannoni compare les édifices et les espaces urbains des quartiers anciens aux arbres d’un bois : « Qu’ils (les arbres) meurent de vieillesse ou sous les coups de la hache, les nouvelles pousses naîtront des mêmes souches, selon la même configuration que leurs ancêtres. Il en va de même des maisons : on les rénove, on les transforme, on les reconstruit, mais leur disposition s’écarte rarement du plan urbain primitif, dont la trame se maintient au cours des développements successifs et nous révèle son style originel, qu’il soit né spontanément ou suivant un plan délibéré ». Dans notre travail, la “ persistance du plan ” a été utilisée pour analyser la permanence des bases anciennes des villes lao en particulier celle des armatures anciennes qui ont accompagné l’organisation symbolique des villes. Nous pouvons également renvoyer aux travaux entrepris par les historiens tels que Roncayolo et Lepetit, notamment. Le Monumental générateur Notre approche de la production des monuments religieux (tels les stupas) comme bâtis générateurs d’unités urbaines durables (villages, petites villes, unités de peuplement) et de domaines (terres, exploitations, personnes corvéables) provient d’une interprétation que l’on pourrait faire à partir des inscriptions affectées à certains monuments. Ces inscriptions semblent suggérer qu’il pouvait avoir un processus de constitution des corps de métier lors de la construction des 53 Clément P., en collaboration avec Péchenart E., Clément-Charpentier S., Les capitales chinoises. Leur nodèle et leur site, Département d’Architecture comparée - IFA – SRA, 1983, cf. Bibliographie. 54 Dans le cadre des travaux d’inventaire de l’Atelier du Patrimoine entre 1999 et 2004, j’avais formulé de nouvelles typologies ainsi qu’une méthodologie adaptée au contexte, notamment en effectuant une conception architeturale à l’envers : décomposer les composants architecturaux afin d’identifier et classer leur forme, leur processus de formation, leur évolution. Cf. Les rapports de présentation, les fiches d’inventaire, les analyses de l’architecture, du paysage et des tissus urbains de Vientiane ; Chayphet Sayarath, Vientiane portrait d’une ville en mutation, cf. Bibliographie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 25 - monuments, et un processus de circulation et d’échanges de savoir-faire entre les différents monuments commandités par le pouvoir souverain. Des unités urbaines et villageoises auraient également été issues de la production de ces monuments générateurs. Tel est notre hypothèse en étant redevables aux travaux épigraphiques de M. Lorrillard sur le monument du That Luang.55 L’analyse du vocabulaire architectural des monuments relevant de notre formation d’architecte nous amène aussi à formuler l’hypothèse de l’existence des ordres architecturaux véhiculés pour la construction des stupas dans une région imprégnée par le bouddhisme du petit véhicule. Comme pour la construction des cathédrales en Europe, l’existence des vocabulaires architecturaux des stupas, communs à toute l’Asie du Sud-Est continentale bouddhiste, aurait donné lieu à la circulation et à la transmission des savoir-faire techniques, des connaissances et des références à des canons esthétiques formalisant des ordres architecturaux communs. La ruralisation de la ville, le collectivisme de la production Pour analyser l’évolution et le développement des villes du Laos contemporain, la recherche a aussi pris en compte l’analyse marxiste-léniniste de l’histoire sociale et économique, prégnante dans le discours politique, et des nouvelles théories de la gouvernance politique, c’est-à-dire du fonctionnement des systèmes de pouvoir. La politique urbaine et le fonctionnement du système de pouvoir Les décisions prises aujourd’hui dans les questions de la politique urbaine expriment une contradiction entre la stratégie urbaine menée par les instances politiques décisionnelles fondée sur des prérogatives d’intérêts dits nationaux, plus ou moins variables, et les programmes de développement et de gestion urbaine menés par les instances techniques (responsable des opérations) suivant une planification donnée. Ces contradictions renvoient souvent au système de pouvoir qui distingue le pouvoir central et le pouvoir local. Deux sources historiques semblent aujourd’hui expliquer l’ambiguïté du partage de ces compétences. D’un côté, le passé colonial de l’administration française semble jouer encore un rôle significatif dans la manière très nette et bipolaire des compétences, entre le pouvoir local (le pouvoir décentralisé) et le pouvoir central (le pouvoir concentré), sans qu’il y ait une passation graduelle des responsabilités, du central au local. Et de l’autre au contraire, le droit coutumier montre que le passage entre les deux pouvoirs était graduel. Le pouvoir local exprimait les intérêts locaux, lesquels rencontrent aux échelles supérieures les prérogatives et les intérêts nationaux, de telles sortes que ces intérêts, locaux et nationaux, se retrouvaient graduellement réalisés de manière commune et harmonieuse. La distinction entre pouvoir local et pouvoir central qui semble caractériser l’administration laotienne aujourd’hui semble reprendre davantage le modèle de l’organisation de l’administration française que celui du système traditionnel. L’administration coutumière prône plutôt une hiérarchisation de l’échelle du pouvoir, du bas vers le haut et du haut vers le bas, tout en privilégiant une structure locale forte (au sens de la base sociale forte), caractérisant la forme même de la société nationale. L’équilibre spatial produit de relations entre homme/ culture/ nature Les utopistes d’avant-garde, notamment Ebennazir Howard, ont développé le concept des cités-jardins, où les villes ont intégré la nature comme garant d’une qualité de vie. Analogiquement la loi coutumière et les traditions vernaculaires, fondées sur la culture du végétal et sur le rythme des saisons, ont ouvert des pistes de lecture de l’équilibre spatial que l’homme a su créer entre lui et la nature. Ces références conduisent à mobiliser aussi la pensée postmoderne de l’écologie urbaine d’aujourd’hui comme un élément nouveau, mais qui apparaît cependant endogène à la culture locale existant et caractérisant les habitats lao. 55 Michel Lorrillard, « Les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao », BEFEO, 2003-2004. 90-01.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 26 - L’idée de villes et d’occupations anciennes ayant perdu leur fonction, leur capacité de renouvellement, en d’autre terme leur continuité S’il y a une particularité des villes lao par rapport aux processus généraux d’évolution des villes, elle tient au fait qu’elles n’ont pas connu une période d’industrialisation comme la majorité des villes. La théorie de ville industrielle et bourgeoise –selon la conception marxiste– qu’il a fallu “ rendre au peuple ” n’a pas de pertinence au Laos, autant la ruralisation de ses villes, en particulier celle de la capitale, était tout à fait hétérotopique. Car c’est en Europe que l’utopie des cités-jardins et des cités ouvrières avait un sens. Et c’est à Cuba que la ceinture verte, afin d’instaurer la ville productive et rurale contre la ville bourgeoise oisive et capitaliste, avait une raison historique d’exister. L’idée du recyclage spatial L’idée de recyclage spatial peut se présenter sous deux phénomènes. Le premier concerne le territoire patrimonialisé et le second, la fin des territoires à explorer. De certains points de vue, les villes laotiennes témoignent aujourd’hui d’un double processus. D’abord, on constate que la cristallisation patrimoniale de Luang Prabang induit une muséification de la partie la plus centrale de la ville. S’en suit la relégation en périphérie ou à l’extérieur, des habitants du centre et l’afflux des touristes et des activités de services pour les accueillir. Ensuite, dans le cas contraire, les centres anciens sont souvent considérés comme obsolètes du point de vue des infrastructures : réseaux viaires et assainissement périmés. Ils ne sont plus conçus comme des espaces structurants et deviennent des handicaps pour la modernisation de la ville. En ce cas, le choix du développement urbain sacrifie souvent le centre ancien et son cadre paysager et patrimonial : démolition des bâtiments anciens, changements de gabarit et d’échelle des constructions et des quartiers en montant en hauteur et en démembrant ou remembrant les parcelles, en minéralisant les espaces naturels, établissant alors de nouveaux rapports à l’environnement et aux paysages urbains. Ces deux types d’interventions, communs à d’autres pays, représentent le recyclage spatial intérieur. Ils sont tous deux bien connus au Laos et remettent en cause plus fortement qu’ailleurs, le rôle, voire l’existence, des centres anciens. La fin des territoires à explorer, induisant comme second phénomène le recyclage spatial, peut être illustrée par quelques faits révélateurs. Le territoire laotien doit être considéré comme entièrement occupé et exploré, dans le sens où chaque territoire a fait l’objet d’attribution de fonction. Même lorsque ces territoires sont inhabités et inexploités, ils font quand même partie intégrante du territoire, politiquement et humainement constitué et approprié. Lorsque les territoires urbains ou ruraux s’étendent et entament les parties “ vides ”, ils ne font qu’être affectés par des fonctions nouvelles. Ainsi lorsque la ville entame par son développement les étendues de rizières et de forêts qui gravitent autour, elle recycle en fait ces milieux ruraux en réserves urbaines. De même lorsque les territoires ruraux reculent et “ défrichent ” la forêt, ils ne font que transformer les espaces déjà connus comme lieu d’approvisionnement. En ce sens les espaces à explorer n’existent plus en tant que tels, toute transformation en milieu constitué est un recyclage, quel que soit le degré d’occupation et de transformation humaine préexistant de ce milieu. Villes successives et ville rompue La ville rompue serait caractérisée par l’absence de la reconnaissance d’identités locales spatialisées à l’échelle de quartier, l’absence de prise en compte des aménagements hérités marqueurs de l’histoire urbaine, soulignant la continuité comme la rupture. La standardisation des réseaux viaires, en particulier dans les villes secondaires, qui produit le processus d’étalement urbain efface peu à peu l’identification du local. Au contraire, la prise en compte des composants hérités serait le propre des villes successives. Elle permet de préserver une différenciation entre quartiers anciens et quartiers nouveaux.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 27 - La réinvention de la ville La réinvention de la ville serait portée par l’apport de nouvelles fonctions spatiales et des nouveaux cadres administratifs. A Vientiane, il y a un débat sur l’organisation administrative et la gestion urbaine entre une municipalité en projet et l’existence des quatre districts, produits historiques du processus de reproduction urbaine et d’une ancienne échelle de l’administration territoriale, le muang. Aujourd’hui, cet échelon est remis en question pour la modernisation de la gouvernance urbaine, ne trouvant plus sa place entre le pouvoir local du ban et le pouvoir déconcentré de la préfecture qui est en passe de devenir peut-être un pouvoir décentralisé espéré dans la forme de la municipalité. La persistance des pratiques spatiales des habitants Cette notion s’est appuyée sur les travaux en anthropologie de l’espace et sur la pensée symbolique, notamment les travaux de Mircea Eliade sur le symbolisme du Centre. Nous empruntons cette vision symbolique pour explorer le fait que la pratique cultuelle du Centre qui est liée à la consécration d’une fondation et d’un établissement perdure dans l’espace et dans la pratique habitante, même si la forme peut parfois évoluer. Ceci permet d’imaginer ce qui peut rester des formes spatiales selon la capacité des pratiques habitantes à décrire des espaces. La rivalité entre deux processus urbains en cours : sinisation et viêtnamisation L’idée de dualité sino-vietnamienne au sein de la politique laotienne est utilisée ici, non pas en tant qu’outil d’analyse de la géopolitique, mais dans l’optique d’en comprendre le processus spatial. Des faits historiques sont inévitables à comparer avec la politique coloniale, entreprise pour la « colonisation annamite du Laos » et également avec l’intégration régionale mise à l’œuvre au travers de l’Association des Nations de l’Asie du Sud-Est (ANASE) et de la Région du Grand Mékong (RGM). Si les processus ne sont pas les mêmes, dans les deux cas, les faits ne semblent ni nouveaux ni inédits. La particularité de la ville nouvelle au Laos Evoquons à titre illustratif la généralité avant d’aborder le contexte particulier de ville nouvelle laotienne. Rappelons que historiquement la conception de ville nouvelle en Europe est dérivée de deux types de concept. Le premier est né de la pensée utopiste de la fin du XIXe siècle, et le second plus récent de la société de consommation et de la période post moderne. Au Laos, la catégorie de villes nouvelles que le gouvernement voulait créer dans les années 1980 appartient au courant de la pensée utopiste. Mais elle est issue d’une utopie politique et non pas de l’utopie spatiale et sociale avant-gardiste. L’une des principales caractéristiques de ces villes nouvelles est la volonté du pouvoir politique laotien d’affirmer le « brassage culturel et ethnique du peuple laotien ». Cette utopie produit un déracinement de l’histoire et de la culture urbaine, les villes nouvelles étant considérées comme dépourvues de racines sociales et d’histoire. Si du point de vue politique cette conception semble entrer en osmose avec l’idéologie mise en place dans les premières années du régime, dans la réalité, elle apparaît totalement infondée. Et paradoxalement, aucune mention formelle et conceptuelle de l’espace n’est faite de ces villes nouvelles, qui sont de fait la reconstruction des villes après leur destruction par la guerre, sur le même site ou sur un nouveau site, comme Muang Xai, Phonsavan ou Saravane. Elles traduisent bien les conceptions idéologiques dépourvues de concept spatial et de connaissances historiques et des réalités urbaines du pouvoir laotien. Lorsque la population considère un aménagement comme villes nouvelles, elle désigne en réalité l’aménagement des nouveaux quartiers. La référence idéologique renvoie aux besoins bien réels de produire de l’espace supplémentaire pour la ville, bien que ces nouveaux quartiers ne s’articulent que difficilement avec l’existant. Il n’y a pas ou plus de reproductions de la ville proprement dite, car les nouveaux quartiers n’ont ni centre ni identité. C’est souvent dans un second temps, après les cinq premières années ou beaucoup plus qu’apparaissent les lieux dotés de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 28 - centralités, à travers les pratiques de l’espace autour d’un monastère ou d’un marché. Les marchés, situés souvent au bord d’axes structurants, semblent être le seul lien qui relie ces nouveaux quartiers à la ville. C’est le cas des nouveaux quartiers de la banlieue de Vientiane (zones Nong Teng et Thongpong) et sur les routes périphériques (Ban Nong Bouathong, Nong Ping, sur la grande route entre Nong Bunk et Dong Dok.) L’idée d’une nouvelle capitale a effleuré à plusieurs reprises les responsables politiques, mais n’a pas pu prendre forme. Il y a eu le projet de ville nouvelle à Viengkham, à une cinquantaine de kilomètres de Vientiane, mais il a finalement accueilli seulement le complexe administratif du chef-lieu de la province. Il était également question de construire une capitale administrative à Thang-Ngone (à 25 km au bord de la Nam Ngum au nord de Vientiane) qui serait la ville jumelle de la capitale. Mais à l’heure actuelle, les équipements lourds sont programmés ailleurs, plutôt à l’est le long de la route de Paksane. Le rêve des autorités laotiennes s’est révélé irréalisable, à la différence du pouvoir birman qui a réalisé sa nouvelle capitale. Même si sur le plan politique, ils relèvent d’un même mode de pensée, la différence provenant du rapport très contrasté du pouvoir politique, ces projets de capitale nouvelle ont peu de points communs avec leurs homologues de Cambera pour l’Australie, ou de Berlin pour l’Allemagne unifiée. Le patrimoine comme instrument ou comme objet autonome La conception du patrimoine et les champs de connaissances qui en sont issus sont redevables à la période après la Révolution française. Il s’agissait à la fois des travaux scientifiques et de la manipulation idéologique. Scientifique, parce qu’il fallait connaître, identifier, classifier, inventorier le patrimoine national face aux dégâts matériels de la Révolution. En cela, en tant que discipline et structures précurseurs méthodologiques et en tant qu’idéologie, les Inventaires des Monuments Historiques en France constituent un savoir de référence qui seront « exportés » dans le monde, aussi bien occidental qu’asiatique. Le patrimoine comme objet instrumental traduit un ethnocentrisme culturel bien plus mobilisé en Asie, dans les pays qui ont connu la colonisation, qu’en Europe. Le patrimoine est alors une arme des peuples colonisés contre la conception qui se veut « civilisatrice » de la colonisation, d’où leur argumentation : « je possède déjà ma civilisation, mon histoire, ma religion, attestée et matérialisée par la richesse de mon patrimoine… La mission civilisatrice pour justifier la colonisation cache en réalité la domination et le contrôle des richesses et des territoires colonisés ».56 La culture et le patrimoine sont pour le colonisé une arme pour attaquer à la racine l’idéologie coloniale. Cependant, ce nouveau champ disciplinaire mobilisant l’archéologie et l’anthropologie est né en Europe, a été peu développé chez ceux qui le revendiquent aujourd’hui dans le contexte de la décolonisation. D’où ce paradoxe, lié à la transmission du patrimoine d’être traité le plus souvent comme un objet autonome et non comme instrument idéologique anticolonial. Non totalement dénuée d’arrière-pensée idéologique, l’autonomie du patrimoine comme objet à étudier, se retrouve dans la conception lao où ce dualisme existe, et souvent, le patrimoine instrumental tend à monopoliser les actions de la politique patrimoniale laotienne. 56 Phrase qui revient comme un leit motiv des nationalistes des pays colonisés. Son objectif est d’attaquer le concept “civilisateur” de la colonisation.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 29 - Première Partie La mutation des centres historiques et des établissements anciens. Décomposition, recomposition, recyclage Etapes et processus A partir des années 1995 et plus intensément après l’année 2000 les territoires des villes dans leur ensemble entament une période de mutation avec des nouvelles données spatiales éclatées, sans modèle, ni référence. Les villes semblent dès lors s’engager dans un processus de recomposition spatiale difficile à maîtriser, dépassant tant les compétences des institutions responsables que les questions posées jusqu’alors dans le cadre de la politique de la ville. Les centres qu’ils soient anciens ou non sont difficiles à identifier. Les territoires urbains sont sans cesse à redélimiter et à redéfinir. Cela suscite des questions. Effectivement si depuis 1995 et 2000 la ville se déploie et se recompose, recherchant une limite et une définition plus appropriée –et sans doute nouvelle– remettant en question les facteurs de permanence et d’adaptabilité spatiaux que possédaient les centres historiques et les occupations anciennes, n’assistons-nous pas au phénomène d’altération spatiale, fonctionnelle et symbolique de ces centres, voire, de la ville elle-même ? L’altération de ces centres aurait-elle un rapport avec la recomposition des limites ou avec la redéfinition de la ville elle-même ? Et ceci, conjugué au fait que les espaces vierges et inexplorés ne sont plus approchés en tant que tel, mais en tant qu’espace et territoires à recycler, dont la dynamique serait née de l’interactivité avec l’extérieur à travers le système de réseau et de territoire ? Il apparaît aujourd’hui que la visibilité des territoires se pose surtout en termes d’aires spatiales, et non plus seulement en termes de limites, fondées sur les facteurs économiques et urbains avec un pôle plus ou moins important dans chaque aire. Cette visibilité devient plus marquante alors que la question de limites devient plus floue. En d’autre terme, c’est à travers le système de pôles et de réseaux que les territoires d’aujourd’hui existent ou du moins sont appréhendés, quelle que soit la nature de ces pôles : dominant, émergeant, déclinant ou marginalisant. Bien que les facteurs culturels d’une aire héritée de l’histoire et survivant de leurs propres évolutions ne soient pas inexistants, en combinant avec les facteurs politiques et économiques complexes et globalisants d’aujourd’hui, la mutation spatiale d’une aire s’opère selon la force des pôles dominants ou des réseaux de fonctions économiques sous leurs différents processus, et aboutissant à des formes variées. Cette mutation résume, comme nous allons le voir, le passage de la ville traditionnelle à la ville moderne à l’oeuvre : c’est-à-dire, du passage des limites aux réseaux, aux aires et aux pôles d’attraction. Il est alors essentiel de comprendre comment ces pôles se manifestent-ils, sous quelles formes agissent-ils sur les centres ou sur les implantations anciennes. Avec le déploiement des aires urbaines régionales, les centres et les implantations anciennes du territoire de l’ancien Laos connaissent des destins parfois très divergents. En comparaison aux autres villes et territoires de la région, certaines d’entre elles vont rester des villes traditionnelles, d’autres des villes en marge, et d’autres encore des territoires émergents en passe de rejoindre les Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 30 - réseaux des métropoles de l’Asie du Sud-est continentale. Les unes en se soustrayant et les autres en s’accrochant aux réseaux de développement ou aux aires urbaines fédératrices. Dès lors, il est à constater que dans la manière de s’intégrer ou non dans un réseau, la manière d’émerger, ou au contraire, de s’exclure et de se marginaliser, les questions d’internationalisation des fonctionnalités, des échelles et des modèles spatiaux se posent alors à toutes les villes. Bien que ces questionnements, proprement contemporains, se posent aussi ailleurs qu’au Laos, le cas laotien est révélateur d’une histoire urbaine singulière. L’évolution du territoire lao a connu des formes particulières par rapport aux autres territoires de la région qui se sont développés à travers les réseaux de métropoles ou d’aires urbanisées. Beaucoup de villes industrialisées et urbanisées en Occident et en Asie même ont connu un processus de développement semblable, dont la description peut être schématisée par des étapes successives. D’abord, les villes étaient marquées par le rapport dichotomique entre le rural et l’urbain. Puis elles étaient passées sous l’emprise de l’hégémonie urbaine, réduisant les identités locales des territoires au profit d’une seule identité dominante, celle de l’urbain, et entrainant à cette occasion la disparition du rapport dichotomique urbain/rural de départ pour passer à l’étape suivante de la domination complète de l’urbain. L’opposition ou la dichotomie entre le rural et l’urbain peut être considérée ici comme “ l’étape Un ” de l’évolution du territoire urbain, l’hégémonie urbaine comme “ l’étape Deux ”, et la domination urbaine comme “ l’étape Trois ”. Ou bien alors, ce rapport dichotomique peut évoluer autrement : du rapport dichotomique l’urbain et le rural peuvent ainsi devenir complémentaires.57 Différente du schéma simplifié que nous venons d’esquisser, la constitution du territoire au Laos est peu marquée par ces formes d’évolution qui sont quasi communes à la grande majorité des grands territoires urbains existant dans le monde. Effectivement, alors que l’idée de la dichotomie urbain/rural développée par Karl Marx et d’autres penseurs marxisants,58 ainsi que l’idée de la domination urbaine développée par Fernand Braudel59 furent un passage difficile pendant un temps pour la culture spatiale européenne héritée du XIXe siècle industriel, ainsi que de celle des grands territoires urbains en Asie du Sud-est et du Sud-est continental (faits encore d’actualité), la complémentarité –et non le continuum– entre la ville et la campagne devient une expression spatiale inédite des territoires laotiens. Dans le sens où ceux-ci n’ont connu ni le phénomène dichotomique, ni l’hégémonie et ni la domination urbaine. Les territoires laotiens passent en fait à “ l’étape Quatre ” sans jamais avoir connu “ l’étape Un ”, “ l’étape Deux ” et “ l’étape Trois ”. Ceci, malgré le fait que l’intégration de certains d’entre eux dans l’hégémonie des aires urbaines et économiques de la région de l’Asie du Sud-est soit à l’œuvre. La forme d’évolution spatiale à l’œuvre au Laos semble ainsi constituer une spécificité. Ceci, parce qu’elle est différente de l’idée du “ continuum ” entre monde urbain et monde rural qui caractérise beaucoup de villes européennes, analysée par Henri Lefebvre dans les années 1960.60 D’après lui, celle-ci donne la perception d’une 57 La complémentarité entre l’urbain et le rural peut être ici considérée comme “ l’étape Quatre ”. La complémentarité entre la cité et la campagne n’est pas propre au territoire post moderne : chez les Antiques (les Grecs) il n’y a pas de dichotomie, les deux lieux sont perçus comme complémentaires. Cf, Platon, La République. 58 Marx considère que la dichotomie urbain/rural est corollaire à l’opposition de classes. Elle trouve une explication dans son analyse de la ville en rapport avec le capital. La ville industrielle est le produit de la bourgeoisie et du capital. Il est le lieu de pathologie sociale, engendrée par le rapport de production du système capitaliste, induisant la naissance de la classe prolétarienne. Bien que cette classe soit un groupe historique nouvel elle n’en est pas moins l’avatar de la classe paysanne venue de la campagne pour nourrir la ville et enrichir la capitale par sa force de travail, en s’aliénant. L’espace de l’urbain et de la campagne ne peut être alors que dichotomique. In., L’idéologie allemande, cf. Bibliographie. 59 La domination urbaine selon Braudel se traduit non seulement du point de vue politique, administratif et juridique (concentration des décisions et des services) mais surtout par une surconsommation financière et économique, une exploitation démographique des campagnes. « Avant tout une ville, c’est une domination. Et ce qui compte pour la définir, pour la jauger, c’est sa capacité de commandement, l’espace où elle exerce ». In. L’identité de la France. Espace et Histoire. Cf, Bibliographie. 60 Comme la complémentarité urbain-rural, le continuum peut être aussi considéré ici comme “ l’étape Quatre ”. En d’autre terme, ce sont deux étapes qui peuvent être contemporaines, voire, partager le même territoire, même si le continuum et la complémentarité ne produisent pas le même rapport à l’espace. Pour Henri Lefebvre la mutation historique de la société ne peut aller que vers la société urbaine généralisée ; la ville s’impose comme “ objet à penser ”, il défend “ le droit de penser la ville ” comme “ le droit à vivre la ville ”. In. Le Droit à la ville. Cf. Bibliographie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 31 - urbanisation et d’une modernisation générale et complète de la société, touchant à la fois monde urbain et monde rural que connaissent habituellement les villes européennes et certaines grandes villes asiatiques ; alors que la forme d’évolution spatiale au Laos, qui illustre la complémentarité entre ville et campagne, semble faire plutôt transparaître une autre réalité où le “ continuum ” entre l’urbain et le rural –s’il existe ou s’il peut être ainsi défini– est à aborder en terme d’écosystème spatial. Si nous pouvons parler de modèle de forme spatiale, le modèle lao marqué par “ l’étape Quatre ”, à défaut de continuer à structurer l’espace dans le contexte moderne d’aujourd’hui en tant que modèle, en devient un élément de résistance. La complémentarité ville-campagne prise comme un ensemble d’écosystèmes spatial constituerait aujourd’hui à la fois l’outil de développement de la ville durable et l’outil de son analyse. C’est un révélateur qui interroge l’avenir des villes et de leurs empreintes écologiques, et qui pose aussi diverses conditions pour un maintien cohérent de la société humaine de demain. Et c’est précisément dans le champ de cette résistance que s’est souvent révélée la place des établissements anciens. Pour comprendre comment un modèle de forme spatiale peut-il demeurer un élément structurant ou comment peut-il devenir un élément de résistance, avant de disparaître, au cours des transformations récentes de la ville, nous cherchons à examiner l’évolution et la mutation de la ville et les facteurs qui y ont contribué. Nous analysons comment les phénomènes d’émergence et de recomposition, de recyclage et de disparition des établissements et des espaces anciens ainsi que leur composants majeurs –qui sont les espaces naturels et le milieu rural– constituent-ils l’un des résultants des résistances spatiales ? Comment la recomposition de l’espace d’aujourd’hui est-elle formulée et maîtrisée ? Dans le premier chapitre, il s’agit de comprendre le contexte et les conditions dans lesquels les changements spatiaux ont pu s’opérer. Il faut rappeler que c’est avec la réforme économique de 1986 –induisant diverses retombées d’ordre politique, économique et institutionnel– que les formes et les espaces urbains ont pu connaître une importante transformation. Nous abordons, dans le second chapitre, l’évolution et la mutation à l’œuvre de la ville ellemême et les facteurs qui y ont contribué. Nous examinons en fait la question d’émergence, de constitution et de recomposition de la ville et du territoire, faits qui se produisent souvent par recyclage ou altération pure et simple des lieux et des fonctions des établissements et des espaces existants, et très peu par leur requalification durable. Ce qui constitue l’une des formes de résistance de certains espaces avant leur disparition. Enfin, nous décrivons et analysons dans le troisième chapitre comment la constitution et la recomposition de l’espace à l’œuvre, aujourd’hui, sont-elles formulées et maîtrisées, en particulier eu égard à la question des centres et des établissements anciens ? Autrement dit, quelle intégration, quel sens donne-t-on à la ville aujourd’hui ?Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 32 - CHAPITRE I. Le rôle de la réforme de 1986 dans la mutation spatiale Rappel du contexte La bifurcation idéologique de la RDP Lao, corollaire à la chute des régimes du bloc socialiste d’Europe, s’est concrétisée par la réforme entamée lors du IVe Congrès du Parti Populaire Révolutionnaire Lao (PPRL). Le rôle de la réforme économique mise en place en 1986 et ses retombées ont permis l’ouverture d’une ère spatiale nouvelle. La réforme a joué un rôle majeur dans l’accélération de la mutation de l’espace, après près de vingt années d’inertie, entre la prise de pouvoir par le PPRL en 1975 et le moment où la réforme commençait à porter ses fruits à partir du milieu des années 1990. Les changements ont été bien visibles sur le plan économique, alors que sur le plan politique le système demeure caractérisé par un conservatisme, avec un relâchement de contrôle mesuré dans certains domaines, et au contraire, un contrôle encore sévère dans d’autres. Malgré cela, c’est grâce aux retombées de cette réforme qu’un grand changement a pu s’opérer dans son ensemble. Nous allons privilégier deux domaines d’observation –qui vont faire l’objet de ce chapitre– pour comprendre les retombées et le rôle majeur de la réforme dans la mutation spatiale. D’abord, il s’agit d’examiner les points les plus significatifs de la réforme, comme les enjeux politiques et économiques, porteurs des changements. Il s’agit de voir ensuite ce que les points les plus significatifs de la réforme ont révélé dans le contexte spatial existant et ce qu’ils ont induit comme nouvelles formes ou dispositifs spatiaux, notamment à travers le phénomène de marginalisation et d’émergence des territoires. I. I. La réforme, un enjeu majeur pour le régime L’un des composants des enjeux politiques et économiques, ici, a été le choix de la réforme portée par le gouvernement de la RDP Lao, ce facteur dominant ayant présidé à l’évolution spatiale. Le grand chapitre de la réforme économique interne qu’il faut retenir comme majeur dans la mutation spatiale, c’est la régulation foncière. Mais les retombées n’étaient pas seulement dues aux ressorts de la réforme économique interne du pays, mais aussi aux contextes économiques locaux et régionaux. Les points les plus caractéristiques de la réforme ont été le passage de la production collectiviste – installée peu après, la prise de pouvoir par le PPRL en 1975 (Cf. 3e partie.) – à la production privée, et de l’étatisation foncière à la reconnaissance de la propriété privée. Donc sur le plan interne, le grand pas en avant de la politique de l’État laotien a été d’avoir rendu la terre à la population et d’avoir reconnu la propriété privée et sa jouissance, d’une part, et d’autre part d’accorder à la population la liberté de tenir commerce. Sur le plan externe, le grand mérite a été d’avoir entrouvert le pays au marché extérieur : permettre officiellement l’importation de produits ainsi que les opérations bancaires et monétaires, autoriser certaines activités commerciales jusque-là interdites, accorder plus de libertés aux sociétés mixtes, etc. Un autre mérite, contraint par l’effondrement du bloc socialiste, a été d’avoir tisser de nouveaux liens avec l’Occident et les organisations internationales, ce qui a permis l’émanation des aides internationales. Ainsi, le grand enjeu politique a été “ d’aller jusqu’au bout d’une logique ” : commencer à faire du Laos un Etat de droit, notamment en effaçant peu à peu au pays l’image d’un Etat de fait et de dictature prolétarienne au regard de la communauté internationale. Dans cette logique, après la promulgation de la Constitution en 1991, s’en est suivie progressivement la rédaction de lois et décrets. Les différents dispositifs pris par l’État laotien devaient créer les conditions permettant l’ouverture du Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 33 - pays. Ainsi, le Laos a pu s’introduire peu à peu dans la dynamique politique et économique locale et régionale et bénéficier peu à peu des retombées de cette ouverture. I. I. a. Les retombées de la réforme liées à la dynamique économique locale et régionale Les retombées de la réforme et de la dynamique économique régionale ont commencé à être visibles vers 1994. Bien que dans le contexte interne cette visibilité s’apparentait à un rattrapage des retards et des carences éprouvées durant les années de collectivisme, la réforme interne conjuguée avec le dynamisme régional a déclenché un véritable changement à l’intérieur du pays. Cette période de rattrapage a duré plus d’une décennie avant que les carences et les retards dans certains secteurs et domaines ne soient comblés. Nous dressons ici, de manière non-exhaustive, les principales retombées de l’ouverture avant 1994, exprimées dans la colonne centrale. Les retombées étaient possibles grâces à deux effets conjoints : 1-la réforme (exposés dans la colonne de gauche), 2-les dynamiques régionales (exposées dans la colonne de droite.) La Réforme : points, secteurs et domaines, du début des années 1980 au début de 1990 Les retombées de la Réforme interne et de la dynamique régionale Les points explicitant la dynamique régionale - 1979 : Constat des difficultés économiques et reconnaissance des problèmes liés au système. Le parti admet la nécessité de réajustement et de l’ouverture du régime. - Plan de 3 ans, 6 points de réforme (1) - Les mouvements de fuite de la population, commencés dès 1975, s’accentuent entre 1977 et 1979, en particulier en ce qui concerne les ruraux. - L’importation active par le marché noir des produits de consommation, très, contredit l’idée d’autosuffisance, pointant l’absurdité de la collectivisation du secteur agricole. - Intensification des aides internationales aux réfugiés en Thaïlande. -2e Réforme agraire en 1979-1980 (2) - De nouveau, les Laotiens commencent à pouvoir cultiver individuellement leur terre, la production collective est peu à peu abandonnée. - La population continue à fuir en masse au courant des années 1980-1981. - Intensification des relations entre le Laos, le Cambodge et le Viêtnam - Rupture idéologique avec la Chine, considérée comme traître par rapport à la révolution marxiste-léniniste. - Autorisation du secteur privé et suppression du système de distribution par l’État (3). - Les projets d’aide et de coopération internationale deviennent plus nombreux. - Les petits commerces se montent localement ; meilleure circulation interne des produits de consommation. - Les organisations internationales venant en aide aux camps de réfugiés, s’intéressent de plus près au Laos. -1e Plan quinquennal (1981-1985). On peut citer les 10 points les plus importants. (4) - La fuite de la population vers la Thaïlande se ralentit, après avoir été intense en 1980-81. - La présence des organisations internationales, ONU, OMS, BAD, implique l’assistance au Laos : Japon, Suède, Pays-Bas, Australie. - Autorisation de la circulation des biens, des hommes ainsi que des échanges (5) - Les produits thaïs, déjà très présents dans le pays, malgré le conflit et l’embargo, s’imposent de plus en plus. -1984 : Conflit thaï-lao à Ban Hom Kao (province de Sayabouri). - Vers 1983, à l’approche de la grande réforme de 1986, premières purges des membres dissidents du gouvernement. - Les cadres formés en Occident sont nommés aux postes de responsabilités (6) - Les jeunes cadres nommés envoient leurs enfants à l‘étranger, aidés par leur famille de réfugiés installés en Occident. - Amélioration des ressources humaines dans l’administration publique. - 3e réforme agraire vers 1985 (7) - La fuite des paysans vers l’étranger s’arrête presque totalement : la RDPL effectue le 1e recensement de la population. - Initiative individuelle plus grande dans l’exploitation agricole. - 1985, début de la perestroïka en URSS et en l’Europe de l’Est. - Dès 1985, la surveillance des cultes bouddhiques est relâchée - Retour des rites religieux jusque-là interdits - L’organisation religieuse devient plus autonome, mais doit être en conformité avec l’UBL et la directive de l’État et du parti. - Reconnaissance complète de la propriété privée. - Les Laotiens sont redevenus propriétaires de leurs biens fonciers. - 2e Plan quinquennal, 1986-1990. - Les efforts pour réaliser les 10 principaux points annoncés. - Les aides internationales affluent dans le pays. - Adoption de la Nouvelle Mécanique Économique. - Les familles et clans politiques entrent dans le monde des affaires avec l’étranger. - Autorisation plus importante à la libre entreprise. - Intégration du Laos dans l’économie régionale. -1988 : Mise en place du droit des - Installation des entreprises de fonds Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 34 - contrats, des successions, de la création d’entreprise, des taxes. - Ouverture du marché laotien aux investisseurs étrangers. - Loi sur les investissements étrangers. d’investissement étrangers ; la présence des étrangers occidentaux devient plus visible. - On évoque le manque d’indépendance du Laos vis-à-vis du Viêtnam. - La diaspora commence à revenir au pays en nombre limité. - 1988, le Viêtnam annonce le retrait de ses troupes de la RDPL. - Opération d’assainissement du système monétaire. -1988 : fin du conflit de Ban Hom Kao, avec la Thaïlande. (8) - Détente cordiale entre la Thaïlande et la RDPL. - Échanges économiques et diplomatiques fructueux entre la Thaïlande et la RDPL. -1e visite de la Princesse Sirindhorn de Thaïlande ; visite du ministre thaï des Affaires étrangères au Laos. Visite du Président de la RDPL en Thaïlande. - Des investisseurs thaïs s’installent au Laos. -1991 : 1e Constitution de la RDPL. - Annonce du plan de privatisation de certaines entreprises d’État. (9) - La revitalisation des centres urbains devient visible. - Les données statistiques sont fournies par les organismes internationaux à partir de 1991. -L’Assemblée populaire devient, en 1991, l’Assemblée nationale. La RDPL réalise sa 1e élection des représentants de l’Assemblée en 1992 - Mise en place de la loi sur les réformes économiques - 1992 : reprise des relations diplomatiques entre les États-Unis et la RDPL. - La BAD crée la Région du Grand Mékong (RGM ou GMS.) - Mouvement de contestation des étudiants laotiens de l’Europe de l’Est contre le gouvernement de la RDPL. Ils demandent des aides à la diaspora laotienne et l’asile politique en Occident. - Le libéralisme et la démocratie touchent les étudiants laotiens des pays de l’Est et l’intelligentsia à l’intérieur du pays. Début des mouvements de contestation interne : - Emprisonnement des dissidents favorables à la démocratie. -Beaucoup d’étudiants laotiens contestataires en Europe de l’Est ne retournent plus au pays - La perestroïka triomphe en Europe. La chute du mur de Berlin. - Vers 1992 : 1er appel discret du gouvernement de la RDPL à la diaspora, brève tentative de lui rendre les biens fonciers qui lui ont été confisqués. (10) - De nombreux Laotiens de la diaspora retournent au Laos pour de courtes visites. (1). Lors du VIIe Congrès du CCP, quelques points ont été retenus comme les problèmes qui entravent la marche vers le socialisme. En 1979, le 7e congrès avait effectué une mini réforme, 7 ans ans avant la grande réforme. Parmi les directives du parti, il y a le plan de trois ans (1978-1980) avec six principaux points : 1- restructurer le domaine et le système de production de base. 2- favoriser le secteur commercial intérieur et la circulation des produits. 3- développer les secteurs éducatif, culturel, santé, information. 4- améliorer l’économie en liaison avec le système de production et de gestion socialiste. 5- en liaison avec les points précédents, améliorer le niveau de vie de la population tout en développant les travaux collectifs et la propriété collective. 6 - effectuer des recherches afin d’identifier les ressources du pays. Préparer le plan quinquennal 1981-1986. (2) En ce qui concerne le domaine agraire, signalons que la première réforme fut réalisée en 1978 lors des plans de trois ans, avec le programme de coopérative agricole. Notons que le collectivisme de production, notamment l’élevage à l’échelle familiale, a déjà été mis en place dès 1976 : chaque foyer était obligé de déclarer ce qu’il possédait comme animaux d’élevage, leur consommation privée était soumise à l’autorisation du comité populaire du village.61 (3) Cf., la résolution N°7. Tickets de rationnement et bons d’achat des magasins d’État commencèrent à être supprimés. (4) Référence aux 10 points du plan quinquennal.62 (5) Il s’agit, par exemple, de la suppression des documents de laissez-passer affectés aux laotiens pour leur circulation dans le pays. Le laissez-passer avait été instauré dès 1976, il était obligatoire dès le déplacement d’un district à un autre. (6) Suite à une « ouverture interne » et à la petite réforme du début des années 1980, où quelques membres du gouvernement ont été arrêtés pour corruption et trafic d’influence, des postes ministériels ont été attribués aux jeunes cadres non-révolutionnaires et formés en Occident, notamment en France. Cf., l’annexe : Liste de la libération des postes et du pouvoir administratif du début des années 1980. Cette liste n’est pas exhaustive, mais donne un aperçu de l’amélioration éventuelle que le gouvernement a pu réaliser par la suite avec l’attribution de ces postes. Parmi les personnes occupant ces nouveaux postes, rares étaient celles qui étaient issues du parti. (7) La 1e réforme (agraire et foncière) étant celle effectuée dans les deux premières années du régime. Celle-ci a connu un échec. La 2e consiste principalement à rendre des terres aux paysans. La 3e marque l’arrêt complet du collectivisme rural. (8) Avant la normalisation, les conflits frontaliers avaient repris en novembre 1987. En janvier 1988, les deux pays s’accordent pour régler les problèmes de frontière. Mais le processus va durer plus de 20 ans. (9) Les militaires n’avaient plus le monopole, en dehors de quelques activités lourdes, notamment l’exploitation des mines et du bois, avec deux grandes sociétés militaires, DAFI et BPKP. (10) Ce dispositif a dû être remis en question l’année suivante. 61 Cf. Page d’histoire de la lutte héroïque du peuple lao, Comité de propagande et de formation politique du CCP, Imprimerie de la RDPL, 46 pp., Vientiane, 1980. 62 Ibid.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 35 - I. I. b. Le rôle de la régulation foncière dans la mutation et la structuration spatiale Situé au cœur des préoccupations de la société laotienne, les réformes, qui touchaient et libéraient la question foncière des contraintes politiques, permettaient d’assouplir les rapports très tendus que le pouvoir avait entretenu avec la population depuis 1975. Bien que quelques actions eussent déjà été entamées en ce sens dès 1979-1980, la réforme de 1986 a donné un élan plus grand à la régulation foncière. La reconnaissance du droit privé des terres a induit la nécessité de régulariser le foncier, lui donnant la possibilité de transaction, et donc de se doter de valeur et de permettre à l’État d’entamer un mécanisme de perception des fonds. La libération foncière a apporté par la même occasion une restructuration du bâti et de l’espace urbain et territorial. Nous allons voir dans la 2e partie de notre recherche que la question de la terre et du droit de la propriété privée était dans les traditions anciennes un symbole de liberté et d’autonomie pour les Lao, symbole qui perdure de nos jours. Nous évoquons ci-dessous les quelques principes concernant les types parcellaires et leur pratique traditionnelle, ainsi que leur implication sur le domaine bâti, afin d’identifier quels changements ont eu lieu dans le foncier entre la pratique traditionnelle et aujourd’hui, après la libération foncière. Mis à part la complexité des acteurs et le développement de la nouvelle programmation (cf. 2e partie) qui ont toujours pris part aux enjeux spatiaux, nous tentons de comprendre à travers la gestion des sols –permise par la reconnaissance du droit privé dans le cadre de la Réforme– comment la régulation foncière et la structuration du bâti qui en sont issues ont-elles achevé un ancien cycle de transformation pour en entamer un nouveau, orientant vers une certaine modernité ? L’espace traditionnel a peu à peu fait place à l’avatar de la ville moderne, plus qu’à la modernité elle-même, ceci, parce que la ville a gardé encore quelques persistances de traces structurelles et tissulaires, aussi bien du point de vue social que spatial, en particulier du côté des pratiques habitantes. Mais rappelons d’abord brièvement, en remontant jusqu’à la période coloniale, ce qui peut caractériser l’ancien cycle concernant le domaine foncier. L’élaboration du cadastre en tant qu’instrument de gestion foncière et base du développement des tissus urbains était née –rappelonsle– avec l’administration coloniale qui dressa en 1912 le premier plan cadastral de Vientiane. 63 Par la suite, deux autres cadastres ont été réalisés, vers 1960 et vers 2000. Ces dates ne sont pas fortuites : la période autour de 1912 correspondait à la première décennie de l’établissement de l’administration coloniale64 ; les années 1960 ont été la première décennie de l’indépendance du pays ; et enfin à partir des années 2000, après la crise asiatique de 1997 et près de quinze ans après la réforme, on assiste à une reprise économique qui favorise fortement l’émergence de la spéculation foncière, entraînant un développement urbain intense et généralisé. Un système de contrôle du sol plus adéquat devenait alors une nécessité pour accompagner l’ouverture du pays à l’économie de marché : doter le territoire d’un plan cadastral pour prendre en compte le bouleversement du patrimoine foncier, lié au rétablissement de la propriété privée et à l’émergence du droit de cession, voire, de la spéculation foncière. Il s’agit dans cette réforme foncière de réveiller les pratiques anciennes qui ont été étouffées pendant près d’une vingtaine d’années durant lesquelles le foncier était sous contrôle de l’État et la spéculation seulement officieusement pratiquée. Le cadastre devait de plus dégager des revenus non négligeables pour le ministère des Finances, même si le mécanisme administratif de perception des taxes était et reste difficile à mettre en place et à faire fonctionner, malgré les aides internationales massives à la bonne gouvernance 63 Il semble qu’un autre plan cadastre de Vientiane a été élaboré avant celui de 1912, mais il n’était sans doute pas abouti. Le plan qui a été utilisé pour le prélèvement des taxes et des impôts a été celui achevé en 1912. L’administration coloniale a réalisé durant la même période le cadastre d’un certain nombre de villes, notamment celui de Luang Prabang. 64 La Résidence Supérieure a été installée à Vientiane en 1900, des services administratifs seront peu à peu constitués.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 36 - dans ce secteur. Ces trois périodes décennales (les années 1912, 1960, 2000) réparties sur un siècle correspondaient à des moments de transformations profondes de la ville et de l’économie, accompagnant les bouleversements spatiaux, sociaux et culturels. La compréhension de la structuration du bâti peut se faire au travers de l’étude du parcellaire à partir des trois cadastres (1912, 1964 et 2002), croisée avec l’étude des typologies d’architecture, des tissus urbains, et avec les conceptions traditionnelles du droit foncier. Elle permet de voir comment le bâti et le tissu urbain se sont-ils constitués et comment la transformation de ceux-ci s’est-elle opérée à travers le parcellaire. Ce faisant, l’étude a surtout éclairé le bouleversement profond de l’habitat lao et de la ville traditionnelle, de révéler comment la “communauté de villages” qui composait les villes laotiennes (et l’usage de l’espace qui en découlait), leur pratique et leur culture, et qui constituait la base de leur conception, cohabite-t-elle encore aujourd’hui avec la gestion contemporaine du foncier qui devient un acquis quasiment incontestable. En introduisant le cadastre, l’administration coloniale montrait clairement que l’approche du tissu urbain par les trames viaires, à l’échelle de l’îlot et ensuite à l’échelle parcellaire, permettait une nette distinction entre la structure coloniale et la structure locale existante sur laquelle l’administration coloniale superposait son plan. Ainsi, l’intervention à la taille de la parcelle avait des implications sur l’identification de l’îlot, du quartier et de la ville toute entière. I. I. b. 1. Un rappel historique : types parcellaires, constitution et transformation du bâti et du tissu urbain Des types parcellaires Nous avons vu que c’est avec l’administration coloniale que le parcellaire, en tant qu’unité de propriété administrable, prenait forme. Quatre catégories de parcelles font écho à des formes bâties, contribuant à définir une rue, un quartier, parfois même une ville. Les parcelles agricoles Il existait trois principaux types de parcelles agricoles dans le milieu urbain, en particulier pour les villes de plaine comme Vientiane, Savannakhet ou Thakhek. Les parcelles occupées par des rizières étaient généralement vastes et en zone basse. Elles enveloppaient la ville, ou parfois formaient des poches enclavées à l’intérieur du périmètre urbain, constituant ainsi une sorte de friches rurales. Dans le cas de Vientiane, la ville enfermait à plusieurs endroits des rizières immergées, à l’intérieur même du petit rempart. Leur disparition date d’à peine dix ans. À Luang Prabang, aujourd’hui la petite péninsule ne possède plus de rizières, mais plutôt des mares. Et dès que nous sortons de la pointe de la péninsule, nous en trouvons tout de suite quelques-unes. Juste avant la transformation récente des rizières urbaines, les activités agricoles étaient souvent déjà abandonnées, elles étaient alors dans une situation intermédiaire : les sols devenaient déjà potentiellement constructibles. De manière générale, qu’elles forment des poches à l’intérieur ou des étendues autour des villes, elles tendent à disparaître au profit d’un étalement urbain. À Vientiane, les parcelles agricoles en bordure du Mékong et dans l’île Done Chanh avaient une forme habituellement allongée, en lanières. L’une des extrémités était en contact direct avec le fleuve afin de satisfaire les activités maraîchères, et l’autre, plus exondée, réservée pour l’aménagement des vergers et parfois pour l’implantation des habitations. Les parcelles agricoles qui longeaient le canal extérieur –voie historiquement navigable et jumelée à l’ancien rempart extérieur de la ville– avaient une forme plus irrégulière, au gré des opportunités offertes par les affaissements de l’ancien rempart, mettant en relation le canal et les terrains adjacents de l’intérieur. Les parcelles bâties En ce qui concerne les parcelles bâties, trois grands types ont été repérés : les grandes parcelles et les parcelles moyennes de formes variées et les parcelles étroites et profondes. Les grandes parcelles contiennent des équipements publics ou des espaces communautaires tels les monastères. Elles ont souvent été formées à partir des remembrements de petites parcelles dont la délimitation était Fig. 2. Planche montrant les principaux types de parcellesDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 37 - imprécise au moment de l’installation de l’administration coloniale. Certaines d’entre elles ont été constituées sur des occupations anciennes qu’étaient les vastes parcelles d’anciens monastères ou d’anciennes résidences de nobles, voire des palais princiers, tombés en déshérence après la mise à sac de la ville en 1828. Ces parcelles constituent aujourd’hui des éléments de repérage et d’identification des quartiers. Aussi reconnaît-on que les équipements tels que l’ambassade de France, l’hôpital Mahosot, le Marché du matin, les ministères de l’Intérieur, de l’Artisanat et de l’Industrie, le Vat That Foun, etc., qui jalonnent la route de Nong Bone depuis la berge remontant vers That Luang, ont été construits sur des anciens monastères qui longeaient le parcours conduisant vers le site le plus sacré de la ville. Ces vastes parcelles offrent à la cité de grands espaces verts, grâce au faible taux d’emprise au sol du bâti qui dépasse rarement 50% de la surface. Les parcelles moyennes sont sans doute les plus stables puisqu’elles persistent dans les quartiers les plus ruraux de la petite enceinte de la ville, dont l’identité est la mieux préservée, moins touchée par des démembrements ou des remembrements. Ce sont des parcelles qui sont profondément marquées par le mode d’habitat plus que par la trace des éléments construits euxmêmes. Dans ce type de parcelle, nous y trouvons le plus souvent des bâtisses isolées : des maisons lao, des maisons lao pagnuk [gInvo]k;xtp5d] et des villas construites ultérieurement. Le taux d’emprise au sol est relativement faible, entre 45% et 55%, laissant souvent le bâti entouré de jardins plus ou moins vastes. Cependant, récemment le taux d’emprise au sol de ces parcelles augmente sans cesse. Une forte densification à l’intérieur des parcelles tend, de fait, à réduire la superficie des espaces verts, sans qu’il y ait véritablement un resserrement urbain organisé. Si les deux types de parcelles précédemment évoquées sont antérieurs à l’installation de l’administration coloniale dans leur forme et dans leurs limites réinvesties, les parcelles étroites et profondes qui apparaissaient au début du XXe siècle sont purement de fabrication coloniale. Elles sont directement issues des besoins de la ville coloniale aussi bien dans leur forme que dans leur usage et leur fonction. Ces parcelles perpendiculaires à la rue sont occupées par une construction qui associe l’habitation aux activités commerciales. Ce sont des compartiments étroits avec des murs de refend mitoyens. Ce type de bâti dénotait un mode de vie nouveau, inconnu jusqu’alors dans les villes lao. Leur fonction prédominante étant le commerce, les occupants vivaient à l’étage et dans la partie de l’arrière-cour se tenait un petit bâtiment de service attenant. Le taux d’emprise au sol était fort élevé, de 85% à 95%, ne ménageant quasiment pas d’espace vert. Les compartiments créaient des fronts de rue continus et apportaient un changement radical au tissu urbain. Ils introduisaient un nouveau mode de vie et d’habitation, bouleversaient le rapport spatial et culturel entre l’habitat et la ville. Plus tard, les compartiments des années 1960 et 1970 seront plus hauts, à R+2, voire à R+3 avec parfois une cour formant une sorte de puits de lumière entre la partie commerciale et la partie de service située en arrière, remplaçant la cour des compartiments coloniaux. Aujourd’hui, les nouveaux compartiments occupent la quasi-totalité des parcelles. La petite cour pavée de la période coloniale ou le puits de lumière des années 1960 disparaissent complètement : on cherche d’abord à gagner et à rentabiliser l’espace sur un minimum de surface. La transformation et la restructuration des parcelles ou la nouvelle parcellisation elle-même ont une influence indéniable sur le système de la voirie. Rappelons que les voies de circulation dans l’espace lao ancien sont physiquement peu formalisées. Si la délimitation est parfois visible, matérialisée par des clôtures et des palissades, c’est seulement pour empêcher les bêtes de s’attaquer aux cultures potagères, et non pas pour empêcher les hommes de circuler, n’ayant pas pour but le cloisonnement entre propriétés.65 En ville autrefois, il y avait effectivement parfois des palanques, des haies, des palissades en bois ou en bambou tressé entre les jardins des habitations et les voies publiques principales. Pour les voies secondaires et les passages en cœur d’îlot, il était aisé de 65 Dans le Rajasat, un article (de jurisprudence) évoque des litiges entre le propriétaire d’un terrain et le propriétaire d’une bête de somme. Il est stipulé que si une bête s’échappe et s’attaque à la culture d’un autre tiers, il y a préjudice. Et son maître doit payer une somme pour réparer le préjudice.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 38 - passer d’un jardin à l’autre : une sorte de consensus et de servitude communautaire était naturellement établie. Lorsque l’administration française a procédé à l’établissement du cadastre, une hiérarchisation des voies a alors été établie. Ainsi, la nouvelle délimitation des parcelles imposait-elle de véritables servitudes et donnait naissance à des voies publiques. Les passages informels et consensuels anciens qui desservaient les parcelles privées et qui reliaient les parcelles intérieures entre elles s’étaient alors transformés en servitude avant de devenir des voies publiques à part entière avec un statut foncier précis, même si des voies n’y ont pas été aménagées sur le coup. Le processus de transformation, étude des cas Les études des cas actuelles permettent de comprendre le processus de transformation des parcelles et leurs résultants : comment ont-elles évolué et comment ont-elles participé à la structuration du tissu urbain ? Les changements ou les bouleversements survenus aux parcellaires sont liés aux démembrements, aux remembrements, à la création et à la restructuration des voies, à certaines défaillances des règles d’urbanisme et au changement de fonction du bâti. Pour les démembrements, il y a trois cas de figure. Lorsqu’il s’agit d’un démembrement classique, une parcelle est scindée en plusieurs sans se soucier si toutes les parcelles étaient, ou pas, accolées à la voie publique.66 Dans le cas où certaines étaient enclavées, des petits passages étaient créés pour permettre l’accès à l’intérieur des îlots. Prenons par exemple le cas du quartier Anou à Vientiane. Construites dans les années 1920, les rues sont en damier et coupées à angle droit, il y a ainsi un certain nombre de passages créés postérieurement à la suite des démembrements des parcelles. Dans un exemple plus récent, un bout de parcelle en bordure de la voie peut être scindé et cédé, comme c’est le cas à Dong Palane. Nous voyons alors apparaître des constructions de type compartiment haut de plusieurs étages, mais sans la profondeur habituelle des compartiments, un immeuble de 5 mètres sur 5 mètres. Dans le même dessein, nous observons une ou plusieurs échoppes se construire sur front de rue rejetant la plus grande partie de la parcelle et son jardin en arrière, coupés de la rue. Même si les échoppes ne sont pas cédées au départ, elles sont souvent louées et plus tard peuvent être cédées ou transmises en héritage. Un autre cas de figure est le partage en plusieurs propriétés d’une rangée de compartiments existants : un propriétaire qui possède une rangée de plusieurs compartiments décide d’en vendre quelques-uns ; ou alors l’État67 qui en est le propriétaire et qui les avait alloués (souvent à titre gracieux) aux agents de l’État, il y a quelques années, finit par les céder définitivement à la demande des occupants, à titre gracieux ou en contre partie d’une somme symbolique, car souvent le prix de cession ne correspond pas à la réalité du marché.68 Dans les deux cas de figure, s’il y a des opportunités financières, les nouveaux acquéreurs finissent par détruire les anciens compartiments pour en construire de nouveau. À Ban Mixay, sur le front de rue du quai Fa-Ngum, les rangées de compartiments qui avaient été “ départagées ” et données aux fonctionnaires commencent à prendre des allures différentes les uns par rapport aux autres dans les aménagements de leur façade, sans que la notion de copropriété ne soit prise en compte. Dans le pire des cas –ce qui arrive généralement–, les anciens compartiments disparaissent pour faire place aux nouveaux qui recherchent davantage à gagner en surface, comme nous l’avons remarqué précédemment. Si les démembrements transforment par petites touches, le tissu urbain, les remembrements entraînent des bouleversements plus importants encore. Souvent, ils visent la constitution d’un parc foncier pour construire des bâtiments, des complexes de grande ampleur. Le Lao Plaza Hotel fait partie de ces opérations de remembrement, grands complexes qui génèrent des changements 66 Ceci, avant la dernière immatriculation foncière. Car une parcelle ne peut être démembrée en cession et immatriculée si elle n’a pas de voie d’accès. 67 Ici, l’État n’est pas lui-même promoteur. Ses biens ont été obtenus au moment où il a étatisé les biens fonciers des personnes qui ont quitté le pays entre 1975 et 1982. 68 Les allocations par l’attribution de logement aux foyers les plus démunis ou demandeurs (majoritairement agents de l’État) correspondent à l’aide de l’État, récompensant le bas salaire et les années de services rendus.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 39 - d’échelle et de gabarit des bâtiments ainsi que l’ambiance et les perspectives des rues. Souvent, ces complexes entraînent et initient d’autres constructions de même ampleur, changeant l’échelle des quartiers. Les nouvelles constructions et la structuration des infrastructures viaires mettent en relief deux cas de figure significatifs : le nouveau tracé et l’élargissement des voiries. Dans les années 1920, la préemption des sols pour des servitudes a permis de tracer l’emprise du boulevard Khun Bourom à Vientiane. La tranche du boulevard Khun Bourom qui longe le Vat Inpeng, ampute une partie du terrain du vat pour le rejeter de l’autre côté. Une fois le boulevard créé, une bande de servitudes est restée disponible de l’autre côté de la voie, ce qui permet à l’administration de vendre cette partie. Les terrains riverains autrefois accolés au rempart du vat se retrouvent alors coupés du vat par la voie nouvellement tracée, ceci, bien qu’un passage leur ait été octroyé. Ainsi, est-il fréquent de voir que derrière des compartiments ou des immeubles en centre-ville, se cachent des vieilles maisons avec jardin, des parcelles datant de la période avant la restructuration des voies publiques. Le deuxième cas de figure concerne l’élargissement actuel des voies qui réduit la taille des parcelles riveraines. Dans certains cas, leur emprise en bordure de la voie devient plus importante que leur profondeur, cela entraîne bien souvent la construction de compartiments ou immeubles larges mais très peu profonds. Les compartiments sur la rue de l’Hôpital 103 et ceux sur la rue de l’ASEAN (route T2) sont très représentatifs de ces caractéristiques. Enfin, il y a deux processus très marginaux qui méritent quelques intérêts. L’un concerne le changement de fonction de l’habitat lao, l’autre concerne la mise en évidence de la défaillance des règlements d’urbanisme. Dans le premier cas de figure : lorsqu’une maison lao en bois sur pilotis se retrouve accolée à la rue suite aux conséquences de l’élargissement de la voie, privée de sa hauteur d’origine sous pilotis suite aux conséquences des remblais (afin de rattraper le niveau de la rue qui est plus haut que le sol des maisons riveraines), elle a bien du mal à fonctionner et est difficilement vivable. Alors, quand elle n’est pas détruite par son propriétaire, elle peut faire l’objet de transformation en devenant une échoppe : l’intérieur de l’échoppe garde quelques traces d’une belle maison lao en bois, tandis que son extérieur peut être qualifié de baraquement de fortune. Dans le deuxième cas de figure, lorsque deux séries de compartiments ont été construites côte à côte, par deux opérations différentes et appartenant à deux propriétaires différents, si ces compartiments respectent à peu près les alignements, ils ne possèdent pas de règles de mitoyenneté bien précises. L’un et l’autre vont laisser par exemple 70 centimètres de terrain libre à l’extrémité des compartiments. Des clôtures sont parfois construites. Dans le petit passage qui lie Vat Haï Sok à la rue Hèng Boun, un compartiment de 1,40 mètre de large a été construit dans l’espace interstitiel entre deux compartiments. Bien que ces deux cas restent marginaux, il n’est pas improbable qu’ils deviennent un jour une pratique courante, vu le nombre des maisons lao se trouvant dans la situation décrite, ou, vues les séries de compartiments qui se retrouvent avec des espaces interstitiels non réglementés. Du moins, les règles concernant la mitoyenneté ont été définies bien postérieurement par le POS, en 2000. 69 I. I. b. 2. La pratique habitante traditionnelle et contemporaine de l’espace, quelle incidence sur le parcellaire ? L’évolution des parcelles et les pratiques qui leur sont liées sont corollaires au développement urbain et exercent une influence sur le renouvellement du tissu. Mais dans cette évolution irréversible qui obéit à la logique et au principe général du développement urbain, il existe des résistances d’ordre culturel et psychologique qui échappent aux paramètres et aux formes modernes de gestion et d’aménagement. Ces résistances apportent un éclairage sur les usages 69 Le POS révisé en 2000 permet de construire les compartiments jusqu’à la limite de la parcelle, imposant ainsi la mitoyenneté. Mais cette règle n’a pas toujours été respectée. En l’occurence, des ouvertures sur les murs de refend continuent à être des litiges de voisinage et de principe de raccordement de la mitoyenneté. Fig. 3. Types de Transformation du parcellaire et du bâtiDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 40 - anciens et la pratique spatiale traditionnelle, qui demeurent encore courants par certains aspects, une survivance que l’aménagement moderne de la ville tend à ignorer. La morphologie, l’emplacement des parcelles et leur aspect symbolique Aujourd’hui la morphologie des parcelles continue à avoir de l’importance dans l’acquisition d’un terrain à bâtir, du moins pour les Lao de souche.70 Certains vont jusqu’à abandonner l’idée et d’acquisition, si le terrain ne présente pas des caractéristiques conformes aux règles édictées par des croyances ancestrales. Ainsi, y a-t-il des formes proscrites, telles les formes triangulaires. D’une manière ou d’une autre, la partie accolée à la voie, c’est-à-dire la façade du terrain, doit être plus étroite que la partie arrière. Le terrain doit ressembler à une poche, une jarre bombée en arrière, de sorte que ce qui rentre puisse demeurer. Il s’agit, bien entendu, de la chance, la prospérité, le bon esprit du foyer qui assurera le bonheur et la richesse à ses occupants. Par ailleurs, la disposition et l’emplacement des parcelles par rapport à la voie sont aussi des critères importants. Un Lao de souche, s’il a le choix, ne va a priori jamais choisir d’habiter dans un terrain se trouvant dans l’axe d’une voie. Il croit qu’une telle position réceptionnera toutes les mauvaises influences y compris les mauvais esprits. Le mode d’habiter, de fonctionner et de positionner des choses, la cohabitation dans l’espace entre les esprits et l’homme est le fruit d’une culture, certes, mais il n’en est pas moins lié à l’état psychologique chez les Lao : un test a été réalisé sur ce sujet moins aux faits des croyances et des coutumes. Il est étonnant de voir que la majorité des personnes interrogées a choisi le terrain qui n’est pas dans l’axe. Les parcelles et le fleuve A l’échelle urbaine, le Mékong était un élément fédérateur. Il orientait l’axe de développement de la ville, fédérait et accompagnait un ensemble d’équipements religieux et assurait l’ouverture de la ville, à une époque où la voie de circulation était la plus aisée par le fleuve. À l’échelle du parcellaire, la présence du fleuve était encore plus vitale. L’une des caractéristiques des villages riverains du Mékong était que les parcelles puissent avoir un accès facile au fleuve, même celles qui n’étaient pas directement sur berge. Du fait que les parcelles des habitations n’avaient pas toutes des clôtures, par les petits chemins de passage, on pouvait ainsi d’un jardin à l’autre accéder au bourrelet de la berge, là où étaient aménagés les potagers, là où les habitants allaient chercher l’eau et se baigner ou prendre leur pirogue. Lorsque les parcelles ont été identifiées comme telle et inscrites au cadastre, les clôtures71 apparaissaient et fermaient bien souvent les anciens passages, remplacés par de vraies voies de dessertes perpendiculaires au fleuve. Aujourd’hui, ces voies ne semblent plus entretenir les liens entre les habitations et le fleuve. Ce sont des voies de dessertes aux habitations. Les liens avec le fleuve sont alors taris. Dans certains cas, la pression de ceux qui pouvaient accéder autrefois au Mékong est assez forte pour que des petits passages informels se recréent de nouveau. Nous comprenons alors que l’accès au fleuve n’est pas uniquement une question fonctionnelle. Il répond à d’autres besoins, et les arguments sont nombreux mais souvent très abstraits : il faut « sentir » la présence du fleuve pour s’orienter et se situer, et il faut surtout aménager des passages pour les bons esprits, sinon, nous risquons d’attirer leur colère. Les propriétés privées, les compartiments et les rues 70 Nous entendons “ Lao de souche ”, ceux qui observent le bouddhisme théravada comme religion parallèlement aux cultes des phi ou de l’esprit des ancêtres. Dans beaucoup de cas, ce caractère se retrouve aussi chez les Laotiens qui ne sont pas forcément des Lao-Tai (Lao loum). En ce cas, leurs croyances peuvent être influencées par les autres cultures asiatiques, notamment le Feng Shui, dont certains principes et règles peuvent être confondus à leurs cultes animistes. 71 Les quartiers de berge dans la partie décentrée à Ban Khounta-tha et à Ban Oumong. Le document cadastral définitif commence à être délivré à partir de 2004. Auparavant, il y avait des registres de l’ancien régime certifiés par le chef du village et des témoins composés par les voisins. Ces derniers peuvent attester que tels et tels terrains appartiennent bien à telle ou telle personne, que celle-ci a reçu en héritage des parents ou des grands-parents, etc. Et si les témoins sont aussi jeunes que le propriétaire du terrain, ils peuvent toujours dire que leurs parents et arrière-grands-parents leur ont ainsi raconté qu’ils sont voisins depuis des générations. Ces témoignages ne sont pas anodins, ils ont quasiment une valeur juridique, puisque pour établir le dernier cadastre et immatriculer les titres de propriété, l’État s’est appuyé en partie sur ces anciens documents et les ont fait confirmer par ces témoignages Fig. 4. Des parcelles appropriées et non appropriéesDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 41 - Aujourd’hui, on peut observer le fait que le statut d’espace public de la rue est parfois remis en question par certaines pratiques des riverains, en particulier de ceux qui habitent dans les compartiments commerciaux. Ils ont tendance à considérer que les places de stationnement et le trottoir se trouvant adjacents à leur boutique leur appartiennent, du moins, ils réagissent en ce sens. Ainsi, dans certaines rues du centre de Vientiane où le sigle “ interdit de stationner ” ou “ sortie marchandises ” n’est pas affiché, lorsqu’un automobiliste tente de stationner le propriétaire d’une boutique sort aussitôt de son magasin et demande à l’automobiliste de partir, car il interdit quiconque de stationner devant son magasin. Lorsqu’on lui demande à qui appartiennent le trottoir et la chaussée adjacente qui ne sont pas interdits de stationner, il répond que le trottoir et la chaussée en question, appartiennent au domaine public. Il reconnaît donc que l’emplacement relève bien de l’autorité publique, cependant la vue de son magasin lui appartient, et donc, personne ne peut obstruer la vue de sa boutique. L’argument, peu juridique, n’apparait pas tout à fait absurde. L’aliénation de la propriété privée Les cas de litiges concernant le foncier sont nombreux, absurdes et rarement résolus. Prenons par exemple le cas d’aliénation de la propriété privée. La mise en œuvre de l’aménagement de Nong Douang, à Vientiane, illustre un certain nombre de ces litiges. Avant la construction au début des années 2000 d’un grand réseau d’infrastructures viaires (la route T2 entre autres) la traversant et la coupant en deux, Nong Douang était une vaste mare entourée de zones humides et marécageuses ayant une grande capacité d’autoépuration. Mais le plan cadastre des années 1960 ainsi que les titres de propriété ont montré que cette zone était un ensemble de rizières, et il y avait effectivement deux mares, pas aussi vastes qu’elles ne l’étaient dans les années 1980-1990. La minéralisation de l’ensemble de la ville dans les années 1960 et 1970 avait réduit la qualité et la capacité d’absorption de l’eau de ruissellement de la ville. Celle-ci se déversait donc naturellement dans la zone de rizières et marécageuse de Nong Douang. En une vingtaine d’années, la mare s’était donc étendue et les propriétés avaient été immergées, aliénées de manière naturelle, devenant ainsi l’une des plus belles zones humides de la ville jusqu’à la fin des années 1990. En cultivant les plantes aquatiques ou en faisant de la pêche, les propriétaires pouvaient toujours dire que tel ou tel endroit leur appartenait, mais il n’y avait aucune précision, ni les moyens physiques de vérifier les faits. Cette zone devenait de fait une propriété publique (du moins communautaire) ou tout le monde pouvait venir pêcher et ramasser les plantes aquatiques. Pendant des années, tant que la zone n’avait pas pris de valeur foncière, personne ne s’en souciait. À qui pouvait-on réclamer « une rizière inondée par le ciel », disaient les propriétaires. Lorsque la route T2 a été tracée vers la fin des années 1990, et des remblais déversés le long de la voie, des bâtiments se sont construits, réduisant considérablement la surface de la zone humide. Les propriétaires qui possédaient des terrains bordant la mare de part et d’autre ont vu leur prix grimper. Puisque les terrains le long des deux côtés de la T2 ont été remblayés et vendus à des prix alléchants,72 ils ont estimé être en droit de remblayer à leur tour les zones restant qui bordaient la mare. Or, il était théoriquement interdit de remblayer les parties restant de Nong Douang, instaurées alors comme « zone humide protégée ». A partir de là, commençait le litige : d’un côté, les autorités permettaient le remblai et la vente des terres le long de la T2, et de l’autre, les autres abords étaient interdits de tout remblai. Devant l’administration, les propriétaires ont essayé de faire valoir leurs anciens titres fonciers avec photographies aériennes à l’appui, montrant qu’il y avait des rizières avec deux mares de taille modeste. Ce fut efforts inutiles : beaucoup de documents produits par l’administration de l’Ancien Régime ont été détruits, ou n’ont pas été reconnus. Vouloir faire reconnaître un document de l’Ancien Régime, et par-dessus tout, faire reconnaître qu’avant la constitution naturelle de la mare, il y avait des rizières parcellisées, cela dépassait l’entendement de 72 Des terrains dans les zones humides qui, autrefois, n’avaient pas de grande valeur foncière et les terrains qui sont au bord de la route T2 coûtaient en 2007 entre 120 et 250 USD le M2. Fig. 5. Zone humide de Nong DouangDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 42 - l’administration. Nous pouvons dire que les trois cadastres qui ont été élaborés ont donné lieu à une restructuration de la ville et du domaine bâti, ils permettent de comprendre leur évolution. À chaque cadastre correspond une période de développement, voire, une période de renouvellement urbain. À travers la question de la pratique du sol, nous constatons que la gestion et le développement moderne de l’urbain, rencontre des résistances. Ces résistances se sont manifestées dans certaines pratiques de l’espace et dans certains modes d’habiter, qui perdurent en parallèle aux systèmes urbains plus rationnels établis depuis le début du XXe siècle. Les croyances liées à l’utilisation des terres ancrées dans la culture locale exercent une influence sur les pratiques spatiales et constituent une véritable archéologie des usages de l’espace que l’examen des parcelles, ici, a permis en partie de révéler. I. II. La marginalisation et l’émergence des territoires d’aujourd’hui Après avoir examiné la réforme comme étant l’enjeu politique et économique du régime, avec deux points majeurs : les différentes retombées (politiques, économiques et structurelles) et la régulation foncière, il s’agit d’aborder dans ce paragraphe sur le plan spatial ce que les points les plus significatifs de la réforme ont révélé dans le contexte spatial existant et ce qu’ils ont induit comme nouvelles formes ou statuts spatiaux, autrement dit, voir ce qui a accompagné la réforme du point de vue spatial. Deux principaux phénomènes opposés caractérisent le rapport territorial : l’aspect marginal et l’aspect émergent. Dans l’évolution générale des villes et dans leur mutation, nous pouvons voir à travers plusieurs situations et contextes qu’il y a une mise en évidence de phénomènes à la fois de marginalisation et d’émergence des territoires à l’œuvre, ou des caractères marginaux et émergents aboutis. C’est à la fois sous l’influence des facteurs historiques et territoriaux, politiques et économiques que certaines villes ou certains établissements se marginalisent ou au contraire émergent. Nous tentons de voir quels sont les territoires émergents et quels sont ceux qui sont marginalisés. Pour comprendre ces deux phénomènes ou ces deux caractères, nous procédons à l’étude de cas au Laos sur l’ensemble du pays. Nous abordons en premier lieu les pôles de développement à l’échelle locale et régionale. Nous analysons en second lieu la création des nouvelles zones régionales d’échanges économiques ou la renaissance des réseaux historiquement anciens. En troisième lieu, nous nous intéressons particulièrement à l’organisation des territoires de concession ou de bail en cours de réalisation. Enfin, nous mettons en relief des cas historiques qui montrent que la marginalisation des territoires peut être due aussi aux facteurs endogènes. C’est-à-dire qu’il y a des territoires qui peuvent se marginaliser non pas à cause des facteurs externes, mais à cause de leurs propres facteurs internes. Ce sont par exemple des territoires historiquement déjà mis à l’écart des aires de développement territorial habituel. Il s’agit par exemple des villes de l’ancienne zone libérée contrôlée par les forces révolutionnaires avant 1975 et de la zone spéciale instituée en 1994 ou encore du cas de Muang Tonh Pheung qui appartenait au Triangle d’or, une ancienne zone de trafics. À travers ces trois cas marginaux, nous verrons qu’il y a déjà une divergence dans leur potentialité à s’inscrire et à s’intégrer ou non dans le réseau de développement régional. La question de marginalisation ou d’émergence des territoires se pose ici en termes d’intégration, et donc en termes d’existence. C’est donc à travers cette existence un peu conditionnelle, entre “ émergent ” et “ marginalisant ”, que nous interrogeons les conditions de l’intégration régionale : une intégration régionale pour quelle intégration locale et nationale ? Autrement dit comment l’échelle régionale agit-elle sur l’échelle locale ? I. II. a. Les pôles d’attraction pour le développementDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 43 - Dans le développement des territoires, quels que soient leur forme et leur type, le constat du caractère ou du phénomène de marginalisation et d’émergence ne peut se faire sans se référer aux pôles de développement qui fonctionnent comme des points d’attraction autour desquels tournent ou ne tournent pas les établissements. Essayons d’abord de comprendre de quoi sont composés ces pôles de développement, qu’ils soient locaux ou régionaux. Nous aurons pu étudier les typologies des pôles, mais cela n’a pas directement d’implications sur les établissements et centres anciens. C’est plutôt en terme d’échelle entre le local et le régional que les pôles ont des implications sensibles sur l’espace des établissements anciens qui nous intéressent. Les types de pôles ont leur importance dans le sens où certains peuvent exercer, du point de vue programmatique, une forte pression sur les centres anciens, notamment les pôles touristiques, les pôles industriels, ou de manière plus générale, les pôles à forte croissance économique. Pour cette dernière question, nous l’aborderons à travers autre problématique, traitant du « processus de constitution et de recomposition du patrimoine » et « du regain des centres historiques ». Rappelons que les pôles d’attraction du développement ne peuvent être définis par des limites territoriales précises. Ils sont plutôt déterminés soit par des espaces qui rayonnent soit par des espaces en tête de réseaux fédérateurs. Les territoires concernés dans notre recherche ne possèdent pas directement de pôles ou de réseaux internationaux, de par leur situation “ enclavée ” au cœur de la péninsule Indochinoise, de terre intérieure sans accès à la mer. Mais leur existence, dans une logique interne, locale et historique, est une réalité qui les structure et qui les fait participer à une logique territoriale régionale importante, que ce soit en tant que pôles eux-mêmes ou en tant que territoires satellites. I. II. a. 1. Les pôles et les réseaux locaux : infrastructure, déplacement et nouvelles constructions des équipements Évoquons brièvement ici que les villes laotiennes d’avant 1975 ont connu des partitions territoriales suivant la pression et la logique des partitions politiques de la Guerre froide. Les pôles, à ce moment-là, étaient calés sur ce schéma de partition et demeuraient pendant quelques années des pôles artificiels. Pour ainsi dire, il existait donc deux grands pôles idéologiques qui tendaient à séparer le Laos en deux parties : est et ouest, même si ce schéma n’était pas tout à fait exact dans la mesure où les premières zones contrôlées par le Néo Lao Hak Sat (NLHS), qui étaient Phongsaly et Houaphanh, n’étaient pas situées uniquement dans l’Est du pays, mais surtout dans le Nord, et que certaines parties du Sud étaient également ses acquisitions stratégiques. Nous devons alors notre partition Est-Ouest à l’axe fort que constituait la piste Ho Chi Minh traçant une ligne Nord-Sud de démarcation le long de la frontière Est du Laos. L’axe du Mékong qui lui était parallèle était dans sa majorité le réseau qui structurait les zones d’influence du gouvernement de Vientiane et logeait donc la majorité des pôles de développement. Ceci, même si le NLHS tentait de faire dans les années 1960 et 1970 de la zone libérée de véritables pôles de développement, avec la création de sa capitale à Viengxay. La piste Ho Chi Minh aidant, les pôles de la zone libérée étaient idéologiquement, symboliquement et stratégiquement forts durant la période de la guerre du Viêtnam. Mais malgré cela, tous points de vue confondus, ces pôles n’équivalaient jamais ceux de la vallée du Mékong. Après la révolution, les pôles idéologiques dans l’ancienne zone libérée ne devenaient pas davantage des grandes villes. Au contraire, les villes de l’ancien gouvernement de Vientiane continuaient à être des pôles d’attraction du point de vue politique, économique, urbain, culturel et démographique, réduisant ainsi l’importance des zones révolutionnaires. Nous allons voir un peu plus en détail dans la troisième partie de notre recherche ce qui avait été nécessaire pour la mise en œuvre de la consolidation du nouveau pouvoir à partir de la seconde moitié des années 1970, afin de rééquilibrer et réorganiser l’ensemble du territoire : comprendre et orienter justement la structure, les pôles ou les têtes de réseaux locaux. Ici, notons quelques initiatives que le régime a menées dans les années 1990 pour corriger le déséquilibre qui faisait apparaître l’affaiblissement du rôle de la zone libérée et, au contraire, le regain de la zone de l’Ancien Régime qui persistait même après la révolution, car ce déséquilibre allait à l’encontre des Fig. 6. Carte de l’avancement de « la zone libérée ».Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 44 - objectifs du PPRL. Ceux-ci essayaient de consolider les villes de l’ancienne zone libérée, de leur donner une importance historique et idéologique à l’échelle nationale, d’y maintenir sa population, voire, de la repeupler. Mais ces villes ne devenaient que des lieux de mémoires idéologiques qui ne participaient que très peu aux dynamiques générales du développement.73 Au contraire, tout penchait en faveur des anciennes zones du gouvernement de Vientiane qui étaient et demeurent des lieux importants, des villes plus urbanisées et les plus peuplées, des zones les plus développées, attirant toujours davantage les populations de la zone libérée. Leur rôle de pôle demeurait incontestablement le même depuis l’Ancien Régime, échappant à toute logique idéologique. Dans la seconde moitié des années 1980, la politique territoriale a préconisé la hiérarchisation des territoires ; non seulement pour rechercher une structure administrative et un système de gouvernance local plus efficace, ou pour mettre en évidence les priorités, mais aussi pour rechercher de nouveaux pôles et de nouveaux équilibres qui restaient jusque-là toujours difficiles à trouver. Plus tard, les réalités politiques, économiques et spatiales, associées à la pression extérieure, ont poussé les autorités à rechercher encore plus le renforcement de l’idée de capitales provinciales et de chefs-lieux de district, l’idée de polarités plus dynamiques et plus génératrices. Peu à peu, les problématiques de classification des villes et de leur priorité faisaient leur chemin. Les villes secondaires et ensuite les villes moyennes ont été officiellement établies dans les années 1990, non seulement en tant qu’outil administratif, mais surtout en tant que démarche de développement territorial donnant des bases et des unités concrètes aux programmes de développement, et permettant la mise en place des projets opérationnels sectoriels les plus urgents (notamment les secteurs de base : communication, santé, éducation, etc.). Derrière la mise en évidence de ces problématiques de classification des priorités à des fins utiles pour le développement, il y avait également la volonté de faire émerger les divers potentiels qui auraient permis la constitution des pôles de développement nouveaux plus que des pôles administratifs euxmêmes. La volonté du gouvernement était effectivement de créer aussi des pôles administratifs et de contrôle, surtout des pôles capables de générer le développement du territoire localement ou du moins capables de maintenir le territoire dans une cohésion territoriale administrée. Tels étaient aussi les critères des bailleurs de fonds internationaux lorsqu’ils commençaient à soutenir la mise en place de “ l’État de droit ” au Laos (à partir 1991), puis lorsqu’ils commençaient à financer le programme d’assistance à la gouvernance, corollairement au programme de développement du pays. Concrètement, cela se matérialisait par l’amélioration des organes administratifs et de la structure de la gouvernance, au niveau central et au niveau déconcentré, et aussi par la création de nouveaux programmes d’équipements publics et d’installation de certains services publics sectoriels dans les provinces. Nous allons voir de plus près ces dernières mesures et tenter de comprendre comment ont-elles été efficaces dans leur manière d’initier l’émergence des pôles de développement locaux, ou au contraire, comment dans certains cas ont-elles été inutiles, voire, gaspillées. La création de nouveaux programmes d’équipements publics concernait essentiellement les programmes d’amélioration des infrastructures viaires qui étaient prioritaires dès l’investiture du nouveau régime, mais qui n’avaient pas pu atteindre les objectifs escomptés avant la réforme et avant l’assistance internationale massive à partir des années 1990, ceci afin de relier les villes entre elles, de favoriser l’accès aux services divers pour les populations vivant dans les zones les plus reculées. Ensuite, la création de Plans Urbains [za’g,nv’] 74 faisait également partie de ce programme 73 A Muang Viengxay, les grottes habitées par les chefs révolutionnaires sont préservées aujourd’hui comme patrimoine historique du pays. 74 A ne pas confondre avec le Plan Local d’Urbanisme (PLU) français, car les critères et les méthodologies manquent pour pouvoir en faire le rapprochement. En Lao il est simplement désigné [za’rafstok8q;g,nv’]“ plan de développement de la ville”.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 45 - d’équipement. Pour le peu qu’il s’agissait, les programmes contenaient des facteurs de changement importants. L’amélioration des réseaux d’infrastructures (vers la fin des années 1990) Cette amélioration des infrastructures permettait une plus grande possibilité de mise en réseau des villes, petites villes, voire villages, entre eux et par rapport aux villes plus importantes. Par contre, les réfections et les nouvelles constructions des réseaux viaires qui desservaient relativement bien les villes, soulevaient des problèmes d’un autre ordre qui touchaient l’intégrité des structures anciennes des occupations. Nous aurons l’occasion de revenir sur ces questions dans un autre paragraphe de notre recherche. Le déplacement des marchés vers l’extérieur des villes (commencé vers la fin des années 1990). Le déplacement des marchés qui a été entrepris de manière systématique dans les villes secondaires et moyennes a provoqué la dévitalisation des centres anciens et affaiblit le commerce de proximité ainsi que les ambiances et la vitalité existant des centres, même si cela a donné une meilleure visibilité et attractivité aux pôles, ceci concernant surtout les districts rattachés aux chefslieux de province. La population dans les villages extérieurs ou reculés y a accès alors plus facilement pour se procurer des produits dont ils ont besoin via la gare routière, elle aussi, déplacée en périphérie et se trouvant en général pas loin du nouveau marché. Il en est de même pour le centre administratif des provinces, également déplacé en périphérie, et devenu un point d’accès visible et facile pour les villages se trouvant loin des chefs-lieux. Le déplacement des équipements en périphérie a renforcé ainsi l’image des pôles locaux, par contre il a complètement changé le rapport existant entre les villages et le statut du cœur des villes. En fait, il a soulevé une question importante pour les habitants du centre des chefs-lieux de province. Le fait que le centre et le cœur des villes, ou simplement le périmètre intérieur de celles-ci, ne possèdent plus les biens et les services ainsi que les équipements de proximité –situation qu’ils concevaient habituellement comme l’un des composants d’une certaine centralité physique et d’une certaine citadinité–, a eu pour conséquence que les quartiers anciens des villes ont perdu, d’une certaine manière, leur statut de centre. La création des universités dans les provinces à partir des années 2000 C’est également l’un des programmes les plus visibles pour donner aux provinces la vision de pôles importants et attrayants, ce qui n’a pas été le cas pour les programmes hospitaliers. L’attractivité des hôpitaux a été et reste la qualité des soins médicaux et les conditions d’hygiène. Ces deux éléments semblent inégaux entre les provinces et la capitale. Dans la capitale, la qualité médicale et d’hygiène des soins reste dominante et non concurrençable par les hôpitaux provinciaux. Par contre, les programmes universitaires sont plus homogènes. Il y a peu de différences par exemple entre l’université du grand pôle (Vientiane) et celle des provinces. Seuls les contextes de vie estudiantine dans la capitale, avec les loisirs, les biens et les services, les activités nocturnes plus actives, changent la donne par rapport aux provinces. La question du statut des villes Le statut de “ villes secondaires ” a été préconisé et créé directement à travers le programme de financement de la BAD. Quatre villes ont été et sont toujours concernées : Luang Prabang, Thakhek, Savannakhet et Paksé. Au moment de l’installation de leur statut, le standard des villes secondaires a été défini selon les réalités démographiques et économiques préexistantes. En fait, le statut de capitale provinciale a été ici repris comme critère. Cependant, les autres capitales provinciales qui n’ont pas rempli les critères démographiques, économiques et de pôle préexistant n’ont pas été prises en compte et n’ont pas été inscrites sur la liste, telle que la ville de Viengxay qui a été pourtant la capitale de la zone libérée. Donc, aucune ville issue de données idéologiques n’a intégré cette liste de villes secondaires. Le décret N40/FAMC, du 4 avril 1995, qui a donné un cadre à la création du Vientiane Urban Development and Management Committee (VUDMC) –concernant les 100 villages de Vientiane–, et de la structure du Urban Development and Management Fig. 7. Les quatre villes secondairesDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 46 - Committee for secondary town (UDMCs) –concernant les quatre villes secondaires–, a déterminé en même temps la création du statut de ces quatre villes. Il a été confirmé par l’administration laotienne à travers la création du Comité responsable du Projet de Développement Urbain des Villes Secondaires, décret N0802/ MCTPC en date du 27 mars 1997. Puis le statut des villes moyennes a été préconisé afin de constituer un moyen institutionnel, financier et technique de développement et de gestion des villes d’importance moindre que les capitales provinciales que nous venons de citer. Ces deux statuts ont fait l’objet de programmes d’aménagement prioritaire utilisant les fonds des prêts de la BAD, mais également les autres fonds d’aides internationales, des Nations Unies entre autres. Pour rentrer dans ces programmes de financement, les conditions ont été fixées par les bailleurs de fonds. Les villes devaient posséder des critères répondant aux conditions fixées, notamment un certain nombre d’habitants, un taux d’équipement, tels les équipements hospitaliers de base, les places disponibles en écoles primaires et secondaires, etc. Afin de répondre aux critères imposés et rentrer dans le programme de bénéficiaires des fonds, les données et les statistiques des villes ont parfois été artificiellement constituées, et donc faussées. Associé à ce fait, au début de la création des villes secondaires et moyennes, au courant des années 1990, les données ont à peine commencé à être collectées. Par conséquence, les données constituées par les institutions nationales étaient difficilement vérifiables. Ainsi, les réponses aux besoins les plus urgents et pour les villes les plus critiques ont souvent été biaisées et mal ciblées, expliquant en partie l’inutilité et l’inadéquation de certaines mesures et de certains projets mis en œuvre, impliquant la difficulté pour certains pôles d’émerger réellement, ou de poursuivre la planification prévue. À Sayaboury, à Luang Namtha, à Phongsaly (Muang Say, Botèn, Muang Sing), il n’est pas inutile de noter que les villes n’ont pas suivi un développement selon les planifications prévues. À Muang Sing par exemple, la construction de la grande route pénétrante n’a pas été d’une grande utilité et aurait pu être différée. Elle a été inutile par rapport au besoin de la ville qui s’est développée lentement. De même, beaucoup d’efforts ont été mis sur le chef-lieu de Phongsaly (construction d’équipements, de routes, etc.), espérant qu’elle devienne la capitale de la province, l’une des plus enclavées du Laos. Mais maintenant, il est question de la déplacer à Boun Neua et d’y construire un aéroport, alors que l’on n’a pas encore fini de réaliser les différentes planifications prévues. À Botèn, le plan de développement prévu a complètement été oublié par le projet de Botèn golden city, dont nous allons évoquer le problème dans le prochain paragraphe (1e partie. I.II.c.) Aujourd’hui, la mise en réseau de certaines données dans le Système d’Information Géographique n’est qu’à son balbutiement.75 Un plan stratégique 2010-2020 concernant la technique de recherche de données du Département de la Statistique, au niveau pays, province, district et village, accompagné d’un projet de loi, a été planifié à partir de 2009. Il devrait améliorer progressivement la statistique du pays et constituer un outil pour le développement, en particulier dans le secteur urbain. I. II. a. 2. Les pôles et les réseaux régionaux : une place régionale, question de monopole et de concurrence Évoquer les pôles régionaux et la place des villes laotiennes dans ces pôles, c’est évoquer une problématique inhérente à la place et au rôle du Laos dans la région. Nous pouvons d’emblée dire qu’aucune ville laotienne n’est à la tête de réseaux et de pôles, tout au plus, constater que ces plus grandes villes sont en phase de s’intégrer dans les réseaux régionaux à travers des mesures politiques et des stratégies d’échanges et de coopérations économiques et culturelles. Avoir une place régionale 75 En 2009 on se penche sur la nécessité d’un système de statistique plus juste et plus fiable. Un débat sur la question a été organisé afin d’améliorer le système. « Les demandes de statistiques nationales fiables […] elles émanaient des pays de la région et du monde […]. L’amélioration et le développement des systèmes statistiques font partie des priorités du gouvernement, pour atteindre les objectifs du millénaire pour le développement […]. ». In : « Débat sur les statistiques », Le Rénovateur, 21 septembre 2009.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 47 - Vientiane, par son statut de capitale de l’un des pays membres de l’ASEAN et de l’un des pays de la Région du Grand Mékong (GSM), est de ce fait incontournable. C’est l’un des pôles que les pays de la région ne peuvent négliger, au moins du point de vue politique. Par ailleurs, le pays est le plus continental et le plus central. La tenue de rencontres internationales (notamment Sommet des ministres des Affaires étrangères des pays membres de l’ASEAN en 2004, Sommet de la Francophonie en 2007, etc.) et l’organisation des 25e Jeux de l’Asie du Sud-Est (en 2009) démontrent la volonté politique de placer la capitale laotienne au rang des autres capitales régionales. Luang Prabang, l’ancienne ville royale, et aujourd’hui ville culturelle, fait partie du réseau des sites du Patrimoine mondial, devenant ainsi l’une des escales touristiques et culturelles76 parmi Hanoi, Siem Reap, Chiang Mai et Pagan, que certaines soient ou non classées par l’Unesco.77 Nous verrons un peu plus loin les implications de ces pôles patrimoniaux, lorsque nous évoquerons “ le regain des centres historiques ” (1e Partie. III. II). Ici, signalons seulement que ce type de pôle renferme l’une des caractéristiques émergentes, mais ne recouvre pas pleinement ce qui caractérise les pôles d’attractions économiques ayant des implications fédératrices sur les villes et petites villes de la région. La question de monopole et de concurrence La question de pôles régionaux fait apparaître un autre fait spécifique aux villes du Laos. Bien qu’il ne soit pas nouveau, ce fait met l’accent sur le phénomène de concurrence et de monopole entre les villes, mettant à mal le concept idéaliste de réseaux fédérateurs d’intégrations. Il s’agit notamment du rapport entre les villes laotiennes et les villes thaïes proches des limites frontalières. Cette problématique est illustrée par le déséquilibre entre les villes appartenant respectivement à deux communautés nationales différentes, mais ayant respectivement chacune des rayonnements d’influence, qui se rapprochent, qui se touchent ou qui se chevauchent. Ce fait n’a pas été assez pris en compte dans la politique d’intégration régionale. Or, il constitue un élément qui peut freiner la réalisation de cette intégration. La question d’intégration est effectivement contrariée par un grand déséquilibre lorsque deux villes de deux pays se côtoient. Prenons comme cas de figure les villes d’Udon Thani et de Vientiane, de Mukdahane et de Savannakhet, de Nakhone Phanom et Thakhek, Chiang Saen et Tonh Pheung. L’intégration pose la question du comment les villes laotiennes raisonnées en tant que pôles peuvent-elles exister faces aux villes thaïes. Pourtant historiquement ces villes étaient la plupart du temps des villes jumelles ou alors constituaient autrefois un même pôle identitaire. Le déséquilibre est d’abord exprimé dans le champ économique, dans le secteur des biens et des services, des biens de consommation et dans les activités culturelles. À l’exception de Vientiane qui jouit de son statut de capitale, elle domine et éclipse Udon Thani pour sa vie culturelle et politique –son rayonnement international, pour la masse budgétaire qu’elle gère, ainsi que pour l’immensité des territoires qui lui sont dépendants. Cependant, en ce qui concerne les biens de consommation et des services, il est à constater qu’Udon Thani dont la vie culturelle et citadine est incomparable à Vientiane est pourtant un pôle qui attire des consommateurs laotiens quotidiennement. Les retombées économiques issues de ces consommations directes sont loin d’être négligées et négligeables par les offres thaïlandaises. Nous ne parlons pas ici de l’importation des produits de Thaïlande, qui est un autre sujet, mais nous parlons des passages quotidiens des 76 De simple lieu d’escale, Luang Prabang est devenu en deux-trois ans une destination touristique prisée de la région. Avec la crise économique au courant de l’année 2008-2009, nous constatons une baisse significative du nombre des touristes : les commerçants et artisans se plaignent de la baisse de leur chiffre d’affaire. La création de la biennale de la photographie en 2008 à Luang Prabang fait partie du programme de mise en valeur de l’image de la capitale culturelle et artistique. 77 Pagan n’est pas classé au patrimoine mondial, mais son statut et ses biens culturels et archéologiques dépassent par bien des aspects ceux qui sont classés. Sa capacité d’attirer les touristes est importante malgré l’appel international pour boycotter le régime de la junte militaire. Fig. 8. Quelques images des villes frontalièresDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 48 - Laotiens de la province de Vientiane vers Udon Thani pour accéder aux diverses consommations directes. Udon Thani est devenue quasiment une zone de distribution et de services annexes de Vientiane : les supermarchés, les hôpitaux, les importations de produits spécifiques pour les commandes privées passent principalement aussi par cette ville. Il y a une heure de trajet en voiture entre les deux villes par le pont de l’Amitié. Cette forme de consommation met en évidence d’un côté un phénomène comportemental et de l’autre un “ vice ” économique très significatif. Elle semble exprimer une certaine liberté récompensant les deux décennies de restriction par le système collectif qu’avait connu la RDP Lao. Elle est aussi liée à l’émergence d’une nouvelle classe sociale qui, non seulement, possède maintenant un pouvoir d’achat plus grand, mais recherche aussi de nouvelles formes de consommation que les offres de Vientiane ne peuvent pour le moment satisfaire. Le commerce et les taxes de consommation de Vientiane sont ainsi “ usurpés ” librement et légalement par le marché d’Udon Thani.78 Vientiane perd ainsi une grande partie de ses revenus potentiels. Depuis 2006, et plus intensément depuis 2009, les investissements locaux et étrangers deviennent plus importants dans les grandes villes laotiennes et en particulier à Vientiane. Ils permettent d’agrandir le marché, d’augmenter les offres qui deviennent plus nombreuses, plus diversifiées et de meilleure qualité. Ce sont des signes prometteurs. Malgré cela, il faut constater dans leur ensemble que les villes laotiennes ne réussissent pas pour le moment à garder les consommateurs sur leur territoire. Le monopole du marché thaïlandais et le phénomène comportemental des consommateurs laotiens ne sont pas choses sans antécédent et ne sont pas liés uniquement aux effets marketing et aux aspects alléchants des produits qu’offre le marché thaïlandais. Ils résultent en fait d’un choix de système politique et économique historique récent que les deux pays ont traversé chacun de leur côté. La Thaïlande est un pays de consommation et d’économie libre, d’un capitalisme outrancier dont le système n’a jamais été remis en question ou interrompu par d’autre système depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale, malgré l’intervention des différentes périodes de crises politiques internes. Et, depuis la fin des années 1960 et le début des années 1970, la peur du “ péril rouge ” a poussé le gouvernement thaï à intégrer autrement la zone du pays Issan dans la communauté nationale, en particulier du point de vue économique. Autrefois exploité mais mis à l’écart des retombées positives de la croissance,79 le pays Issan a bénéficié petit à petit des mêmes droits que les autres régions de la Thaïlande, ce qui explique une amélioration du niveau de vie de sa population et l’installation des investisseurs, non seulement locaux mais aussi étrangers. Les grandes entreprises étrangères et internationales ouvraient leurs usines ou fabriques succursales dans les grandes villes d’Issan, favorisées par des facilités administratives et la circulation des capitaux et des investissements, par une main d’œuvre bon marché, nombreuse et active, etc. Ainsi les villes comme Ubon Rajathani, Udon Thani et Nakhone Phanom connaissaient-elles un développement croissant, alors que le Laos traversait une période difficile où les activités économiques étaient contrôlées, planifiées, la production collectivisée et étatisée. En seconde étape lorsque le Laos commençait à s’ouvrir à l’économie de marché, il devenait forcement un marché à conquérir. Non seulement en terme d’échange import-export 78 En Thaïlande la détaxe de 7%, est seulement appliquée dans les aéroports internationaux. Les produits importés au Laos transitant par le pont de l’Amitié ne peuvent être détaxés. 79 Jusqu’à la fin des années 1960, la Thaïlande exploitait le pays Issan mais ne le développait que superficiellement. Le niveau de vie de la population était resté bas, ses forêts dévastées par les entreprises de Bangkok et ses sols appauvris. Sa main d’œuvre, bon marché, constituait la quasi-totalité des besoins de la capitale. Dans les années 1930, les députés d’Issan soulignaient le délaissement de leurs provinces : « En général, mes collègues d’autres provinces ne connaissent pas Changvat Leuy. Parce que cette province est située dans la montagne, infestée de paludisme […] dangereuse et difficile d’accès. C’est la Sibérie du Siam. Les fonctionnaires étrangers qui sont envoyés là-bas pensent qu’ils ont été exilés. C’est aussi pour cette raison que Leuy n’a pas été développé. Privé de lumière, personne ne connait vraiment l’intérieur de cette région. La population ne connaît pas de médecin […] Le seul qui existe la province n’ausculte que pour les fonctionnaires du chef-lieu de la province […] », discours d’un député de Leuy. In. La politique des deux rives du Mékong. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 49 - (surtout import) entre les deux pays, mais surtout en terme de marché direct de par la proximité physique des territoires, des similitudes culturelles des populations. Il est donc clair pour les gouvernements thaïs qui se succèdent que l’extension des villes thaïlandaises et de leurs activités, en devenant des pôles de consommation importants, n’a pas seulement pour objectif de fédérer les autres petites villes thaïlandaises, mais, également et surtout, de devenir des pôles pour les villes laotiennes qui se trouvent de l’autre côté de la frontière. Cette démarche ne rencontre apparemment pas de grandes résistances. La croissance des villes laotiennes est lente même après la réforme de 1986. Il fallait pour le Laos rattraper vingt années de retard dans son engagement dans le marché libre et dans la réforme administrative générale, et il fallait qu’il consente à lâcher prise sur le contrôle de certains secteurs d’activités économiques : de les léguer aux secteurs privés et de susciter des investissements privés plus importants. Chose qui n’a pas été faite dans les premières années de l’ouverture et qui a été mise en œuvre par la suite de manière timide dans un nombre important de secteurs. Mise à part le cas de Vientiane dont nous venons d’évoquer la spécificité, les autres villes de province qui sont confrontées aux mêmes problèmes semblent devoir surmonter plus d’obstacles pour exister. Vientiane, par rapport à Udon Thani Par rapport à Udon Thani, Vientiane a donc un défi de taille du point de vue des offres du marché de consommation des biens et des services. Cependant, la croissance actuelle de la ville est plus que jamais prometteuse. La venue en force des produits de Chine, du Viêtnam, de Taïwan et de Hongkong, ainsi que celle des investisseurs dans le secteur des services (restauration, grands magasins de distribution, produits industriels et produits semi-industriels, etc.) commencent seulement depuis le milieu des années 2000 à rencontrer des succès auprès des consommateurs locaux. Mais cela a des revers sur le plan économique : certaines catégories de produits importés mettent à mal la production et la distribution des produits locaux. Les produits laotiens, bien que certains soient de meilleure de qualité –notamment les tissus en soie et en coton – restent chers par leur coût de production. Quoi qu’il en soit, en ce domaine, Vientiane devrait dans peu de temps concurrencer Udon Thani, voire la dépasser. Du point de vue culturel Vientiane produit déjà l’effet inverse : la population de la rive droite du Mékong est de plus en plus nombreuse chaque jour à visiter la capitale laotienne. Ces visites sont plus touristiques que consommatrices, la découverte de produits artisanaux de grande qualité (le tissage en particulier), la vision de la vie citadine et sociale, celle de certains sites religieux, vivants au quotidien, fait petit à petit leur chemin dans les mentalités des visiteurs thaïs. Associé à la mémoire de ce que nous savons de la vieille capitale en tant que pôle historique qui était aussi celui de la plupart des populations d’Issan, Vientiane retrouve déjà avec aisance sa notoriété. Pour beaucoup des habitants de la région d’Issan, Vientiane n’est plus un mythe inaccessible de leurs grands-parents, mais un lieu qu’ils peuvent visiter en une journée et à moindre coût, etc. Savannakhet et Mukdahane Nous ne pouvons évoquer le cas de Savannakhet et Mukdahane comme nous évoquons le cas de Vientiane. Savannakhet est une capitale provinciale importante, elle est la seule province à posséder un revenu autonome, dans le sens où elle reçoit très peu de rétributions du gouvernement central.80 Cependant, si nous examinons son rapport avec Mukdahane avec les mêmes critères que ceux utilisés pour examiner le rapport entre Vientiane et Udon Thani, nous pouvons voir que le même phénomène peut être observé : l’ouverture du deuxième pont de l’Amitié en 2007,81 entre 80 Réf. La Statistique nationale. 81 Le pont, inauguré le 20 décembre 2006, est mis en service en 2007. La BAD finance l’ensemble de l’étude, le gouvernement, l’étude de l’ouvrage lui-même, et la banque japonaise JBIC accorde des prêts pour sa construction : 70 millions de dollars, coûts partagés entre le Laos et la Thaïlande. In. Le Rénovateur, 20 novembre 2007.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 50 - Mukdahane et Savannakhet, facilite les aller-venues des Laotiens vers les centres d’achat et supermarchés thaïs, et aussi vers le site de pèlerinage de That Phanom. Savannakhet dépend donc incontestablement de Mukdahane de ce point de vue, ce lien est renforcé par l’attachement historique des habitants de la rive gauche à la rive droite où il y a le That Phanom, un monument hautement sacré que les rois lao avaient autrefois le devoir d’entretenir au même titre que le That Luang de Vientiane ou le That Inheng de Savannakhet. Et ce, au moins depuis le XVIe siècle et jusqu’au début du XXe siècle. Nakhone Phanom et Thakhek En ce qui concerne Nakhone Phanom et Thakhek, la situation est proche du cas précédent. En 2008, la construction d’un troisième pont de l’Amitié a débuté afin de pouvoir relier Thakhek et Nakhone Phanom et ouvrir ainsi une autre partie du Corridor économique. Du côté laotien, la ville de Savannakhet est bien plus importante que Thakhek, et le développement semble beaucoup plus dynamique. Cependant, du côté thaïlandais Nakhone Phanom semble plus dynamique que Mukdahane. La présence du grand that dans la ville renforce sa notoriété non seulement par rapport aux petites villes thaïes mais également par rapport aux villes laotiennes de la rive gauche du Mékong : les Laotiens y viennent faire un pèlerinage annuel en passant par le pont SavannakhetMukdahane, ils remontent ensuite vers That Phanom à 45 minutes de voiture. Et lorsque la construction du pont Thakhek-Nakhon Phanom sera achevée, les Laotiens pourront passer directement à Nakhon Phranom sans descendre à Savannakhet. Si le projet de Zone économique Savan-Seno (SaSEZ), en cours de construction dans le périmètre proche de la ville ancienne, s’achève avec succès comme le programme sa planification, Savannakhet pourrait inverser la situation : la ville attirera davantage les habitants des autres petites villes thaïes de la région d’Issan et aussi des villes vietnamiennes. D’après les objectifs fixés par les investisseurs et les responsables de la gestion de la zone économique, la population des deux régions voisines, thaïe et vietnamienne, est effectivement des consommatrices cibles.82 Chiang Saen et Muang Tonh Pheung Depuis toujours la ville de Houayxay, la capitale de la province la plus occidentale du Laos occupe une place particulière, par la situation historique du Haut-Mékong proprement dite et par la place qu’occupait la ville de Houayxay elle-même durant la période de la Guerre froide. Et, nous verrons dans le prochain chapitre en quoi cette petite région est-elle particulière, voire marginale. Nous nous sommes intéressés seulement ici au rapport entre les deux villes. Comme dans toute situation de ville laotienne au bord du Mékong, une importante ville thaïe s’implante aussitôt en face. Chiang Kong (ville du Mékong), ville historique, est pendant longtemps jumelle de la ville de Houayxay et partage avec elle une longue histoire. Aujourd’hui, c’est entre les deux que la frontière internationale est implantée permettant aux touristes étrangers de passer de la Thaïlande au Laos et vice-versa. Houayxay est une sorte de porte fluviale touristique à l’ouest de Luang Prabang. La marginalité de cette région explique en partie le fait qu’il n’y a pas eu de grands déséquilibres entre les deux villes même durant la période d’une grande inertie du Laos dans les années 1975 et les années 1980. Mais le déséquilibre qui nous semble plus flagrant concerne Chiang Saen rive droite et Muang Tonh Pheung (l’ancienne Xiang Saen, rive gauche) dans le territoire du Triangle d’or qui se trouve à 40 minutes de route en amont de Houayxay. À l’heure où cette petite région devient le Quadrilatère d’or incluant le partenariat du Yunnan chinois visant un développement économique sur le long terme, Muang Tonh Pheung reste un village sans infrastructure significative avec son site archéologique mal entretenu. Tandis qu’à Chiang Saen (rive droite) nous trouvons une petite ville équipée, avec un patrimoine bien entretenu et un musée archéologique fort intéressant. La zone du Triangle d’or se trouve à cinq kilomètres en amont de 82 Interviews réalisées au bureau SEZA en 2009, auprès d’un responsable d’une entreprise thaïe qui investit dans la SaZez. Fig. 9. Les Corridors Economiques. Anciens et nouveaux.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 51 - Chiang Saen et légèrement en amont de Tonh Pheung par le fleuve. Là encore, le côté thaï du Triangle est fortement développé du point de vue touristique (complexes hôteliers, commerces, etc.) contrairement au côté laotien. Le grand casino qui a été construit au niveau de Ban Mom en amont de Tonh Pheung, et qui devrait ouvrir ses portes sous peu83 est un projet “ ovni ” où aucune structure et infrastructure ne l’accompagne pour l’accueil des touristes et du développement futur (constat de 2008). Idéalement, nous verrons que le Corridor économique devrait, selon ses défenseurs, être l’alternative par rapport aux phénomènes de déséquilibre entre les villes que nous évoquons. Le Corridor économique serait donc un élément d’équilibre, un instrument de développement qui donnerait aux territoires laotiens leur vraie place de plaque tournante que l’histoire a plus ou moins configuré, mais que le contexte politico-économique des périodes postérieures a rendu impossible. Cependant, si de ce point de vue, nous pouvons déceler quelques “ indices de succès ” dans le Corridor économique, le projet du Quadrilatère d’or qui remplace le Triangle d’or semble encore obscur. I. II. b. Les implications spatiales dans les zones d’échanges et dans les Corridors Economiques Les corridors et les zones d’échange économique sont l’une des résultantes de la création de la Région du Grand Mékong (GMS, Great Mékong Subregion.) Cet organisme, qui est à la fois un outil et un programme de développement et d’échange économique, politique et diplomatique, définit surtout un territoire incluant la Thaïlande, la Birmanie, le Laos, la province chinoise du Yunnan, puis le Vietnam et le Cambodge qui s’y sont ajoutés. Mais rappelons que cette aire géographique fait aussi partie de l’Association des Nations de l’Asie du Sud-Est (ANASE)84 et est aussi historiquement issue du Comité du Mékong.85 Le GMS donne à voir et rappelle une certaine configuration de la tradition des échanges régionaux qui remontent à l’histoire lointaine et proche, par exemple pour l’histoire proche, il s’agit de l’idée du désenclavement du Laos durant la période coloniale, que ce soit dans le Bas ou dans le Haut Mékong ou dans sa transversalité.86 Le programme concret du GMS a été initié par la BAD en 1992 lors de la Conférence de Manille. Il a pour objectif principal l’intégration économique des pays membres riverains. L’un des objectifs pour le Laos, au sein du GMS, serait la possibilité d’avoir l’accès à des ports et aux marchés extérieurs. Pour réaliser le programme du GMS à différentes phases, la BAD estime un budget nécessaire de 40 milliards de dollars sur 25 ans. Ce chiffre comprend les investissements publics et privés, orientés essentiellement vers les secteurs de l’énergie, des télécommunications, des transports et des infrastructures. Pour ce faire, la BAD serait le principal partenaire financier, en particulier pour les pays à revenus faibles tels que le Laos et le Cambodge. Ce réseau serait à terme le grand support pour tous les échanges et les activités économiques du GMS, tous secteurs confondus. 83 En février 2008, lors de notre visite, le casino n’était pas encore ouvert. 84 Ne faisant pas partie de l’ANASE, la Chine intègre l’APT (ASEAN+3) créé à l’initiative de Singapour en 1995 lors de la première réunion de l’ASEM. APT met en partenariat les pays membres de l’ASEAN, la Chine, le Japon et la Corée du Sud. 85 Op, cit. note 4. 86 Le désenclavement du Laos dans les programmes du GMS n’est pas une idée nouvelle. L’histoire donne déjà la perception d’un réseau d’échange très ancien, sous une autre forme : 1- Le désenclavement du Laos figurait déjà dans le programme de développement du territoire colonial français comme une nécessité (réf. Rapports techniques des agents coloniaux). 2- L’âge du commerce maritime (XVIe siècle) fait transparaître des scénarios suggérant une possibilité pour le Laos d’être présent sur le marché côtier par ses produits. 3- Le scénario d’un Daï-Viet qui cherchait à s’avancer vers le cœur de la péninsule, afin d’avoir un rôle à jouer dans le centre du Moyen Mékong, dont le Laos était la plaque tournante, s’est avéré réaliste dans l’histoire actuelle du pays.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 52 - L’une des premières conventions mise en avant est l’accord pour le trafic transfrontalier Cross-Border Transport Agreement (CBTA), s’appliquant aux pays du GMS. L’accord vise surtout à faciliter le transfert de marchandises et de favoriser la mobilité des personnes d’un pays vers un autre. Par exemple, pouvoir réduire les deux postes de contrôle à la frontière entre deux pays pour qu’il n’y ait qu’un seul poste commun ; supprimer le contrôle des marchandises qui transitent vers le troisième, le quatrième ou le cinquième pays ; établir le droit de libre circulation et d’opérations commerciales et financières des ressortissants d’un pays dans un autre. Ceci vise à moyen terme à réduire les coûts administratifs et le temps de stockage des marchandises, à favoriser le commerce et les investissements transfrontaliers, à augmenter le nombre des touristes locaux et internationaux et à mieux les répartir. Le programme GMS permet déjà la mise en place de quelques projets qui sont en cours de réalisation. Il met en perspective des centaines de projets économiques et de développement qui sont inscrits dans son cadre, et tracent plusieurs routes, zones et corridors d’échange. Certains de ces projets et zones acquièrent un aspect plus ou moins utopiste, freiné par des réalités diplomatiques et des disparités politiques et économiques propres à chaque pays. Cependant beaucoup de programmes et de projets en cours de réalisation apportent et apporteront de grands changements du point de vue spatial et préfigurent de nouvelles aires urbanisées à caractères industriels et commerciaux. Par sa situation géographique, mais aussi historique, le Laos est appelé à jouer un rôle et une fonction de communication et d’interconnexion régionale. Il suffit aujourd’hui de constater que son territoire est “ ouvert ” aux grands projets d’infrastructure en cours de construction : routes et corridors, réseaux ferroviaires, productions d’énergie hydraulique, exploitations minières, etc. Cette fonction devient un lourd défi pour le Laos du XXIe siècle. Cela nécessite des nomenclatures dirigeantes et techniciennes averties et avisées, capables d’avoir des visions à long terme, capables de dialoguer, de maîtriser et de mettre à profit la gestion des projets pour le développement du pays, de mesurer leur impact sur la qualité de vie et de l’environnement qui constituent la richesse du pays, connu et reconnu par l’extérieur. À ces nécessités, le Laos a du retard à rattraper, s’y ajoute ensuite un manque de ressources humaines et intellectuelles qui auraient pu lui apporter des réflexions sur les modèles économiques et les modèles de développement à déployer pour le pays. Nous étudions deux exemples de zones et programmes qui jouent un rôle important dans le bouleversement spatial des aires et des territoires existants et historiquement déjà occupés, et possédant antérieurement des schémas et des fonctions spatiales propres : le Corridor économique Est-Ouest (CEEO ou EWEC) et le Quadrilatère d’or du Haut-Mékong. Bien que nous ne puissions pas encore apporter une évaluation sur les répercussions de la mise en place de ces réseaux sur l’espace et les populations existantes –ce qui n’est pas l’objectif direct de notre recherche, et parce que les projets préliminaires ne sont pas achevés ou qu’ils ne sont pas encore commencés, et dont certains ne sont pas à ce jour, inscrits– nous pouvons cependant porter notre attention sur la question de l’harmonisation entre les échelles locales et régionales du point de vue spatial et humain induit par une nouvelle organisation spatiale qui serait issue de cette nouvelle intégration régionale. I. II. b. 1. Les implications spatiales du Corridor Économique Est-Ouest, CEEO Le Corridor économique Est-Ouest est un projet d’échange économique qui se base d’abord sur la mise en liaison du territoire Est-Ouest de l’Asie du Sud-Est continentale au niveau de la région du Moyen-Mékong, dont le Laos et la région de l’ancien Laos Occidental en sont le centre. Ceci, par la réhabilitation des réseaux d’infrastructures anciennes et par la construction de nouvelles, afin d’améliorer les échanges existants et d’en établir de nouveaux, basés sur des cadres et des rapports nouveaux et autrement plus favorables. Le Corridor est long de 1500 kilomètres. Il relie Danang (Viêtnam) à Mawlamyine (Myanmar) en traversant les postes frontières DanesavanhLaobao (entre le Laos et le Viêtnam), Savannakhet-Mukdahane (entre le Laos et la Thaïlande), Mae Sot-Myawaddy (entre la Thaïlande et le Myanmar) et en passant par les villes vietnamiennes Danang-Thua Thien Huê-Quang Tri, la ville laotienne Savannakhet, les villes thaïes Mukdahane-Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 53 - Kalasin-Khonkhaèn-Phitsanulok-Sukhothai-Tak-Maesot et les villes birmanes Mawlamyine - Myawaddy. Remarquons que dans la partie laotienne il y a une seule ville importante traversée par le Corridor. Ceci met en évidence deux choses : d’abord, la densité du territoire des pays voisins et au contraire, l’aspect parsemé du territoire laotien en termes d’unité urbaine ; ensuite, la difficulté en termes de stratégie de développement du territoire pour le Laos à pouvoir bénéficier de ce Corridor. Le Laos risque effectivement de devenir simplement un couloir de passage qui ne bénéficierait que très superficiellement des intérêts issus du Corridor, si la stratégie politique et économique du gouvernement lao n’est pas à la hauteur du contexte. La ligne Phitsanulok-Khonkhaèn sépare le Corridor en deux sections : section orientale et section occidentale.87 Chaque pays devrait donc a priori procéder à la réhabilitation et à la construction des infrastructures internes pour rejoindre les points de connexion du réseau. Mais les contextes politiques et surtout les dispositifs économiques de chaque pays ne connaissent pas le même degré de disponibilité, et cela explique la disparité opérationnelle du Corridor en question. Par exemple, si la Thaïlande possède un fonds d’investissement public plus conséquent pour construire ses infrastructures, le Laos ne peut en faire autant. Il faudrait dans ce cas qu’il compte sur les fonds de la BAD et les grands investisseurs privés internationaux. Les gouvernements dans le cadre de l’accord CBTA procèdent aux premiers essais d’application dans les trois postes frontaliers : Danesavanh-Laobao, Savannakhet-Mukdahane et Maesot-Myawaddy. À Danesavanh-Laobao, le premier essai a été réalisé en 2005 avec une satisfaction particulière concernant la formation en commun des agents des frontières et concernant les échanges d’informations et la coopération d’ordre administratif.88 Sur le tronçon laotien, le Corridor économique Est-Ouest a mis en place l’échelon de l’un des premiers ensembles de projets de développement, sans doute parmi les centaines qui devraient suivre dans tout le Corridor. Il s’agit du programme « Zone économique Savan-Seno » 89 (SaSEZ). Pour le tronçon laotien, l’EWEC est pratiquement mis en œuvre à travers la réfection de la route n°9 et l’achèvement en 2007 de la construction du deuxième pont international traversant le Mékong entre Savannakhet et Mukdahane. La construction du troisième pont entre Thakhek et Nakhone Phanom a commencé et est achevée en 2011. Ce pont fait également partie du Corridor qui devrait permettre aux villes laotiennes de s’intégrer et de profiter davantage de ce réseau. Les objectifs du gouvernement lao Selon le gouvernement lao le projet de la Zone économique Savan-Seno (SaSEZ) est l’une des interfaces du plan national de développement économique et social qui a pour objectif, à l’horizon 2012-2020, l’éradication complète de la pauvreté et sortir le Laos de la liste des pays les moins avancés (PMA).90 Pour atteindre cet objectif, le gouvernement se fixe un taux de croissance 87 La ligne de partage n’est pas une simple question de longueur de parcours, elle correspond aussi à une bifurcation possible du Corridor vers Bangkok, son port et le golfe du Siam. Notre interview avec un responsable thaï de la SEZA confirme l’intérêt thaïlandais, et donc l’intention qui l’accompagne, de faire “ bifurquer ” la partie ouest du Corridor vers le golfe du Siam et non vers la mer Andaman passant par Mawlamyine, la ville birmane. Cette idée serait justifiée par les Thaïlandais sur le fait que les infrastructures birmanes mettraient beaucoup plus de temps à être construites et mises aux normes internationales exigées par la BAD. Le parcours par Mawlamyine serait également trop long par rapport au port de Bangkok. Quels que soient les justificatifs, ces faits pourraient un jour devenir une source de conflits d’intérêt entre la Birmanie et la Thaïlande. Ils confirment surtout la position historique de la Thaïlande dans cette région qui persiste dans la configuration de ce Corridor moderne, l’un des enjeux pour l’avenir économique et politique régional. 88 « Pour que le transfert des marchandises et le transport transfrontalier de la sous-région soit plus rapide et plus facile qu’avant », in. Journal Lao Phathana, article en lao, du 17 mars 2008. 89 Le sigle SENO, “ Sud-Est/Nord-Ouest ”, est hérité de l’administration militaire française. Il désigne des coordonnées stratégiques au croisement entre deux routes coloniales Sud-Est et Nord-Ouest. Ce point est situé à une trentaine de kilomètres environ du vieux Savannakhet. Il devient depuis le nom du district et sera prochainement une zone de développement importante en marge de la ville ancienne. 90 Le Laos est classé au 135e rang mondial des pays les moins avancés (PMA) dans le rapport de 2004 du PNUD sur le développement humain. 31% de la population vivent en de-ça du seuil de pauvreté.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 54 - économique à 7% par an. Ses priorités sont également de favoriser les investissements dans le secteur privé et le secteur public, dans le domaine des infrastructures et le domaine des services publics, d’inciter la production et la capacité locale à répondre aux “ plans d’affaires ” divers qui seraient proposés par les investisseurs. La SaSEZ qui fait partie du programme « Corridor économique Est-Ouest » (EWEC ou CEEO) devrait donc aménager théoriquement des opportunités nouvelles non seulement pour les grands investisseurs mais aussi pour les investisseurs privés de petite taille. Et l’EWEC qui est une composante même du programme de développement de la GMS devrait être un instrument de la circulation transversale entre pays pour les capitaux, les biens et les services, mais aussi celle des compétences. Le projet SaSEZ, une grande joint-venture internationale Une autorité de gestion de la zone SaSEZ a été mise en place, appelé SEZA (Spetial Economic Zone Autority). Cette Autorité pour la gestion de la Zone spéciale économique est directement rattachée au bureau du Premier Ministre de la RDP Lao et possède son siège à Savannakhet même. Par bien des aspects, cette structure préfigure déjà une administration quasiautonome par rapport aux autorités administratives provinciales. Elle semble être une administration centrale déconcentrée. 70% des investissements sont étrangers et 30% est la part des investissements du gouvernement lao. Cette part est l’ensemble des terrains (capitalisés) que le gouvernement met à disposition du projet. Il y a globalement trois échelles de partenariat : l’échelle 1 concerne les gros investisseurs qui investissent dans toutes les infrastructures préparant l’accueil des industries. L’échelle 2 concerne les investisseurs clients, plus petits, qui viennent installer leurs fabriques, ateliers, centres d’achat, etc. L’échelle 3 concerne les usagers et les consommateurs surtout dans la zone A, de la ville nouvelle. Bien que l’État laotien possède 30% des investissements sous forme foncière, au terme de 50 ans l’ensemble des projets lui sera rétrocédé de droit. Telles sont les clauses du contrat. Le programme SaSEZ contient cinq zones couvrant environ 954 hectares. La zone A est consacrée aux services et aux logements de grand standing, et couvre 305 hectares. La zone B est destinée à la logistique et couvre 20 hectares. La zone C qui couvre 211 hectares est attribuée à l’implantation des industries. La réalisation des infrastructures dans cette zone pour pouvoir accueillir les industries internationales devrait s’achever dans deux ans. La zone D qui devrait être une zone résidentielle et de relogement de la population couvre 118 hectares. Enfin la zone B1 qui couvre 300 hectares est une zone de développement potentiel que la SEZA pourrait développer éventuellement. À titre d’exemple apportons quelques précisions à la zone C qui est un centre industriel, de commerces et de services situé au kilomètre 10 du district Kayson Phomvihane. C’est un projet d’investissement mixte évalué à 14 millions de dollars. 70% des parts d’investissement sont privés et d’origine malaise.91 L’État lao, à travers l’Autorité administrative SEZA, détient 30% des parts sous forme de biens fonciers (les 211 hectares de terrain). Les investissements en question sont orientés vers la construction des infrastructures, telles que les routes, les réseaux d’eaux et d’électricité, les télécommunications, les transports, le traitement des eaux usées et des déchets. Ceci pourrait constituer des supports préparant l’installation des projets tels que les usines légères destinées à l’exportation, les centres de distribution des biens et des services. La zone d’industrie légère absorbera selon les investisseurs pas moins de 30 000 emplois. La mise en place institutionnelle du programme SaSEZ 91 La société malaise Pacifica Streams development a signé un accord avec le bureau de gestion de la SEZA le 24 février 2008 qui fait suite à l’accord de principe signé le 18 mai 2007.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 55 - Pour confirmer davantage ses objectifs, le gouvernement a institutionnalisé le programme SaSEZ dès 2002, à travers le décret N°02/PM en date du 21 juillet 2002, portant la légalité du programme. Plus tard, ce décret se voit complété par le décret N°148/PM en date du 29 septembre 2003 et le décret N°177/PM en date du 13 novembre 2003, portant la réglementation administrative et les politiques de sensibilisation de la SaSEZ. L’agrément officiel pour les investissements du site A, signé le 13 juin 2007, a été accordé à un investisseur privé thaïlandais. L’agrément pour l’étude et le développement d’un parc commercial et industriel signé le 24 février 2008 a été accordé à une compagnie malaysienne. Nominativement, les investisseurs qui sont déjà sur le site et qui ont obtenu l’approbation d’investissements du gouvernement lao sont : Savan City Compagny Ltd, (en 2008) pour le site A ; Hua Jin International Ltd (en 2007), Logitem Lao GLKP Co., Ltd (en 2007), Double A Inter Transportation Co., Ltd (en 2007), Recycle Tired Group (en 2008), Nanon Logistic Laos Co., Ltd (en 2008) pour le site B ; DKLS Properties Development Co., Ltd (en 2008), Lao Tin Smeltin Co., Ltd (en 2008), OM (Laos) Co., Ltd (en 2008), Savan Pacifica Development Co.,Ltd (en 2008), Mékong Argo Industry Limited (en 2008) pour le site C. Selon ses responsables d’autres compagnies ne vont pas tarder à se joindre au programme.92 Le planning de la SEZA D’après l’un des responsables de la SEZA, au début de l’année 2009, les activités et les réalisations en cours sont surtout consacrées, pour le site A et D, aux collectes des données, aux travaux de libération du site A et au relogement de la population déplacée du site D, ceci devrait sous peu être achevé à 90%. L’installation des bureaux de gestion devrait être achevée à 100%, et l’électrification du site D est en cours. Pour le site B, il s’agit de déloger et de reloger aussitôt la population déplacée et d’achever le terrassement de la route. Pour le site C, il faut reloger quelques familles, installer le bureau de l’administration, mais le dégagement du site n’est qu’à 10% de son achèvement. L’électrification est achevée sur 500 mètres, le terrassement de la chaussée d’une route d’accès a commencé en janvier 2009 et dans cinq ans les réseaux entiers de route doivent être complètement construits. Le bureau SEZA commence également à construire 30 maisons pour reloger la population déplacée, sur 200 au total à réaliser. En ce qui concerne les usagers (pour les résidences, les loisirs etc., aménagés dans la zone A) et les petits investisseurs (qui occuperont les ateliers et les boutiques dans la zone d’industries légères) ainsi que les grands investisseurs (qui mettront leurs capitaux dans la construction des infrastructures et des réseaux) nous pouvons nous poser la question : qui viendrait investir dans la zone SaSEZ ? Le bureau de la promotion de la SEZA estime que cette zone attirera les Vietnamiens et la population de la région d’Issan en tant qu’usagers majoritaires. Et il espère attirer les investisseurs de Taïwan et de Chine qui exportent vers l’Europe et les États-Unis, profitant du faible coût fiscal et de la main d’œuvre, de l’électricité, de l’eau et du foncier. Et ils profiteraient également du fait que le Laos possède toujours le GNP (General Nation Preference, droits et différents avantages pour ses exportations dans les 42 pays) et le NPR (Nation Preference Restriction, pour exporter aux Etats-Unis). L’exportation profiterait pleinement des facilités offertes par le Corridor, soit vers l’Est (Danang, Mer de Chine) soit vers l’Ouest (Mawlamyine, Mer d’Andaman).93 I. II. b. 2. Les implications spatiales du Quadrilatère d’or dans le haut Mékong 92 Cependant, selon notre interview auprès de la SEZA et selon les observations faites sur le site en février 2009, l’enthousiasme n’est pas débordant. La crise monétaire mondiale qui touche les grandes entreprises semble retarder les engagements en question et instaure une mauvaise ambiance chez les investisseurs. Nous avons également pu interviewer une petite société locale sous-traitante pour une grande société en charge du terrassement dans le site C. Cette dernière nous confie la difficulté qu’elle éprouve à être payée pour les travaux effectués. 93 « Savan-Seno deviendra le nouveau facteur de développement de la zone économique de l’Asean vers le marché mondial », in. Lao Phathana, journal du 27 février 2008. Fig. 10. Master plan SaSezDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 56 - Le Quadrilatère est une histoire ancienne. Il évoque le Triangle d’or historique qui impliquait traditionnellement le Laos, le Myanmar et la Thaïlande. Ce trigone était célèbre pour son réseau de trafics de drogue, pour les guérillas “ des causes perdues ” où étaient impliqués les Shan, les Karen et les Lü, pour l’intérêt et la curiosité que suscitaient autant les seigneurs de guerre que les ethnies qui se soumettaient difficilement aux autorités lao, thaïes et birmanes. C’est une région dominée par des sous-groupes tai : principalement, les Lü, les Gnouan et les Shan. Du point de vue culturel et historique, la région était partagée entre le Lan Na, le Lan Xang, le Sip Song Phan Na et l’État Shan, avec la Chine toujours omniprésente. D’un lieu de “ non-droit ” ou “ de tous les droits ”, le Triangle d’or doit théoriquement aujourd’hui se reconvertir après un démantèlement officiel du réseau de productions de drogue et la soumission des seigneurs de guerre94 vers la fin des années 1990. Cette région doit changer radicalement de fonction. Dans tous les cas, elle devient maintenant accessible aux touristes, une zone d’échange de « marchandises légales ». Sa reconversion en cours est renforcée avec la forte présence de la Chine qui aménage trois voies d’accès depuis ses frontières : la plus importante étant la route n°3 dont la construction a été achevée vers 2007. Elle vient du sud de la Chine passant par la ville chinoise de Mohan, par la ville laotienne de Botèn et par Luang Namtha avant d’arriver à Houayxay puis remontant vers Tonh Pheung - Ban Mom, face au Triangle d’or. La route de Muang Sing provenant d’une autre partie du sud de la Chine, passant par Xieng Kok, et depuis Xieng Kok le fleuve la conduit vers le Triangle d’or à trois heures de speed-boat. Une route fluviale est également possible : des bateaux touristiques (ferries de petite taille) venant du sud de la Chine s’arrêtent souvent à Xieng Kok, une partie étranglée du fleuve, avant de continuer leur route vers le Triangle d’or, où du côté laotien, un casino flambant neuf les accueille, et du côté thaï des complexes d’hôtellerie. La suite de la route peut se faire vers Chiang Saen et Chiang Rai ou en descendant un peu plus encore vers Chiang Kong avant de reprendre la route jusqu’à Bangkok. Si nous pouvons imaginer que les produits venant de Chine empruntent ces routes comme des chemins de transit, du point de vue touristique, les routes semblent mener les voyageurs vers le Triangle d’or comme une destination. Aujourd’hui, bien que cette zone reste une affaire entre quatre pays, le nombre important de touristes et la vivacité des commerces (grâce surtout aux activités du côté thaï) semblent promettre un bel essor pour les prochaines années. A priori, l’idée du Quadrilatère d’or, mettant en partenariat les quatre pays, pourrait être effectivement un outil de développement. Mais dans la pratique, de nombreux problèmes subsistent. Nous tenterons de comprendre les freins et les contraintes dans le chapitre suivant traitant de la question « d’intégration nationale et régionale », ici, détaillons seulement les trois principaux accès évoqués. 1- Route Mohan-Botèn/ Luang Namtha-Houayxay/Tonh Pheung-Ban Mom Sur ce parcours, la frontière internationale ne débouche pas directement sur le Triangle d’or même, mais plus en aval entre Chiang Kong et Houayxay, à une quarantaine de kilomètres en aval de Ban Mom. Les habitants et les autorités de Muang Tonh Pheung souhaitent par ailleurs que la frontière internationale puisse s’ouvrir entre Chiang Saen et Tonh Pheung, qui est aujourd’hui seulement ouverte pour les frontaliers et les nationaux Lao et Thaïs. Les autres nationalités doivent traverser la frontière au niveau de Houayxay-Chiang Khong pour pouvoir passer en Thaïlande ou venir au Laos. 2- La route de Muang Sing. Ce parcours passe par plusieurs petites agglomérations anciennes où les traces historiques existent peu. L’état délabré de la route actuelle et les conditions de voyage entre Muang Sing et Xieng Kok nous font constater qu’elle ne peut être un réseau régional. Ce parcours 94 Khun Sa était le dernier et le plus célèbre seigneur de guerre de cette région. Sous ses bannières, la drogue finançait la guérilla d’un État Tai Shan rêvé. Mais il semble que les forces armées de cette guérilla servaient surtout à construire et à protéger le réseau de production de drogue et que le projet politique d’un État Shan autonome n’avait pas vraiment été bien structuré. Du moins pour ce que nous savons des informations provenant du milieu intellectuel Shan qui défendait l’existence d’un éventuel État Shan. Ce milieu vivait à Bangkok et non dans la jungle et n’avait pas vraiment d’étroites connexions avec Khun Sa. Cf. Discussion avec Robert Ajoux, à Bangkok, en 1996.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 57 - n’est pas privilégié par rapport à la première route Luang Namtha-Houayxay. Et c’est à l’Ouest de cette route qu’existent de très nombreuses minorités ethniques vivant dans une enclave, une partie du Haut-Mékong coincée entre la Chine et la Birmanie. Apparemment de Xieng Kok, nous pouvons traverser le Mékong et pénétrer dans le Nord de la Birmanie. Mais cette route birmane semble très ancienne, fréquentée à l’époque où il existait encore le Royaume de Xieng Kheng, à cheval entre les deux pays. Mais aujourd’hui, elle est peu empruntée. 3- La troisième route, fluviale, qui vient de Chine et dont la ville la plus proche (avec Muang La) est Jinghong,95 fait escale à Xieng Kok, rejoignant ainsi la deuxième route avant de redescendre le fleuve en direction du Triangle d’or. Les trois parcours mettent en évidence des situations assez contradictoires. D’une part, la région du Haut-Mékong semble être une vraie passoire par le fait que trois parcours, au moins, venant de pays étrangers la traversent. Et d’autre part, nous pouvons remarquer une certaine désarticulation territoriale car les trois passages qui viennent de Chine à différents points ne débouchent pas sur le même lieu de convergence des quatre pays, c’est-à-dire au niveau de Muang Tonh Pheung (Laos), Chiang Saen (Thaïlande) et Tha Khilek (Myanmar). Le fait que la frontière internationale se trouve non pas sur la zone de l’ancien Triangle d’or mais entre Houayxay et Chiang Khong exclue clairement la rive birmane du Quadrilatère. Pour être dans la logique énoncée il fallait que la frontière internationale soit à Tonh Pheung-Chiang Saèn (et non pas à Houayxay)96 ; par ailleurs, il fallait que Muang Tong Pheung puisse bénéficier d’un véritable plan et programme de développement avec une vision d’intégration régionale plus claire ; et il fallait que la route n°3 qui se poursuit vers Tonh Pheung soit capable de recevoir un trafic plus dense (qu’elle soit, par exemple, entièrement goudronnée). À ce jour, les quarante kilomètres qu’elle parcourt pour arriver à Tonh Pheung sont encore difficiles et ne sont que partiellement goudronnés. Comme nous l’avons fait remarquer dans le chapitre précédent sur la question de « déséquilibre entre les villes frontalières de deux communautés nationales différentes », la rive droite thaïe est largement plus développée, avec des infrastructures et des services de base équipés (complexes hôteliers, commerces, routes, etc.), un développement urbain plus important, et un patrimoine archéologique entretenu (musée archéologique à Chiang Saen). A contrario, la rive laotienne, Muang Tonh Pheung (qui est l’ancien Xieng Saen, rive gauche) sur le territoire du Quadrilatère d’or, à 40 minutes de route en amont de Houayxay, reste à l’heure actuelle un village sans infrastructure. Son site archéologique est mal entretenu et peu protégé, son intégration dans le Quadrilatère reste bancale, bien que le tronçon laotien occupe à l’évidence une position centrale. Qu’il soit réalisable ou non, il n’y a pas de programme clair comme c’est le cas pour la zone économique SaSEZ munie de son autorité administrative. Le grand casino qui a été construit au niveau de Ban Mom en amont de Tonh Pheung, avec des investissements étrangers privés, qui devrait accueillir les touristes est un projet “ ovni ”, du fait qu’il ne fait partie aucun plan de développement, et donc ne possédant aucune structure et infrastructure d’accueil touristique, semble être plus une opération financière extraterritoriale qu’un projet de développement et d’intégration régionale. I. II. b. 3. Les implications spatiales de l’axe du Mékong En suivant l’axe du Mékong au-delà de Xieng Kok, le fleuve remonte en bief vers le NordEst puis bifurque vers le Nord-Ouest. Nous rencontrons la première plus grande ville chinoise, Jinghong. Ce tronçon du fleuve traverse l’ancien Royaume de Xieng Khèng. Cet axe fluvial semble être un grand axe transversal historique : le trafic se faisait plus d’une rive à l’autre. Les cartes 95 Jinghong en chinois ou Xieng Hung en lü. La ville est autrefois la capitale d’un royaume Tai Lu. Aujourd’hui c’est une ville-district, chef-lieu de la préfecture autonome dai du Xishuangbanna. 96 D’après le chef du district (rencontré en 2008) l’autorité locale aimerait que la frontière internationale soit déplacée à Muang Tonh Pheung, dans la zone du Triangle d’or. La question a été plusieurs fois soulevée au sein de l’administration provinciale, mais la position de la ville de Houayxay monopolise déjà cette fonction administrative. Fig. 11. La région du Haut Mékong et son réseau.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 58 - dressées par P-B Lafont97 montrent de nombreux établissements de part et d’autre des deux rives. La carte des pistes, des rivières et des montagnes, superposée sur la carte de localisation des établissements, met en relief un territoire bien occupé, couvrant le Haut-Mékong comme une toile d’araignée. Cependant, ces plans semblent appartenir à un temps révolu. La descente du Mékong à ce niveau n’est pas aujourd’hui perturbée par les établissements en bordure du fleuve qui auraient pu nous inciter à nous y arrêter : ces derniers ne constituent plus des arrêts, comme cela aurait pu l’être par le passé, car ce sont aujourd’hui des petits villages insignifiants, quasi-imperceptibles depuis les rives, jusqu’à ce que nous arrivions au Triangle d’or. 98 Après Tonh Pheung-Houayxay, le fleuve décroche vers l’Est et pénètre à l’intérieur du Laos, Pak Ou-Luang Prabang, avant de redescendre vers Paklay-Sanakham pour ensuite refaire encore une autre bifurcation vers l’Est pour rejoindre Vientiane, Paksan-Pak Kading, et descendre franchement vers le Sud, où de nombreux obstacles empêchent que le fleuve devienne “ l’autoroute fluviale ” permettant une “ pénétration vers la Chine ” comme les autorités coloniales l’avaient tant souhaité. Du point de vue fluidité, chaque jour un bateau de transport touristique vient de Chine, de Xieng Hung. Il s’arrête parfois à Xieng Kok mais il est surtout à destination du Triangle d’or et de Chiang Khong, car c’est par ce parcours qu’un nombre important de touristes chinois (des touristes riches et de la classe moyenne) arrivent au Quadrilatère d’or et pénètrent ensuite en Thaïlande. Nous pouvons donc dire que l’axe du Mékong dans sa totalité ne fonctionne pas comme un axe vertical de pénétration sud-nord et nord-sud, comme l’avait un temps pensé et souhaité la politique coloniale. Il est effectivement une voie fluviale de pénétration du Haut Laos et du Nord de la Thaïlande, par la Chine, mais seulement jusqu’au Quadrilatère d’or et jusqu’à Houayxay-Chiang Khong. En-deça, il devient un parcours intérieur dont le sens est transversal, d’une rive à l’autre. À l’inverse donc de la stratégie coloniale, c’est la Chine, aujourd’hui, qui pénètre dans l’ancien territoire Indochinois. Effectivement, il y a une volonté des Chinois de faire poursuivre le parcours touristique spécifiquement par bateaux, depuis la Chine jusqu’à Luang Prabang : 99 entre Xieng Hung et Luang Prabang, le Mékong est franchissable, même si à certains endroits, il devient plus étroit, plus étranglé et parfois difficile à la saison sèche : les rochers apparaissent et les tourbillons deviennent plus violents. L’arrivée éventuelle de ces bateaux touristiques inquiète les autorités de la maison du patrimoine. Car le flux touristique chinois suivi par la construction éventuelle des équipements pour les réceptionner menacerait la minuscule Péninsule.100 I. II. c. Les enjeux spatiaux dans les territoires de concession Ce qui peut être inscrit comme territoire de concession, ce sont des territoires d’exploitation minière et des territoires qui font l’objet de baux de longue durée. Deux cas d’étude nous ont interpelés et nous ont permis de comprendre comment un territoire peut-il aujourd’hui devenir marginal ou au contraire entrer en phase d’émergence : les sites de concession de Botén et d’exploitation minière de Sépone. I. II. c. 1. Les enjeux spatiaux dans la zone de concession de Botén 97 Pierre-Bernard Lafont, Le royaume de Jyn Khen, Chronique d’un royaume tay Loe2 du haut Mékong (XVe -XXe siècles), Ed. L’Harmattan, Paris 1998. 98 Pour observer cet axe nous avons effectué la descente du fleuve seulement entre Xieng Kok et Tonh Pheung. 99 En 2006, nous avons pu visiter un tour-opérator d’origine du Yunnan installé à Luang Prabang. On pouvait voir exposer sur les murs du show-room les cartes touristiques du Sud de la Chine et les informations les concernant ainsi que les informations sur Luang Prabang, tout écrit en mandarin. 100 Selon l’interview de l’un des anciens experts qui a travaillé à la Maison du Patrimoine et qui vit toujours à Luang Prabang. En juillet 2009, nous avons l’occasion de réinterroger le bureau fluvial de Luang Prabang, celui-ci nous confirme qu’il n’y a pas de bateaux chinois qui débarquent directement à Luang Prabang. Les touristes chinois ou autres qui viennent du Triangle d’or ou de Chine seraient obligés de changer de bateau à Pak Beng pour pouvoir arriver jusqu’à Luang Prabang. Par contre, il serait tout à fait possible un jour prochain que les bateaux chinois arrivent directement à Luang Prabang si des tour-opérators organisent spécifiquement ce parcours.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 59 - La zone de concession de Botén s’implante dans une zone proche de la frontière chinoise. La ville chinoise de Mohan est située à 2 kilomètres. Regroupant les petites plaines rizicoles enclavées entre collines et forêts claires, la zone appartenait ou du moins était cultivée par les villageois de trois villages anciens. Botén, l’un des trois, est le plus important. Il est fondé depuis près de 247 ans101 par Phraya Khun Muang [rtpk05og,nv’] un seigneur lü qui venait du Xishuangbanna accompagné d’une trentaine de familles. Le vieux village, situé à un kilomètre de la zone aménagée et appelée Golden Boten City, est habité par environ 200 familles Tai Lü. Et l’emprise actuelle de la Golden Boten City était des rizières immergées appartenant au domaine du vieux village. En raison de l’ampleur et de l’ambition de la concession qui doit s’étendre sur l’ensemble de la zone, la concession obtient de l’autorité provinciale 1640 hectares de terrain. Le territoire du village Botén fait alors partie du périmètre d’extension immédiate de la concession. Les caractéristiques de la Golden Boten City D’après les villageois, la concession s’implante dans les rizières du vieux village. Et non pas dans “ une zone non occupée et en friche ” (sic)102 comme l’auraient déclaré les autorités locales auprès du gouvernement central. Le site est à cheval sur une Route nationale en direction de la frontière chinoise, Mohan se trouvant à 2 kilomètres plus loin. La plus grande partie du site occupe le côté ouest de la route. D’après les villageois, la durée de la concession serait de 30 ans, selon les informations qui leur ont été données au départ. Mais elle serait en réalité de 90 ans. « Pour les Chinois, c’est un achat définitif. Nous souhaitons que les autorités nous donnent des explications claires, qu’elles nous disent la vérité », nous confient les villageois. Le fait que ces derniers évoquent avec insistance les termes “ concession de 30 ans ” et “ achat définitif” tout en les distinguant, nous montre d’un côté leur espoir de retrouver trente ans après leur terre, et de l’autre, leur angoisse de perdre à jamais leur terre ancestrale. La partie construite actuelle de la concession, qui est l’une des parties de Golden Boten City I (il y a aussi Golden Boten City II), est composée de cinq zones : la zone du grand casino-hôtel, la zone d’habitation commerciale (celle-ci est formée de compartiments peu profonds mais intercalés de maisons chinoises à cour), les immeubles de logement de plusieurs étages, les terrains viabilisés en cours de construction, les grands magasins et stocks, où chacun peut occuper un îlot entier. Les accès et le fonctionnement de Golden Botén City Le site est accessible de deux manières : par l’entrée principale et par l’entrée « chinoise ». Lorsque l’on vient de la frontière chinoise et lorsque l’on veut passer par l’entrée principale, on doit passer par le point de contrôle de police laotienne des frontières, avec les papiers en règle. Quant à l’entrée chinoise, elle est spécifiquement aménagée depuis la frontière. Elle permet un accès direct sur le site contournant le poste de contrôle de la police laotienne. Cela veut dire que le bureau de l’immigration laotien ne peut pas contrôler cette entrée et donc ne peut connaître le nombre des entrées d’immigrés qui empruntent cet accès pour pénétrer dans le sol de la RDPL et aller ainsi dans les autres villes sans être contrôlés, à moins de l’être plus tard au niveau des postes de contrôle sur les routes, de manière aléatoire. Le mode d’occupation Dans Golden Botén City, les entreprises chinoises construisent les compartiments combinant habitation et commerce et font appel aux commerçants chinois majoritairement d’origine du Yunnan pour venir s’y installer. Les baux sont annuels et coûteraient environ 25 000 bath l’année. Pour les mall, la location coûterait plus chère, ainsi que les habitations à cour. Les 101 Enquête menée à Botén en 2008. 102 D’après les villageois, ces propos auraient été tenus par un administrateur de la province.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 60 - immeubles d’appartements sont davantage réservés pour le personnel du casino et de l’hôtel qui négocie un prix de loyer en rapport avec leur emploi. La Golden Botén city ne possède pas vraiment de centre : seule la rue qui longe la façade du grand hôtel-casino semble faire office de centre et la rue qui lui est perpendiculaire semble vouloir en constituer l’annexe. Le bâtiment du casino est adossé au flanc d’une colline. La vue est donc orientée vers une aire dégagée, mais un peu plus loin cette aire est fermée par la forêt et des collines. Dans l’ensemble, la façade du casino n’a pas d’ouverture panoramique sur le paysage. Le Feng Shui (Ngo Hèng pour les Lao) concernant l’espace de jeux et de commerce dicte sans doute cette disposition : une vue ouverte serait mauvaise pour la fluctuation de l’argent du casino. Tout comme l’orientation du casino de Danesavanh,103 au lieu de profiter d’une vue panoramique sur le lac de la Nam Ngum, le casino lui tourne le dos pour faire face à une vue fermée. Dans ce cas, les points cardinaux semblent peu importants. Les habitants et les fréquentations Les habitants sont uniquement chinois. Il y a quelques Laotiens parmi le personnel du casino, croupiers et femmes de ménage. Les clients sont majoritairement chinois, les Thaïs et Lao ne sont pas très nombreux. Les clients thaïs passent par Chiang Kong et empruntent la route n°3 pour remonter vers le site. Les clients laotiens, au nombre très limité, viennent généralement de Vientiane. Ici, on ne parle que chinois, apparemment cantonais et quelques langues du Yunnan. Seul le directeur de l’hôtel parle un peu l’anglais. Les panneaux, les devantures et autres signalisations sont en Chinois, les plaques d’immatriculation également, enfin lorsque les voitures sont immatriculées : souvent elles ne le sont pas. Parfois on remarque des caractères en Lü en bas du Chinois sur les plaques. Dans ce cas, ce sont des voitures immatriculées dans le Yunnan, utilisant le lü comme deuxième langue. Le contrôle de l’immigration et la sécurité La police ou l’unité de surveillance de la cité est uniquement chinoise. Les autorités laotiennes et la police n’interviennent pas dans les affaires qui auraient eu lieu sur le site. Il n’y a pas de contrôle de l’immigration, les dispositifs administratifs généraux appliqués aux villages laotiens ne sont pas appliqués ici. Les affaires criminelles qui se produisent dans la cité sont directement traitées et réglées par la police chinoise sans que les autorités laotiennes interviennent. C’est un monde complètement clos à la loi laotienne et à la société locale, une enclave à l’intérieur du sol de la RPD Lao. Par exemple, lorsque parfois il y a des règlements de comptes entre joueurs ou entre trafiquants, les affaires se règlent à la va-vite souvent sans l’intervention de la justice. Ce côté “ sans foi, ni loi ” est clairement souligné par les villageois de Botén interviewés. Ils expriment clairement leur crainte mélangée de dégoût par rapport à la cité où ils hésitent à venir.104 La vie sociale et les activités Les familles chinoises ouvrent des petits commerces de toutes sortes. Mis à part les adultes actifs, nous remarquons des enfants en bas âge et les grands-parents toujours en âge de travailler (entre 50 et 60 ans), cependant nous n’avons pas noté la présence d’école. Les célibataires semblent occuper les commerces de vêtements (souvent, des imitations de grandes marques), gestionnaires de guest-house et de restaurants, etc. Ils occupent le plus souvent des habitations à cour, où il y a plusieurs chambres utilisant la cour comme espace commun : étendre le linge, se garer, faire la 103 Le casino de Danesavanh, qui donne sur le lac Nam Ngum, est construit dans la zone de réserve naturelle de la montagne Phu Khao Khouay, près de Ban Kheun, province de Vientiane. 104 « Quand ils se tuent entre eux, sans doute à cause des jeux, ils enterrent les morts comme ça, comme des chiens sans cérémonie religieuse, ils nous font peur ces gens-là. D’ailleurs les jeunes (Lao) qui travaillent au casino, parfois quittent leur emploi sans prendre leur salaire, tellement ils ont peur de travailler là-bas. On ne sait jamais : parfois les perdants pensent que les croupiers sont de mèches avec les gagnants, alors ils peuvent être butés comme ça dans leur chambre ! ». Propos recueillis dans un village tai lu, Botén en 2008.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 61 - cuisine, ou même faire salon. Nous ne remarquons pas non plus d’espace religieux dans la cité, seulement des petites maisons des ancêtres, posées à même le sol. Nous remarquons la présence de réseaux de trafiquants et de joueurs, sans doute les patrons des différentes affaires et boutiques ouvertes dans la cité, et aussi de « la pègre qui vient s’y planquer », comme le soulignent les villageois. À part le casino, il y a toutes sortes de commerces : 105 magasins de vêtements, salons de coiffure, salons de jeux, restaurants, hôtels, marchands de meubles, mini-mart, négociants importexport, grossistes, etc. Nous remarquons également des hangars de stockage et un nombre important de camions de transport. Les produits sont incontestablement en transit dans la cité avant d’être écoulés vers les autres villes du Laos et probablement aussi vers les villes thaïes. Nous retrouvons ces mêmes produits dans les supermarchés chinois de Vientiane, par exemple. C’est également un lieu de transit des personnes : les Chinois passent en fait par la cité avant de continuer leur route vers les autres villes du pays, accompagnant le parcours des produits à écouler. Le vieux village de Botén et les conditions de la concession Du fait que le vieux village fait partie des 1640 hectares de la concession, un ordre officiel a été donné à la population d’évacuer le lieu en février 2008. Les conditions du déplacement étaient : - Pour cette concession et selon le contrat, les entreprises chinoises paient à la province 100 000 000 kips par hectare, mais la population n’a été indemnisée que de 50 000 000 kips par hectare.106 - Le nouveau site d’accueil du village de Botén déplacé se trouve à 6 kilomètres du vieux village actuel que les Chinois ont en partie déjà débroussaillé.107 - Le site d’accueil est un terrain vide, avec une topographie irrégulière, sans infrastructure de base comme l’eau potable, l’électricité, école et monastère ; le réseau électrique passant uniquement sur la grande route. - Le site d’accueil n’a pas de domaine forestier, ni de domaine agricole. Si les villageois le veulent, il faut qu’ils achètent eux-mêmes les terrains, sachant que les terres plates entre les collines pour aménager de nouvelles rizières immergées sont rares. Celles qui existent sont déjà occupées soit par d’autres villages existant soit déjà exploitées en rizière. Cela signifie que chaque famille aura seulement un terrain à bâtir et n’aura pas de terre pour aménager des rizières, des vergers et des jardins potagers autour de leur habitation. - Les terrains à bâtir sont parcellisés. Au début il était question de parcelle de 20x20 m pour chaque maison, aujourd’hui elle est réduite à 13x17 m. Après négociation, la taille de la parcelle est apparemment passée à 14x19 m. Depuis que l’ordonnance sur le déplacement du village a été décrétée, les villageois n’ont plus le droit de cultiver leurs rizières, ni couper le bois de la forêt au pied du village, restant de la première étape de la concession. Ils ne cultivent donc plus de riz depuis deux saisons ni de potager, n’ayant plus le droit d’utiliser le sol sur lequel ils vivent depuis près de trois siècles. Depuis deux ans, la population a dû donc en partie acheter du riz, les réserves des greniers des saisons passées étant épuisées, conséquence de la réduction des zones de rizières et à l’interdiction d’y cultiver dans les terres jouxtant et entourant le village. En février 2008, un groupe de villageois se fait séquestrer quelques heures suite aux conflits avec les gardiens de la concession : en coupant quelques troncs d’arbre de la forêt communale pour réparer le samosone [lt3,lvo], sorte de maison communale du village, ils ont été arrêtés pour violation de propriété de la concession. 105 Le service de call girls, officiellement prohibé au Laos, destiné au grand hôtel et aux guest-houses est courant, puisque sur toutes les tables de chevet des chambres, il y a des documents plastifiés indiquant en chinois les numéros de téléphone avec photos de jeunes femmes, hôtesses et accompagnatrices. 106 Environ 11 000 USD l’hectare. Mais la population aurait été indemnisée à environ 5 500 USD l’hectare. 107 Les deux autres villages ont déjà été déplacés au bord de la route. Nous n’avons donc pas pu avoir des informations in situ sur les deux autres anciens villages.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 62 - Mis à part le problème des terres, il y a d’autres aspects qui expliquent la mauvaise perception de la cité chinoise par les villageois. D’abord, la main d’œuvre locale n’a pas été engagée pour la construction du complexe du casino et de la cité. Apparemment, aucun programme de formation préalable n’a été organisé. Le personnel laotien de l’hôtel et du casino a été licencié en grand nombre pour incompétence et remplacé par du personnel chinois. Ceux qui ont pu rester, se voient réduire leur salaire. L’insécurité du milieu du jeu et la menace des joueurs, souvent « des mafieux venant de Chine » (d’après les villageois), fait régner la peur dans le milieu des travailleurs laotiens. Avec les règlements de comptes dans le milieu chinois, les croupiers laotiens quittent parfois en cachette le site sans réclamer leur salaire. Par ailleurs, les villageois n’ont pas le droit de venir vendre leurs produits (fruits et légumes) dans cette zone. Au début, les produits de consommation du casino et du complexe venaient directement de Chine, puis peu à peu, les habitants chinois de la cité ont commencé à les cultiver eux-mêmes. Il y a donc très peu d’échanges entre les habitants de la cité et les villageois. Au-delà des conflits, “ le drame ” Habituellement la parcelle de l’habitation lü, comme ceux des autres Lao, est assez vaste, en particulier en ce qui concerne les habitations se trouvant dans les villages ruraux. La maison lü, proprement dite, est également assez grande, moins découpée par les espaces extérieurs, tels les Sya et les San (terrasse couverte et découverte) que des maisons lao tai de la basse plaine. Dans la maison lü, toute la famille habite ensemble : les filles mariées continuent à vivre avec leur mari un certain temps dans la maison familiale. La parcelle d’habitation possède de nombreux espaces utilitaires, tels un jardin où l’on plante des légumes et des herbes aromatiques quotidiennement utilisées, un espace réservé pour l’élevage (vaches, cochons, oies, canards, poulets, etc.), un puits, parfois un bassin d’eau pour les plantes aquatiques et les poissons, et enfin un espace de travail (réserve de bois de construction, machines agricoles, etc.). L’habitation rurale lü (cas de Botén) occupe donc une parcelle beaucoup plus grande que celle se trouvant dans la cité. La parcelle citadine (au sein des remparts d’après le cas de Muang Sing) est un peu plus réduite. Elle mesure 25 x 25 m (625m2 ). Or les parcelles redonnées à chaque maison dans le nouveau site, sont de 13 x 17m ou 14 x 19m, ce qui correspond dans les deux cas à la parcellisation de compartiment, une typologie méconnue traditionnellement dans le mode de vie lü. Ils estiment donc que les parcelles données dans le nouveau site d’accueil sont trop étroites et trop petites. Leurs uniques activités de subsistance à Botén étant l’agriculture (le riz en saison des pluies et le jardin en saison sèche), l’élevage et l’exploitation de la mine de sel, le fait de se retrouver –à l’issue du projet de concession– avec un terrain d’habitation réduit et privé de terrain agricole (et de mine de sel) représente pour les Lü un drame. Pour eux, le site n’est pas propice pour implanter le nouveau village : trop proche –avec pentes abruptes– du bord de la grande route de passage, avec risque d’éboulement de terrain et de coulées de boue en saison des pluies. Malgré ces mauvaises conditions, les villageois se résignent à évacuer le village vers marsavril 2008. Le 15 février de la même année ils ont dû procéder au déplacement de l’esprit du village par un rituel (gnaï phi ban. pkhpzu[kho). À cause du déplacement, les villageois n’ont ni le temps, ni les moyens d’entretenir leur monastère : les moines ont déjà abandonné le monastère. Certains d’entre eux rentrent chez eux, d’autres retournent à Muang Sing. À notre passage le monastère était déjà abandonné. La construction d’une nouvelle pagode dans le nouveau site pose aussi problème : il va falloir de nouveau le construire avec leur propre moyen, n’ayant pas ces moyens, cela va prendre du temps : « notre village sans pagode à quoi va-t-il ressembler ». Le mode de contribution communautaire traditionnel ne pourra pas être appliqué ici : les villageois n’ont plus de surplus pour des œuvres communautaires, n’ayant plus de rizières et devant acheter le riz pour vivre. La Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 63 - réception de la zone de concession de Botén par les villageois se fait donc avec amertume. Ils se sentent “ abandonnés ” par le parti-Etat. 108 I. II. c. 2. Les enjeux spatiaux dans les sites miniers Lan Xang Mineral ou la mine de Sépone est située dans la province de Savannakhet, dans le district de Vilaboury. Deux villages sont directement concernés par la concession : Ban Phu Kham et Ban Boun. Le camp de la compagnie a été construit en rassemblant plus ou moins les deux villages. L’ensemble forme ainsi Muang Vilaboury, ce qui explique toute la difficulté de la gestion du site et de son rapport avec le district de Vilaboury. Celui-ci est par ailleurs devenu peu à peu une ville grâce à la création du camp de la mine. Les agents de la compagnie minière, majoritairement anglophones et australiens l’appellent Vilaboury Town, alors que son nom d’origine est Bounkham. Si l’ensemble du site semble fédéré par un lieu commun qu’est la ville nouvellement installée, les trois ensembles spatiaux et sociaux –qui sont la ville, le camp formé par deux villages, et les implantations disparates constituées par les migrants – sont en réalité assez désarticulés entre eux. Le camp n’a pas été réfléchi et construit pour une intégration urbaine présente et future. Selon une autre logique, les migrants s’installent progressivement dans les environs, attirés par les emplois de la mine. Les populations qui sont ethniquement distinctes tendent à vivre séparément et à créer des espaces désarticulés. D’une manière générale, même si nous ne citons que les villages les plus proches du camp, les mines attirent en réalité une migration de tout le pays. Les personnes viennent de loin pour espérer un travail lorsqu’elles ont certaines qualifications. Par contre, il y a aussi de nombreux petits groupes de minorités ethniques qui vivent dans les environs proches et lointains, eux aussi essaient de vivre de certaines retombées des mines. Contrairement à Lan Xang Mineral, le camp de la compagnie Phu Bia Mining est construit de manière distincte des deux villages existants qui sont dans le périmètre limitrophe du site. Le choix de cette distinction est probablement lié aux mauvaises expériences de Lan Xang Mineral, qui a créé son camp dans la ville de Vilaboury même. À Phu Bia, il y a donc trois unités séparées : les deux villages et le camp de la mine. La migration attirée par la mine est majoritairement d’origine Hmong, car le site est situé dans l’ancienne zone spéciale de Xaysomboun. Dans l’immédiat, la volonté de la compagnie est d’isoler le camp minier du reste de la population des villages voisins afin de faciliter la gestion du site par la compagnie. La compagnie se débarrasse ainsi des responsabilités concernant les migrants qui se massent de manière anarchique en dehors de son camp. Mais à terme, une question d’intégration et de durabilité doit se poser aux gestionnaires du site d’une manière ou d’une autre –et elle se pose déjà, du moins elle doit les mettre dans un certain embarras. Lorsque les problèmes sociaux de l’extérieur du camp mais liés aux activités de la mine deviendront visibles, lorsque le provisoire du campement aurait duré trop longtemps, cela obligera à réfléchir sur le statut d’un véritable établissement, d’une organisation sociale et politique durable. La manière de gérer le site pose dans tous les cas un certain nombre de questions aux autorités locales et gouvernementales qui doivent rechercher une perspective pour ce type de site, dès à présent et dans un avenir proche. 108 « Exploités et trompés par les Chinois avec la complicité des autorités locales qui, non seulement, n’ont pas su défendre les intérêts du peuple, en plus de cela, elles participent à réduire la population du village dans la pauvreté et le dénuement sur le long terme. Nous avons été trahis par nos compatriotes, ils laissent ces gens nous dépouiller des biens de nos ancêtres à nos dépens et sans scrupule. » Ils ont mentionné à tord ou à raison à plusieurs reprises durant notre interview l’autorité du district et de la province qu’ils ont désigné comme responsables de leur malheur. L’antenne villageoise du Front pour d’Édification nationale –auprès de qui nous avons reccueilli les informations– a déjà adressé trois requêtes au gouvernement central via le chef du district et le gouverneur de la province, mais d’après lui ces requêtes sont restées lettre morte. Lorsque nous avons visité le village, le Comité du Front pour l’Édification nationale nous a fait part de son intention d’apporter en main propre les requêtes et protestations au gouvernement central en passant par le siège du Front d’Édification nationale à Vientiane et par le bureau des requêtes de l’Assemblée nationale, comme dernier espoir pour se faire entendre.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 64 - I. II. d. Une intégration régionale pour quelle intégration nationale et locale ? La marginalisation ou, au contraire, l’émergence des territoires soulèvent en fait la question d’intégration locale et nationale pour une intégration régionale encore incertaine. Cela met en évidence la capacité ou l’incapacité des établissements et des politiques territoriales à s’intégrer dans les nouveaux enjeux du développement à travers la mise en place des pôles d’attraction économique, des corridors économiques et des territoires de concession censés favoriser le développement économique mais aussi social. Leur mise en place est devenue le principal élément révélateur à l’égard de la question de souveraineté politique et territoriale et à l’égard de la problématique d’échelle, d’intégration ou de disparité sociale et territoriale des territoires concernés dont nous tentons ici de comprendre le principe. I. II. d. 1. La question de souveraineté La question de souveraineté politique et administrative des territoires est clairement remise en question par la construction des projets : que ce soit des projets de renforcement des pôles, des projets de corridors et de zones économiques ou des projets de concessions précédemment évoqués. Les programmes et les projets de ce type ne constituent pas en soit une menace pour la souveraineté politique des territoires, mais les cas que nous venons d’expliciter mettent clairement en porte-à- faux la souveraineté politique de l’État lao, car en examinant les projets, après qu’ils soient mis en service, le gouvernement laotien constate que dans la zone de concession de Botén les autorités laotiennes ne peuvent intervenir et l’immigration chinoise est incontrôlable. L’insécurité civile, la criminalité qui ne cesse d’inquiéter la population locale peut se propager dans les localités limitrophes. De fait, ce territoire semble complètement autonome dans le sens où, tout en étant sur le territoire national, il est hors du contrôle des autorités laotiennes. C’est un lieu marginalisé, un territoire non intégré dans la logique nationale tant du point de vue humain et social, que politique et économique. Le cas de Botén explicite une dislocation certaine du territoire et des frontières et aussi une défaillance de l’appareil administratif déconcentré de la province. Il met en évidence également l’un des aspects de la régionalisation. D’un côté, la province de Luang Nam Tha serait plus proche et plus attirée par la “ richesse ” de la province du Yunnan, ses productions et ses investisseurs, et de l’autre, les capitaux chinois trouvent moins de contraintes et plus de facilités à investir dans le Nord du Laos que dans les provinces intérieures de la Chine elle-même. Cette forme d’intégration régionale localisée dans le cas du Nord-Laos serait-elle un processus consensuel, même s’il entraîne une forme de désintégration territoriale. Ce serait, alors, le prix à payer pour une intégration régionale à plus grande échelle. S’agit-il d’un cas particulier où des vices de forme et de dysfonctionnement peuvent exister, induits par une certaine incompétence de l’autorité administrative et politique dans sa manière de se rendre souveraine, de gérer ses territoires et gouverner ses citoyens ? Pour répondre à cette question, il faut probablement examiner plusieurs projets à la fois et la réponse se trouverait sans doute un peu dans toutes les interrogations posées. En tout cas le gouvernement central est interpelé par les questions de souveraineté soulevées par les projets. Le projet de Botén a été discuté dans le haut appareil décisionnel. Mais nous n’avons pas pu avoir d’informations sur les conclusions de cette consultation. Nous pensons que la décision officielle, qui oblige les gouverneurs de province à transférer au gouvernement central toutes décisions concernant les projets d’investissements étrangers dont les capitaux sont égaux et/ou supérieurs à un million de dollars, serait issue de cette consultation. Mais il semble que cette décision ne règle pas vraiment le problème, car il suffisait de sectionner les capitaux en petites parts et en petits projets, de telles sortes qu’ils soient toujours inférieurs à un million de dollars pour que les contrats puissent être Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 65 - décidés au niveau provincial et donc librement traités.109 Jusqu’à ce jour, aucune autorité administrative provinciale au Laos ne possède les compétences et les capacités techniques pour valider et évaluer un projet ou un programme de développement, encore moins à procéder aux études d’impact, du moins à réaliser un cahier des charges préliminaire déléguant aux organismes compétents l’évaluation ou l’étude des projets en question. I. II. d. 2. La question d’échelle : liaison ou conflit d’échelle entre le local et le régional La question d’échelle entre le local et le régional est ici au cœur du problème de développement dans la mesure où les États espèrent que le réseau régional devienne un instrument de développement à grande échelle. Là encore nous constatons à travers les cas observés qu’entre la théorie et la pratique il y a de grands écarts. Dans la pratique, il n’y a pas de problème de principe ni d’idéologie, mais le problème se situe dans le manque de réflexion d’ordre méthodologique qui aurait permis de passer du local au régional ou à l’international sans endommager ou sacrifier le local. Pourtant, les solutions ou du moins, les compromis entre les deux échelles doivent exister, mais nécessitent une volonté et une fermeté dans la mise en œuvre des projets, fine et réaliste, tous champs de connaissance confondus. En attendant, les populations concernées sont plus confrontées qu’intégrées dans cette forme de régionalisation et d’internationalisation. Dans certains cas, elle constitue même une menace pour leur existence. Les populations les plus fragiles sont issues des sociétés rurales et souvent des minorités ethniques, dont la cohésion sociale est profondément liée à la structure agraire et à la forme d’exploitation de la forêt ou des friches forestières. La déstructuration de leur rapport aux sols et à la forêt bouleverserait profondément leur structure sociale et économique. À cette question, le cas des populations de Botén dépossédées de leurs terres ne semble pas le plus dramatique, car il y aurait pire dans d’autres sites. Les Lü sont des Tai vivant de la culture de rizière immergée et pratiquant secondairement l’essart (haï)110 pour cultiver d’autres plantes que le riz. Ce groupe possède traditionnellement une culture urbaine, ou du moins, une culture du muang. Ils savent domestiquer et s’approprier des éléments extérieurs de leurs milieux assez aisément. Ils s’adaptent, comme tous les Tai, plus rapidement que les autres groupes ethniques du Laos à des contextes de changement les plus difficiles. Les “ affaires de Boten ” ne démontreraient pas le contraire, mais nous pouvons constater que leur capacité d’adaptation rencontre ici des limites, parce qu’il s’agit des questions de terres –des questions auxquelles la structure sociale tai est profondément attachée. Rappelons, par exemple, qu’une des raisons qui ont fait fuir plus de 15% de la population du pays était bien la réforme agraire et foncière mise en place par le nouveau régime en 1976. Les travaux d’anthropologie d’Olivier Évrard111 ont démontré les cas d’extrême fragilité des Khmu menacés dans la déstructuration de leur système agraire, en partie par la politique de réduction de la culture sur brûlis et de la déforestation, mise en œuvre par le gouvernement. Le parallélisme rapide entre les deux communautés a pour objectif de montrer que le rapport à la terre de ces communautés est fort profond, et même si le degré de déstructuration n’est pas le même, les sociétés peuvent être menacées au même titre. La seule différence, c’est que les Khmu ou autres groupes proches peuvent diminuer en nombre ou connaître une mobilité plus grande sur le court et le long terme. Ils peuvent quitter leur village pour venir en ville dans l’état d’errance et d’extrême dénuement. On peut les voir parfois en ville faisant la mendicité, ou dans les chantiers de 109 En 2009, les petits projets de concession de plantation (d’hévéas notamment) qui n’atteignent pas le million de dollars continuent à être traités ainsi dans les provinces nord du Laos sans qu’ils soient soumis au gouvernement central. 110 Type de terre et type de technique agricole en terre exondée et dans la forêt claire. La pratique du haï chez les Lao n’est pas tout à fait la culture sur brûlis pratiquée par les Hmong par exemple. Le haï des Lao n’est pas loin du village, il se situe en fait entre les rizières et la forêt, il n’est pas itinérant mais fixe. Le haï est surtout pratiqué en saison de repos par rapport aux travaux de rizière. 111 Olivier Évrard, Chroniques des cendres, Éd. IRD, Coll. À travers Champs, Paris 2006.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 66 - construction demandant du travail. Alors que les Tai Lü de Botén ne courent pas les mêmes risques. N’ayant plus de terre à cultiver, ni même de parcelles pour habiter (pour les hommes, les esprits du village, les esprits de la maison), les réserves ayant été épuisées et devant acheter du riz, les Lü de Botén s’appauvrissent rapidement, situation qui entre en contradiction avec la politique de sécurité alimentaire, parmi les priorités de l’État. Dans ce cas, deux scénarios seraient possibles pour les Lü. Pour le scénario 1 : les conflits entre les communautés autour du territoire de concession et les gens de la concession risquent de s’aggraver au fur et à mesure que la pauvreté s’installe dans les villages. Ce sont des conflits dont nous prévoyons difficilement les issues. Pour le scénario 2 : les Lü risquent d’abandonner les zones rétribuées par la concession pour rejoindre les capitales provinciales limitrophes, telles que Luang Namtha et Muang Sing, ou encore il n’est pas improbable qu’ils puissent rejoindre les autres villes lü en Birmanie ou en Chine, avec lesquelles ils évoquaient souvent leur attachement par le fait qu’ils ont encore des liens familiaux. Si l’un des deux scénarios peut s’avérer possible sur le long terme, il semble clair que la répartition ancienne des populations tai lü dans le Nord-Laos, qui fondait l’identité culturelle et l’équilibre de cette région du pays, serait bouleversée. Dans ce contexte, la sinisation millénaire démontre encore sa réalité : le territoire du Xishuangbanna déjà complètement sinisé, mais qui assumait de fait une fonction d’espace tampon de démarcation culturelle entre un espace tai préservé et un espace multiethnique sinisé, n’assumerait plus son rôle. I. II. d. 3. L’intégration ou la disparité régionale : déplacement de la population et projet social Si la question d’intégration, ou au contraire de disparité, n’est pas idéologique mais plutôt méthodologique, il est primordial de comprendre à travers quel champ d’intervention ces processus ont-ils été suscités, s’agissant des interventions publiques ou privées. Les questions concernant le déplacement de la population et le projet social Le déplacement de la population hors d’un site qui fait l’objet de développement, quelle que soit la nature des projets, suscite déjà à première vue des questions de méthode. À l’heure actuelle et dans le principe général du développement, qu’il soit labellisé “ durable ” ou pas, nous pouvons nous poser la question s’il est nécessaire de déplacer la population du territoire qui fait l’objet de développement. Ici, l’action semble déjà contrarier l’idée. Pourquoi cette population ne ferait-elle pas, elle-même, partie de l’objet de développement ? Le relogement comme le propose l’Autorité de la zone économique spéciale (SEZA. Special Economic Zone Authority) pour la population déplacée, semble être une bonne compensation, mais apporte un changement dans le cadre de vie de la population. Des projets de telle ampleur, nécessitant de grands territoires, doivent susciter indirectement l’idée de projet de société. Mais la création d’emplois, accompagnée de l’apparition de nouvelles formes d’emplois, induit plutôt de nouveaux modes de vie, de nouvelles formes de société. Il s’agit souvent de reconvertir les ruraux aux emplois d’ouvrier dans les chantiers de construction, dans les usines et les fabriques, etc. Cela résume-t-il le projet de société dont nous parlons ? Les territoires annexés ou proches des zones de concession sont, de fait, dépendants des retombées des activités de ces zones, en particulier avec la création d’emplois lors de la construction des projets. Seul Botén fait exception puisque les villageois nous expliquent que la main d’œuvre villageoise n’a pas été engagée pour la construction du complexe. Et parmi les croupiers du casino et le personnel de service du grand hôtel, il n’y a que quelques jeunes du village et ceux qui viennent des autres provinces. Dans la zone économique spéciale Savanh-SENO, nous pouvons espérer la création d’emplois, du moins leur maintien une fois les chantiers achevés, tels les emplois de services que la zone va générer. En ce qui concerne les zones et villages touchés par la construction des barrages hydroélectriques (à court et à moyen terme) et par la zone de concession des mines (à long terme), après l’achèvement des travaux et des exploitations, il y aurait a priori moins d’emplois, ou alors dans certains cas, il n’y en aurait plus du tout. Comment vont se développer les zones et les villages en question, autour de quoi ces unités peuvent-elles exister ? À Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 67 - ces questions, quelques rares organisations non-gouvernementales travaillent sur “ l’après-projet ”. Les sociétés d’exploitations minières elles-mêmes montent quelques projets dans le secteur du développement rural afin de réduire certains impacts. Évoquons encore comme exemple les deux projets miniers : Lan Xang Mineral et Phu Bia Mining. Comment ont-ils répondu aux questions qui s’avèrent être déjà des problèmes d’actualité ? Dans le cadre des projets miniers : Lan Xang Mineral et Phu Bia Mining112 À Sépone, les mesures de contrôle de l’immigration dans la zone de concession ont pour objectif d’éviter que les quartiers ou villages se construisent anarchiquement dans les alentours, au quel cas la compagnie sera tenue responsable. Les migrants (internes) qui espèrent trouver du travail en s’installant provisoirement finissent par ouvrir de petits commerces. Leur nombre devient croissant et les gestionnaires de la compagnie de la mine ne peuvent pas les contrôler ni les gérer. Les mesures mises en place par la compagnie consistent pour les demandeurs d’emploi à prouver qu’ils vivaient auparavant dans les villages alentours. Ceux qui ne peuvent pas l’attester ne peuvent espérer une embauche. Et lorsqu’ils décident de s’installer malgré tout dans les alentours, la compagnie se dit qu’elle n’est pas responsable de ces personnes, au cas où il y aurait des problèmes. Cette mesure paraît peu efficace puisque le nombre des migrants a quand même doublé. Par ailleurs, le nombre des fonctionnaires qui viennent travailler à Vilaboury a également doublé entre l’avant et l’après installation de la mine, parce que les besoins de l’administration de la ville de Vilaboury semblent augmenter proportionnellement au nombre des habitants. La désarticulation spatiale et sociale est explicite entre autres dans les conflits entre l’administration de la mine (à majorité australienne) et l’autorité locale du district concernant l’utilisation des fonds financiers que la mine octroie chaque année pour être affectés aux travaux de développement rural, à la construction des infrastructures et des équipements, destinés aux populations touchées directement par l’exploitation de la mine, tels notamment les villageois déplacés. Or l’administration locale semble raisonner, dans ce cas précis, en termes de développement global d’une région. Les autorités souhaitent en fait consolider les villages des alentours dans l’idée de ville nouvelle que le contexte de l’exploitation de la mine aurait favorisée. Et les fonds doivent être affectés à l’ensemble des besoins du district. Elles ne raisonnent pas en termes de petites zones localisées, avec des responsabilités limitées au rayon d’impact direct des activités de la mine ou aux populations touchées par la mine, comme le souhaite la compagnie minière. Il paraît clair que raisonner de manière limitée et focalisée seulement aux éléments touchés par la mine, c’est différer un certain nombre de problèmes aux responsabilités du pouvoir local. Du point de vue administratif et en terme de développement, il est difficilement approprié de raisonner ainsi dans la mesure où le camp minier fait partie du district de Vilaboury. Ce constat a sans doute apporté quelques enseignements à Phu Bia Mining qui décide de construire son camp distinctement des villages existants. Ensuite, mise à part la main d’œuvre demandée et gérée directement par les compagnies minières, la migration, qui n’est pas administrée par leur administration, mais attirée par l’emploi de la mine, doit se constituer à part. Parmi ce groupement, le camp fait donc monde à part et rien ne relie les différents groupes. Les deux contextes (projets de développement des Zones économiques, et projets d’exploitations minières) se différencient fondamentalement par le fait que l’un inscrit le projet de ville et d’activités humaines dans son contenu comme objet, alors que l’autre n’inscrit pas la dimension humaine et ni le cadre de vie dans sa programmation, parce que c’est une exploitation de ressources naturelles qui se veut être hors de la portée directe des sites habités. Ce justificatif est à toute évidence obsolète : les projets d’exploitations minières et d’énergie hydroélectrique ont des 112 Certaines données ont été recueillies lors des interviews de Julien Rossard, agronome ayant travaillé au sein de Phu Bia Mining entre 2007 et 2009.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 68 - impacts plus grands et plus durables sur l’environnement et le cadre de vie humain par rapport aux autres projets. Les mines d’or et les barrages actuellement en plein essor déplacent et drainent autant de monde durant leur mise en œuvre, période qui peut s’étendre sur plusieurs années. Et durant ces années le mode d’habitat reste sous forme de campement aussi bien pour les personnels expatriés et ouvriers que pour les habitants des nouveaux villages qui se forment dans les alentours. Il est flagrant de constater que l’aménagement de ces zones d’habitation n’a jamais fait l’objet de réflexion en terme spatial en cohérence avec les unités sociales en constitution et en évolution, audelà de la conception du camp provisoire. Vu le nombre des individus et la variété des unités sociales et ethniques installées sur les sites, ainsi que les relations sociales qui devraient se tisser entre ces communautés, l’aménagement de tels territoires ne devrait-il pas dépasser le cadre du campement et ne devrait-il pas être vu comme de véritables établissements, de véritables villes, et donc de véritables projets de société ? Or cela n’a pas été ainsi conçu. Même si elle est probablement en train de devenir une nouvelle ville, Vilaboury town n’est pas issue de la volonté de la société minière, mais de celle des autorités laotiennes. La compagnie minière est même hostile à l’idée que le district veuille utiliser les fonds de compensation, ou les fonds de développement que la société a obligation de mettre à leur disposition, pour consolider la ville de Vilaboury. Les observations de la vie quotidienne dans l’un des campements en rapport avec les villages ou lieux-dits dans les alentours des mines d’or mettent en évidence le fait que l’absence de cohésion entre les groupes vivant autour d’un objet commun et l’absence de vision prospective d’éventuelles unités urbaines ou villageoises entrainent une altération sociale et psychologique chez certaines populations présentes dans le site.113 La ségrégation administrative est normalisée : le personnel européen vit dans un complexe et le personnel local vit dans un autre séparément, les villageois et les minorités ethniques encore dans un autre cadre. Les gens continuent à affluer pour y trouver du travail. Ils viennent parfois avec leur famille, beaucoup viennent seuls, même si les sociétés minières mènent une politique de contrôle de l’immigration de manière sévère. L’agrandissement en nombre des communautés autour du site d’exploitation se fait sans unité et sans centralité et donc sans cohérence. Le besoin traditionnel de s’organiser chez les Lao, dès que quelques familles ou quelques individus se regroupent en nombre important, s’est exprimé à travers la nécessité de former un village, une unité sociale cohérente permettant à chacun de se repérer, et ce besoin est d’autant nécessaire dans un nouveau cadre physique. Bien que dans la majorité des cas il y a souvent une mise en cohésion facile entre les groupes, dans le cadre des campements autour des mines, les origines des individus sont trop disparates pour permettre cette cohésion. Sans prétendre donner une solution à ce problème (ce qui n’est pas l’objet de notre étude), nous voulons démontrer que la cohésion entre les unités est importante et qu’elle est à rechercher dès lors qu’il y a groupement ou rassemblement des populations sur le long terme. Il aurait fallu sans doute dans ce cadre apporter une réflexion plus technique et plus méthodologique d’aménageur, afin que toutes les données soient prises en compte, notamment les données psychologiques, sociales, culturelles et spatiales. C’est-à-dire poser la question de l’aménagement des camps en termes de fondation d’unité urbaine ou villageoise (selon la taille) avec ses équipements de base, des lieux qui créent des possibilités de rencontre et d’échange, qui proposent en terme d’aménagement des possibilités de loisirs communautaires, etc. Nous ne tentons pas ici de rapprocher cette réflexion de celles des cités ouvrières en Europe du XIXe siècle qui ont clairement procédé à la mise en place des projets de société, liés au monde de la production et liés à toute une logique culturelle de la grande période d’industrialisation. Dans les cas que nous évoquons, il s’agit des sociétés rurales parfois des micro-sociétés, ethniquement isolées. Ces dernières se retrouvent 113 Au cours d’un entretien, il nous a été rapporté six cas de suicide chez les jeunes dans l’année. Ce qui est proportionnellement important par rapport au nombre des populations vivant dans et autour du site (nous n’avons pas pu avoir des chiffres.)Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 69 - très vite désœuvrées et sans repère dans le nouveau cadre de travail et de vie, en particulier les minorités ethniques, plus vulnérables que les populations tai qui s’adaptent plus vite aux nouveaux contextes et aux nouveaux cadres de vie. Pour illustrer notre propos, nous pouvons remarquer par exemple que parmi les minorités concernées par l’exploitation des mines, beaucoup de familles de Phu Tai “ se débrouillent bien ”, 114 certaines se sont même enrichies en faisant du commerce ; alors que les autres minorités “ se débrouillent moins bien ”, 115 chôment ou vendent simplement leur force de travail pour des taches pénibles. Les questions économiques et de développement régional, vues à petite échelle : l’individu “ L’emploi ” est quasiment un nouveau vocabulaire pour les populations rurales vivant dans les lieux reculés des provinces du Laos. Ces emplois, ce sont des nouvelles formes de travail et ce sont surtout des revenus concrets et réguliers. La perception et la réception de cette situation n’est pas aussi simple que chez ceux qui recherchent un emploi ou qui vivent proches des agglomérations qui leur donnent de l’emploi. Ce constat est lié à plusieurs questions : y a-t-il une amélioration de la qualité de vie avec les emplois et les nouvelles formes de travail ou le nouveau mode de vie qui se mettent en place ? Y a-t-il une possibilité d’auto-création d’emplois si les nouvelles formes de travail ne conviennent pas à certaines populations. En d’autres termes, la population qui vivait de la richesse des terres et de la forêt dans les alentours ont-ils la possibilité de continuer d’y vivre, d’y exploiter leur terre ? L’une des conditions préalables pour répondre à cette question serait d’abord la possession de la terre, un acquis qui doit être préservé. Autrement dit, leur terre ne doit pas être totalement englobée dans la zone économique ou dans les territoires de concession. Dans le cas contraire, un rapport contractuel entre les communautés locales et les exploitants ne doit-il pas être réalisé avec équité ? Cette précaution concernant les terres existe-t-elle ? Nous ne pouvons fournir des réponses adéquates à ces questions importantes et complexes. Mais nous pouvons constater que sous le terme magique de “ compensation ” se cachent des réponses équitables, mais aussi des pièges. À travers les études détaillées de cas des territoires de concessions, des réseaux et des corridors économiques, quelques éléments de réponse pourraient être dégagés. Dans les faits, à la question de l’intégration et du développement équitable, l’autorité administrative SEZA préfère définir ses projets par les termes Business friendly environment pour la promotion de ses projets. Bien que nous ne puissions pas les évaluer de manière très objective, quelques questions semblent clairement mettre en évidence les conditions d’équitabilité du programme affecté. En premier lieu, il s’agit de la question de relogement des villageois qui font l’objet de déplacement, car c’est l’une des questions se situant au cœur de plusieurs projets en cours de réalisation sur l’ensemble du Laos, non seulement dans le cadre des corridors économiques, mais également dans divers programmes de développement urbain.116 Ces programmes mettent souvent en évidence les mauvaises conditions de relogement, l’altération des conditions de vie et des relations sociales de la population déplacée dans les nouveaux sites.117 Cela devient un sujet à caution renvoyant des différents programmes une image positive ou négative. 114 Les Phu Tai sont des sous-groupes des Tai. Leur lieu de peuplement est majoritairement à Savannakhet. 115 D’après les observations de l’un des responsables (Julien Rossar) du développement rural affecté au projet de Lan Xang Mineral. Vientiane 2009. 116 Nous pouvons entre autres évoquer à juste titre le programme d’évacuation de Nong Chanh à Vientiane qui n’a pas été “ équitable ”, car ce déplacement n’a pas répondu à l’argument de la création d’un parc public comme l’avait promis les autorités. C’est en fait un projet de revalorisation foncière. La construction d’un hôtel de luxe et d’équipements de loisir non publics explicite l’objectif réel du programme. 117 Même s’il n’y a pas de rapport d’évaluation de ces programmes, nous avons pu interviewer un ancien responsable de l’un de ces programmes : « si c’était à refaire, je ne le referais pas. Je conseillerai les autorités à revoir les programmes de déplacement de population. Le problème ce n’est pas tant les compensations. Le problème est ailleurs ». Effectivement, c’était difficile pour la population de replanter ses racines dans un lieu qu’elle ne connaît pas, loin de la ville ou du milieu où elle était habituée, pour des raisons diverses, notamment l’emploi. En ville, il y a par exemple des emplois journaliers, la proximité avec le lieu de travail, les commerces de proximité et de quartiers, etc. Ces avantages sont beaucoup plus faciles à trouver en ville qu’à l’extérieur. Par ailleurs, un haut responsable religieux de la Préfecture de Vientiane évoque l’absence du sacré qui est vital pour lui et doit accompagner toute fondation d’habitat de la société humaine, sans ce cadre il y aurait une altération de la vie communautaire. Il signifie ici l’absence de l’acte de fondation Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 70 - Le cas de Boten en est un. Nous avons vu que la population a été dépossédée de ses terres. D’après la proposition de compensation de la société chinoise et des autorités provinciales, les villageois doivent quitter leur ancien village, vieux de trois siècles, pour se retrouver à quelques kilomètres plus loin de part et d’autre d’une route reliant Luang Namtha et Mohan, dans un site qu’ils trouvaient inadéquat pour y vivre selon les règles et le choix des esprits du ban. Ils doivent quitter un lieu où ils possédaient des terres communales (prés, vergers, forêts) et des rizières individuelles existantes autour du village depuis des générations. Ils ont dû quitter cela pour se retrouver dans des parcelles étroites, sans jardin potager, sans rizière, sans terres et forêts communales,118 comme nous l’avons déjà souligné dans le paragraphe précédent (I.II.c.1). À ce propos, le programme de la Zone économique Savanh-SENO (SaSEZ) se veut être exemplaire. Le bureau SEZA fait associer la Société Savan City et un organisme d’État –le service du cadastre de la province– pour former une commission ad hoc afin de procéder à l’évaluation de la superficie des sites concernés ainsi que leur valeur foncière, ceci en donnant un prix à des propriétés existantes sur les sites qui devraient être libérés pour accueillir les projets de constructions. La commission fait donc appliquer les critères d’évaluation de l’État pour évaluer la valeur foncière de la Zone A (site de départ) et de la zone D (site d’arrivée). La parcelle d’habitation du site d’arrivée est fixée à 20 x 40 m, ce qui est a priori une superficie idéale pour une habitation Lao, car elle représente la moitié d’un haï [wI]. Un haï est une mesure traditionnelle qui représente environ 1 600 m2 . Le site concerné par le déplacement de la population représente une surface de 305 hectares. Désigné de site de départ, situé au bord du Mékong à côté du pont SavannakhetMukdahane et à côté du casino Savan Vegas, seront construits ici les projets phares de la SaSEZ, une sorte de ville nouvelle. Le site de relogement avec une surface de 118 hectares est prévu un peu plus loin par rapport au vieux Savannakhet. En regardant le programme et en détaillant certains points, le principe de déplacement et de relogement de la population semble ici intéressant à travers deux remarques : d’abord, la zone de départ manque d’infrastructures de base et les habitations sont dispersées, parsemées et pauvres. Si l’autorité provinciale est conduite à développer et construire des infrastructures pour la population riveraine de cette zone sans le programme SaSEZ, cela lui demanderait beaucoup de fonds dont elle ne dispose pas. Munie d’infrastructures de base, la proposition de relogement sur le nouveau site (que nous appelons pour simplifier, site d’arrivée) semble alors plus avantageuse que le site de départ. Cependant ceci reste à voir, si au départ les familles déplacées possédaient ou pas des terres agricoles (potagers, vergers, rizières, bouts de forêt ?) qui auraient été expropriées pour la réalisation de la SaSEZ –chose que l’administration ne dit pas. Si tel est le cas, la compensation serait insuffisante : sans sol cultivable, la nouvelle vie sur le nouveau site risquerait de connaître un problème de taille. Sachant que les familles déplacées sont majoritairement rurales, le rapport qu’elles entretiennent avec la terre est le même que celui des villageois de Botén. Le remplacement des travaux de la terre par des emplois ouvriers proposés dans la SaSEZ n’est pas en soit une mauvaise chose, au contraire cela crée des revenus pour les familles, mais sans transition cela déformerait totalement le mode de vie et réduirait la qualité de vie de cette population. En l’occurrence, nous remarquons également que l’échéance pour le déplacement de la population est souvent trop tôt par rapport au retard de l’aménagement des sites d’arrivée. Dans la SaSEZ, ce déplacement devait être effectué dès les mois de mars et d’avril 2009. Or nous constatons sur place qui induit préalablement des études sur les orientations, la nature des sols, la présence de l’eau, les esprits protecteurs des lieux, etc. Si ces cadres ne sont pas requis, ce ne serait alors “ pas bien ” de déplacer la population dans ce lieu. 118 « De quoi allons-nous vivre sans nos rizières et nos forêts ?», disent les membres de la communauté des sages du village que nous avons rencontré. Effectivement, dans la cité lü (selon le modèle de Muang Sing) la taille d’une parcelle d’habitation a été traditionnellement définie. Elle mesure 25x25m. Dans cette parcelle modèle, nous pouvons énumérer un potager aromatique, un grenier à riz, un petit atelier où sont stockés les outils agricoles (cet atelier est parfois aménagé sous les pilotis des greniers à riz). Nous y trouvons très souvent un petit plan d’eau pour plantes aquatiques, pour l’élevage de poissons et de canards. Il est alors inimaginable pour les Tai Lü d’aménager un lieu de vie dans une parcelle qui est plus « destinée à construire trois compartiments chinois. Les esprits de la maison et du ban y voit-là la fin de la prospérité ».Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 71 - en février de la même année, que le site D n’est toujours pas prêt pour accueillir la population déplacée. Quelle vision et quelle conception culturelle du nouveau territoire, comme interface spatiale entre le local et le régional Bien qu’il y ait un point qui semble pencher vers les avantages du projet de “ ville nouvelle ” dans la zone A, du fait qu’il n’y aurait pas a priori d'éléments historiques dans cette zone qui poseraient la question de la préservation patrimoniale (d’après le responsable de la SEZA), cependant la conception de cette ville nouvelle par rapport aux problématiques environnementales et paysagères semble poser quelques questions embarrassantes. La création d’un très grand plan d’eau en détournant une partie du cours du Mékong, la construction des immeubles tours, etc., offrent une image très futuriste, sans doute un peu à l’image du Corridor économique qui pose idéalement l’échelon d’un développement et d’une mise en réseau régional du futur. Mais cette image et ce concept ne semblent pas s’intégrer dans la réalité culturelle, économique et environnementale locale. Ainsi, une étude d’intégration et d’impact nécessite d’être approfondie pour des projets de telle ampleur afin d’atteindre pleinement les ambitions d’exemplarité dont se veulent être les projets au sein du Corridor économique. Quel type de liaison et d’intégration entre les outils, les plans de planification territoriale et la stratégie, mis en place par l’État En examinant le plan d’aménagement de la SaSEZ, nous pouvons nous poser la question : comment l’aménagement de ce territoire est-il élaboré, géré et mis en cohérence par rapport au plan urbain et au schéma directeur élaborés par l’Autorité administrative pour le développement urbain (UDAA) de Savannakhet ou par d’autres administrations techniques nationales telle que l’Institut des recherches urbaines (IRU) ? Les responsables de SEZA ignorent le Plan urbain (ou Schéma directeur) de la ville de Savannakhet et ne l’avaient donc pas pris en compte dans la réalisation de leur Master plan : « Nous ne savons pas s’il y a intégration ou cohésion, puisque nous ne possédons pas ce plan ». Autrement dit, le Master plan n’a pas été réalisé dans la continuité ou en liaison avec le plan des villes secondaires établi par l’IRU et mis en application par l’UDAA. Dans la mesure où le Plan urbain de chaque ville secondaire avait pour objectif de guider le développement en cours et futur,119 quelles que soient l’échelle et l’échéance de la réalisation de ce plan, nous pouvons craindre que son omission n’altère dès le départ le principe d’intégration. D’abord cela interroge du point de vue administratif et politique (comme nous allons le voir) les compétences réelles des individus et des organes responsables. Il remet en question ensuite la mise en application et le respect des décisions et des décrets administratifs. Puis, il met en évidence la superposition et les prérogatives des décisions centrales sur les décisions locales, ou au contraire, la liberté et l’autonomie du pouvoir local dans la prise de décisions sur les projets de développement et d’investissement dans leur territoire, indépendamment de l’aval des décisions centrales. De ce point de vue, le cas de Botén présente toutes les ambigüités possibles. L’ambigüité réside dans le fait que le gouvernement a promulgué un décret spécifique pour donner un cadre institutionnel justifiant le projet de Botèn (n°162/PM en date du 8 octobre 2002). D’après ce décret, le pouvoir local de la province de Luang Namtha a été désigné pour mettre en place cette zone commerciale frontalière. Ses missions sont énumérées en neuf points dont trois importants : 1- organiser et construire la zone commerciale frontalière de Botén, 2- créer le comité de gestion de cette zone, et le point 3- il donne des directives au Comité de gestion pour approuver les patentes 119 Le rôle et les compétences institutionnelles des Plans urbains des villes secondaires et de l’Autorité administrative pour le développement urbain (UDAA) sont clairement inscrits dans le décret n°209/ ministre MCTPC en date du 05/02/1996, portant « le Rôle et les Compétences des Plans urbains » ; dans le décret n°09/PM, en date du 01/02/1991, portant « la Gestion et l’aménagement des villes et des espaces publics en RDP Lao » ; dans le décret n°177/PM, en date du 22/12/1997, portant l’« Organisation de l’Autorité administrative pour le Développement urbain (UDAA) » ; dans le « Droit de l’Urbanisme » n°03/99/ AN et date du 03/04/1999.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 72 - d’investissement. C’est donc lui qui approuve les différents projets d’investissement dans la zone ; ce qui signifie négociation directe avec les investisseurs. Le décret met l’accent sur le fait que c’est le Comité de gestion avec l’assistance institutionnelle de l’autorité provinciale qui doit construire et gérer la zone commerciale. Mais la réalité en est autrement : le site a été donné en bloc en concession à un groupe d’investisseurs chinois. Le monopole et l’exclusivité du groupe d’investisseurs gérant l’ensemble du site et des projets sont des réalités qui soulignent le manque de pertinence des projets, la faiblesse de la maîtrise des modèles et des outils économiques par la haute autorité politique locale et centrale. Soulignons aussi qu’aucune analyse et étude d’impact n’a été réalisée à cette fin. Cette situation met le gouvernement central devant le fait accompli d’un pouvoir local incompétent en action. Nous sommes pourtant en pleine période de recentralisation administrative qui ne devrait pas permettre aux autorités locales de décider de tels projets. Le plan d’aménagement de Botén déjà élaboré par l’IRU est complètement inconnu des investisseurs concessionnaires chinois, et surtout, l’autorité provinciale de Luang Namtha ne se pressait pas pour leur faire entendre et respecter les cahiers des charges qu’elle devrait mettre en place, définies par le décret n°162/PM. Le projet de constructions du complexe Golden Botén City, achevé dans sa première phase vers 2006, ne fait partie d’aucun plan de planification. C’est le fruit d’un accord entre l’autorité locale de la province et une grande société de capitaux du Yunnan. Les mauvaises conditions de l’expropriation des terres à Botén vont à l’encontre de l’une des priorités de l’État dans sa politique d’éradication de la pauvreté où il est clairement déclaré que : « La pauvreté doit être réduite de moitié en 2015. La priorité est donnée au secteur rural, qui est au cœur de tous les efforts pour réduire la pauvreté, avec un accent particulier pour obtenir de manière permanente la sécurité alimentaire ». 120 À l’égard de la politique énoncée, le projet de Botén ne peut que heurter les intérêts du peuple et interpeller l’autorité gouvernementale. Nous avons vu que le projet pose aussi la question de souveraineté de la frontière, embarrassant l’État quant à la méthode de gestion employée pour contrôler l’immigration chinoise. Quelle administration pour les zones de concession et quelle intégration dans la structure administrative locale et nationale ? La SEZA est une structure administrative autonome par rapport à l’administration locale. Elle administre un territoire à part et est attachée directement au cabinet du Premier Ministre de la RDP Lao. Elle n’a pas d’obligation officielle de rendre des comptes au gouverneur de la province de Savannakhet. Sous le label “ projet national ” qu’elle gère, SEZA possède une prérogative dans ses actions. Cette prérogative est elle-même placée sous l’enseigne du Corridor économique dans lequel le Laos occupe une position centrale et à l’égard duquel la décision politique du Laos est primordiale. Bien que dans la pratique, il est tout à fait impensable de créer un territoire dans un autre territoire institutionnellement existant, sans une mise en liaison avec le local de manière étroite, mais nous constatons que dans le projet SaSEZ, il ne semble avoir ni ambigüité, ni conflit d’intérêts et ni conflit institutionnel entre les décisions centrales et les responsabilités locales du gouverneur de province, car les prérogatives gouvernementales sont prioritaires et s’imposent dans tous les territoires du pays. Ceci est clairement inscrit dans le statut et les compétences administratives et politiques du gouvernement de la RDP Lao et préalablement signalé dans l’organigramme de SEZA. 120 NGPES : National Growth and Poverty Eradication Strategy. La stratégie nationale pour la croissance et l’éradication de la pauvreté a défini quatre secteurs principaux : agriculture, éducation, santé, transport, et 47 districts sont affectés par des programmes de développements spécifiques. In : « Rapport, Projet de Document cadre de partenariat avec la RDP Lao ».Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 73 - Dans le cas contraire, le projet de Boten est le résultat des problèmes de dysfonctionnement institutionnel important. L’organisation administrative et de gestion de la cité de Boten est autonome. Le contrat qui met les intérêts de la population et du pays en porte-à-faux a été contracté entre la société concessionnaire et le gouverneur de la province. C’est un projet d’ordre national qui relève de la responsabilité d’une autorité locale incompétente, mais recevant malgré tout l’aval du gouvernement central pour sa construction et sa réalisation. Or, on le voit bien, les problèmes qui sont issus de cette décision ont des portées dépassant la responsabilité du gouverneur et interpelle après coup l’État et l’administration centrale ; tels, les problèmes liés aux déplacements de la population et à l’expropriation, le manque d’intégrité de la frontière nationale que provoque un tel projet une fois réalisé. Cet exemple montre un des faits majeurs liés à la question de centralisation et de décentralisation du pouvoir déconcentré. D’abord, il y a une grande liberté accordée aux gouverneurs ou à l’administration provinciale dans la prise de décision qui dépasse leurs cadres de compétences à la fois institutionnelles et techniques ; ensuite, le passage de l’échelle régionale, qui passe par de nombreux projets frontaliers, à l’échelle locale est difficilement maîtrisable et reste un problème non seulement politique et administratif, comme le cas que nous venons de voir à Botén, mais surtout un problème méthodologique. Le cas de Botén aurait dû inciter le gouvernement à fixer de manière plus explicite la limite des compétences des gouverneurs de province en matière de contrats et de coopération avec les pays étrangers. Par exemple, tous projets de concession dont l’enjeu financier est égal ou supérieur à un million de dollars doivent être transférés au gouvernement central, c’est-à-dire vers le cabinet du Premier Ministre pour décision. Bien que cette décision exprime la volonté et l’inquiétude réelle du gouvernement, elle est tout à fait inefficace. Les projets de concession des terres pour le long terme destiné à l’exploitation de l’hévéa, “ fractionnés ” en petites unités de contrats différents, montrent de manière très simple le détournement de la règle. D’autant plus que la population locale est directement concernée, à l’origine les terres étant souvent déjà exploitées par elle. Et lorsque ses exploitations traditionnelles ont été transformées, de gré ou de force, pour la monoculture, dans la majorité des cas la population s’appauvrit parce qu’elle n’est plus propriétaire et parce que sa capacité d’autosuffisance s’est considérablement réduite. I. II. e. Les enjeux spatiaux pour le cas des territoires historiquement en marge Le gouvernement de la RDP Lao a hérité de l’histoire contemporaine des territoires marginaux qu’il a fallu s’approprier, intégrer et /ou donner un nouveau statut, malgré son refus de l’histoire et malgré ses efforts pour faire sa propre histoire. Ces territoires marginaux ont un rôle important à jouer dans la reconstitution spatiale du nouveau pouvoir laotien. Ils mettent en évidence la confrontation idéologique du pouvoir actuel face à son propre passé, au passé de l’ennemi vaincu et aussi face à ses propres actions pour construire l’avenir. Nous proposons d’évoquer rapidement trois cas, trois territoires qui nous semblent explicites : les anciennes zones libérées, la zone spéciale Saysomboun, Muang Tonh Pheung. I. II. e. 1. Les implications historiques des anciennes zones libérées : Sam Neua et Xieng Khouang La question des zones libérées dans la partition territoriale étant évoquée de manière plus détaillée dans la seconde partie de la recherche, nous soulignons ici le fait que certains territoires qui fonctionnent aujourd’hui comme une enclave et qui ont du mal à se développer économiquement et démographiquement est un fait ancien. Il est profondément lié aux contextes géographiques historiquement intégrés comme faits objectifs de l’organisation et l’usage de l’espace. De même, la disparité territoriale provoquée par les idéologies et la guerre a été intégrée aussi comme un fait intrinsèque. La confrontation de ces territoires à la nécessité d’intégration régionale actuelle met en évidence une certaine marginalité des territoires, malgré les efforts de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 74 - déblocage que le gouvernement a tenté de réaliser. Rappelons les trois points importants qui ont été les faits historiques anciens : 1- L’éloignement ou l’enclave territoriale de Sam Neua et de Xiang Khuang par rapport aux autres territoires du pays, en particulier par rapport aux villes du Mékong, sont des héritages historiques qu’il aurait fallu probablement corriger ou ajuster au moment où Setthathirat avait réalisé la restructuration territoriale au XVIe siècle (ce fait sera développé dans la deuxième partie de notre recherche). Mais on peut penser que ces deux hautes régions n’avaient pas bénéficié de l’ajustement et de la restructuration spatiale et politique en question. 121 2- Ces deux régions, situées loin du pouvoir central, sont plus proches géographiquement du Vietnam que de leur centre politique. Ce fait a été démontré à maintes reprises dans l’histoire du pays. Elles ont connu des annexions répétitives par le Daï Viet et des tributs ont également été versés à ce dernier. À plusieurs reprises le pouvoir central (période de Luang Prabang et période de Vientiane) avait tenté de mettre fin à ces annexions. En particulier pour Xieng Khouang où la double vassalité était devenue quasiment une coutume locale. 3- La schématisation de la partition du territoire dans les années 1960, due aux idéologies, à la guerre et au schéma politico-militaire avait accentué et marqué les deux zones par des éléments de marginalisation plus forts. Ceux-ci ont du mal aujourd’hui à être dépassé et à évoluer autrement. I. II. e. 2. Les implications historiques de la zone spéciale Xaysomboun La Zone spéciale, Khét Phiset, de Xaysomboun aurait été le dernier bastion des forces antigouvernementales « à la solde de l’impérialisme local et américain » (sic), le fief des narcotrafiquants. Le lieu a été désigné comme “ l’habitacle ” des ennemis du régime. Que cet ennemi a été réel ou fictif, la zone justifiait, jusqu’à récemment, le déploiement en permanence du contrôle de l’armée. Pour le gouvernement l’instabilité du régime (révoltes éventuelles de la population, guérillas) aurait été provoquée ici-même, avec le soutien des opposants de l’extérieur. « C’est un peu une maladie qui ronge le pays de l’intérieur » (sic). Cauchemar, paranoïa, maladie imaginaire ou réalité (?), en tout cas, jusqu’au milieu des années 2000, d’après les versions officielles, la zone était restée incontrôlée et certains groupes d’habitants d’origine hmong qui vivaient de manière parsemée sur ce territoire auraient pour mission de déstabiliser le pouvoir en place. On les désignait curieusement par le terme chao f’a. La zone spéciale instituée en 1994 était devenue de fait une zone interdite, accessible par autorisation spéciale.122 Marquée et marginalisée par la réalité de la Guerre froide où effectivement la zone était le dernier bastion anticommuniste du général Vang Pao, elle a dû être marginalisée aussi par sa spécificité d’être une vaste enclave difficile d’accès, d’avoir un vide démographique et d’être désertée par les Lao Tai, avec une occupation mono-ethnique constituée de Hmongs. Pourtant, l’histoire longue et récente semble démontrer que c’est sa spécificité géographique qui aurait été le facteur dominant responsable de son caractère marginal. Sa position d’ancien bastion anticommuniste qu’elle avait tenu, n’occupait en réalité qu’un laps de temps, devenait l’essentiel des arguments pour le gouvernement de la RDP Lao. Elle justifiait le besoin d’installer une force 121 Néanmoins, ces régions du pays n’avaient pas été négligées par Setthathirat au XVIe siècle : on retrouve dans l’histoire des grandes familles de Sam Neua, que la nomination des gouverneurs et leur affectation à Sam Neua, émanant du mandat de Setthathirat aurait bien été réalisée, symbolisée par une lettre royale sur feuille de latanier, accompagnée d’un sabre et d’une coupe laquée (Kan Nam Kiang). La lettre aurait indiqué les titres et les grades du nommé. Devenant seigneur local, il aurait le droit de transmettre ses titres à ses héritiers mâles. En ce sens, il y aurait naissance d’une véritable aristocratie provinciale, dont l’origine serait plus administrative et militaire que princière : il n’y avait pas de titre de prince de Sam Neua, alors qu’à Xieng Khouang les gouvernants sont des princes locaux, dont la famille aurait été aussi ancienne que celle des princes de Luang Prabang. Les Sô Phabmixay auraient été nommés et installés à Sam Neua durant le règne de Sethathirat. Exerçant un pouvoir local, cette famille aurait été reconnue comme telle par l’institution monarchique jusqu’à 1975. Cf. Discussion avec l’un des membres de la famille Sô Phabmixay, Vientiane 2002. 122 Pourtant, en 2004, un groupe de photographes-reporters français avait pénétré dans la zone. Des images d’hommes et d’enfants malades, dans un état de dénuement, sont exposées au monde. D’après les reporters, ces derniers sollicitent les aides extérieures afin de les sortir de l’isolement, voire, de l’encerclement dont ils auraient été victimes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 75 - armée pour réprimer et maintenir l’ordre et la sécurité dans la zone, puisque tout le territoire du pays, quel qu’il soit, doit être maîtrisé et contrôlé. L’existence d’une poche enclavée et incontrôlée pouvait discréditer la légitimité du régime et aussi sa sécurité. À travers son statut de Zone spéciale, le gouvernement met en place plusieurs dispositifs afin de la “ pacifier ”, au niveau politique et administratif, au niveau des plans de développement et de gestion, voire, de sa juridiction. Mais la mise en application des projets de développement reste de purs vœux. Par son insécurité, le grand objectif se résume dans l’amélioration des infrastructures routières afin de créer des passages et des accès à la zone, l’intégrant dans le réseau national. La zone est restée, pendant longtemps, enclavée et fortement militarisée. Son statut de Zone spéciale ne sera supprimé que dans la première moitié des années 2000. Il a duré plus de 10 ans. Entre une volonté d’affirmer aux yeux de la population que le danger et l’ennemi guettent (et c’est pourquoi l’armée doit veiller) et la volonté de montrer au monde extérieur que le régime maîtrise la situation et dirige le pays dans la paix, la création de la zone spéciale était un paradoxe, le nom porté l’est également : Khet Saysomboun signifie “ zone de la victoire définitive et complète ”. I. II. e. 3. Les implications historiques de Muang Tonh Pheung longtemps marginalisé par son intégration dans le réseau de trafics du triangle d’or Le Triangle d’or est un territoire bien connu dans les années 1960-1970, voire après, pour avoir été une zone militarisée et liée au narcotrafic de l’Ancien Régime. Étant interdépendant de manière tripartite (Thaïlande, Birmanie et Laos) comme son nom l’indique, le Triangle d’or était et reste toujours un lieu d’échange fructueux entre les trois pays, c’était aussi une vraie “ passoire” pour toutes sortes de produits illégaux. Devenant aujourd’hui “ Quatre ” avec l’intégration de la province du Yunnan, les échanges doivent faire une place officielle à la Chine du Sud : de fait, et de manière officieuse, les Chinois ont déjà un pouvoir important et ancien dans cette partie de la région. La nouvelle étape de partenariat à quatre, intégré dans le programme GMS, doit jeter de nouvelles bases à la coopération et aux échanges commerciaux légaux. Mais le passé de narcotrafic des années 1960 (opium, héroïne) et des années 1980-2000 (amphétamine, métamphétamine) a marqué le territoire. Aujourd’hui, cette zone qui porte toujours les traces de ses activités passées, a du mal à effectuer une reconversion. Certains investisseurs, et pour certains types d’investissement, hésitent à s’y installer, en particulier dans la partie laotienne et birmane. Seul le côté thaïlandais semble actif, attirant un nombre significatif d’investisseurs du secteur touristique. Le côté laotien semble vouloir donner de l’importance aux établissements consacrés aux jeux. La loi laotienne n’interdit pas les casinos contrairement à la loi thaïlandaise qui les prohibe, ainsi les Lao prennent le relais pour installer un complexe de casino sur leur territoire, espérant récupérer les joueurs thaïs et chinois. Même avec les jeux, considérés comme “ maux asiatiques ”, le quadrilatère économique est désormais sensé démarginaliser le Triangle d’or. Le défi est lancé, quel type d’avenir les quatre pays veulent-ils construire ? Pour répondre à cette question, un observatoire socioculturel et économique pourrait y être installé. À ce jour, sans une enquête approfondie, les observateurs de passage peuvent déjà observer que le passé des années 1960 pèse sur l’actualité et l’avenir de ce territoire : le côté illégal de la circulation des produits et des hommes, ainsi que la difficulté d’instaurer des règles et des lois semblent persister. Conclusion Alors que les pays du bloc socialiste dans le monde s’écroulèrent, les pays du bloc communiste asiatique “ se serraient les coudes ” dans la marche vers la réforme. Le Laos avec le chitanakhane mai suivait le modèle vietnamien. Dans tous les domaines, politique, économique et social, la réforme a été un apport pour le pays, un pas en avant pour la région. Elle a surtout été un élément de sauvetage du régime mis en place depuis 1975. En préconisant un relâchement mesuré et contrôlé dans la politique intérieure, le PPRL a su préserver le pays de l’éclatement, comme cela a eu lieu dans l’Europe de l’Est.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 76 - Après avoir détaillé les enjeux politiques et économiques de la réforme qui avait des implications majeures dans la transformation spatiale, nous avons abordé dans le chapitre I la transformation de l’espace à l’échelle du territoire. La transformation de l’espace territorial étudié a été observée sur deux plans majeurs liés à deux grands domaines de la réforme : 1. Sur le plan politique de la scène régionale et internationale, le pays et le régime se sont ouverts peu à peu à l’extérieur. Le Laos reprenait progressivement sa place au sein de la communauté des nations, tant asiatiques que dans un cadre plus large. Les liens diplomatiques, politiques et commerciaux se sont remis en place avec les traités de coopération et les aides internationales. Les conflits (avec la Thaïlande) se sont aussi apaisés. Les bénéfices de cette ouverture n’étaient pas dûs uniquement à la réforme structurelle et économique du pays, mais aussi conjointement aux retombées économiques locales et régionales, voire, à la politique internationale. L’amélioration de la situation du Laos –tous points de vue confondus– qui a accompagné son ouverture a été aidée par les dispositions de la politique régionale des pays pour retisser des liens sur de nouvelles bases. 2. Sur le plan spatial lié principalement à la politique intérieure, c’est la régulation foncière préconisée par le régime qui a été cruciale. La régulation foncière, commencée avec la réforme entre 1986 et 1988, a permis une reprise des pratiques foncières anciennes (dont nous avons rappelé longuement les caractéristiques) sans lesquelles le développement urbain n’aurait pu être possible et sans lesquelles les transformations des formes et des tissus urbains n’auraient pu avoir lieu une décennie plus tard. La régulation foncière laotienne a révélé, au-delà du cas de notre recherche, le rôle profond et intrinsèque qu’ont exercé la composition et la pratique foncière sur la forme et sur les tissus urbains. Le cas laotien a de facto révélé que le changement des pratiques foncières (mise en arrêt et contrôle ou, au contraire, mise en fonction et libération), induit par un régime foncier sévèrement imposé, a exercé son impact sur la restructuration de l’ensemble de l’espace et sur son devenir à l’œuvre aujourd’hui. Liée aux dispositifs politiques et spatiaux, nous avons mis ensuite en évidence que la transformation de l’espace à l’œuvre est caractérisée par plusieurs processus de mise en marge et d’émergence des territoires. Ces processus observés de manière privilégiée à travers l’analyse des pôles d’attraction économique, des zones d’échanges, des territoires de concessions, des questions de l’intégration régionale et des espaces marqués par les données historiques ont caractérisé une des formes de transformation des territoires en cours. Une fois observée, la transformation spatiale à l’échelle du territoire dans le chapitre I, nous développons dans le chapitre II qui va suivre, les différentes transformations de l’espace à l’échelle des villes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 77 - CHAPITRE II L’émergence des occupations anciennes et des centres historiques, entre altération et recyclage La transformation spatiale à l’échelle des villes –c’est-à-dire sa recomposition, passe aussi par l’émergence des occupations anciennes et des centres historiques eux-mêmes. Cette émergence spatiale met en perspective à la fois un phénomène de recyclage et un phénomène d’altération des espaces anciens ou de leurs données. Nous proposons d’appréhender le phénomène de recyclage et d’altération des espaces à travers le domaine patrimonial et à travers les espaces religieux, parce que ces deux types d’espaces sont historiquement liés aux centres anciens des établissements et recouvrent souvent pour la pratique habitante la notion de centralité. Dans de nombreux cas, le domaine patrimonial est physiquement situé dans les centres anciens, il en constitue même leurs contenus. Si le domaine patrimonial peut composer aussi physiquement les centres anciens, pour comprendre ces centres, nous proposons d’examiner rétrospectivement le processus de constitution et de composition de ce patrimoine : comment il est conçu, comment en est-on conscient et comment au cours de l’histoire le patrimoine a-t-il été traité ? Autant de questions qui permettraient d’identifier le patrimoine au cœur de la ville. Quant aux espaces religieux, ils organisent durablement les centres ou quartiers anciens, ils constituent l’une de leurs persistances spatiales. Et lorsque les centres et les villes eux-mêmes sont altérés, ils peuvent continuer à en constituer une forme de centralité. Nous pouvons illustrer cette forme de centralité à travers la présence et la densité des monastères dans l’espace urbain, à travers le phénomène de convergence sociale des espaces religieux et à travers le fait que les monastères peuvent d’un certain point de vue constituer un modèle d’architecture, du moins une inspiration pour la production spatiale de la ville, ses équipements publics. II. I. Le processus de constitution et de composition du patrimoine L’énumération du composant patrimonial est ici la partie émergente d’un domaine complexe, ambigu et difficile à cerner. Il faudrait probablement emprunter une grille de lecture anthropologique plus approfondie pour traiter de manière plus complète et avec exhaustivité ce que peuvent couvrir réellement le sens et la notion du patrimoine dans le cas laotien. La société lao conserve encore une part importante de ses traditions. Même si elle est actuellement en mutation, c’est une société où il est encore à constater combien il est difficile de distancer le sujet de l’objet de connaissance. Effectivement, sujet et objet sont plutôt associés dans une sorte d’interdépendance qui fait de l’objet patrimonial un domaine vivant, mais peu autonome par rapport au sujet. Dans cette société traditionnelle, cela est caractérisé par le fait que ce qui a été légué par le passé, devrait se prolonger vivant dans le présent à travers le savoir et le savoir-faire. Le processus de transmission lui-même serait alors le processus par lequel le patrimoine se construit. Ce qui veut dire dans cette logique que nous devrions aussi être dans une logique de transmission des savoirs si nous entrons dans la logique de production des biens patrimoniaux. A contrario, dans la réalité née des confrontations avec les contextes des périodes historiques, la transmission des savoirs a tendance à se fragiliser, voire à connaître des ruptures et donc cela veut dire que la production des biens patrimoniaux peut aussi se retrouver réduite. Ce fait est profondément lié aux aléas et aux contextes socioculturels et politiques, dans le sens où le politique Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 78 - donne souvent une directive au mode culturel et social. Le processus de la transmission des savoirs et la production des espaces patrimoniaux, ou des espaces porteurs, sont donc liés tant à la stabilité qu’à l’instabilité sociopolitique, à leur continuité comme à leur rupture. Comme nous allons le voir, l’histoire récente du Laos (développée dans la troisième partie de la recherche) nous donne des indices d’une société qui connaît en profondeur une certaine rupture de transmission des savoirs, induisant la réduction de la capacité de produire des espaces porteurs. Prenant en compte l’interdépendance entre sujet et objet patrimonial, prenant en compte la spécificité de la conception lao du patrimoine qui tend à refuser l’autonomie de l’objet patrimonial par rapport au sujet, et conscient de l’immatérialité du patrimoine (dont nous allons évoquer les points les plus importants), nous allons tenter d'établir une approche du patrimoine matériel et bâti, en tant qu’objet autonome, en nous appuyant sur des points de vues, des situations, des pratiques et des résultants matériels concrets et ponctuels mais qui jalonnent de manière plus ou moins claire les périodes repérables de l’histoire du pays. Au Laos, l’essentiel de la composition patrimoniale ou le premier de ses composants qui a été le plus évident et le plus visible, ou du moins, le plus considéré, est le patrimoine culturel. Ce patrimoine est avant tout, pour les Lao, « tout ce qui concerne les coutumes et les traditions, transmises par les ancêtres », tels les croyances et les rituels religieux et païens, les fêtes et les cérémonies. Viennent ensuite le patrimoine musical et littéraire, les textes anciens sur feuilles de latanier et les inscriptions (ces derniers sont souvent considérés comme sacrés), puis enfin le patrimoine artistique, tels l'architecture et les arts en général. Apportons quelques précisions sur deux domaines particuliers que sont les coutumes et les traditions, la littérature et le fonds musical. Les coutumes et les traditions À travers la manière de les réceptionner, de les préserver, de les vivre et de les transmettre, les coutumes et les traditions montrent non seulement qu’ils appartiennent au champ patrimonial, mais aussi qu’ils sont placés au cœur de la question patrimoniale. Ils offrent un cadrage clair de ce qu’est le fondement patrimonial. Celui-ci est avant tout conçu comme immatériel. Alors que le patrimoine matériel, comme définition secondaire, offre une pratique éloignée de ce fondement et de cette conception première : la réception, la préservation (appropriation et usage), la transmission et la production (connaissance et savoir-faire) du patrimoine n’ont pas toujours été effectuées comme telles mais différemment de ce qui se pratique aujourd’hui. De là, on peut en déduire que le fondement originel du patrimoine est avant tout immatériel. La particularité du patrimoine littéraire et musical La liaison entre la littérature et le fonds musical est profonde dans la culture lao ancienne, et cette liaison reste valable aujourd’hui. Alors que la culture musicale moderne du pays voisin (Thaïlande) se démarque de la littérature avec l’influence de la musique et des rythmes occidentaux, la littérature et les mots restent indissociables pour le Laos et constituent le fonds de sa culture musicale. La culture lao est essentiellement orale, même lorsqu’une littérature est écrite, elle se fait vite approprier, transformée et diffusée par l’oralité. Prenons le cas des textes sacrés bouddhiques. À leur réception, ils n’auraient pas connu de tels succès et n’auraient circulé que dans un cercle fermé s’ils ne relevaient que des moines lettrés. L’oralité était un terrain de prédilection pour leur diffusion et pour leurs formes de transmission. La diffusion par l’oralité se réalisait grâce au lien profond entre la musique et les mots. La particularité de ce phénomène est moins la musicalité de la langue lao, mais plus le fait que l’oralité de la langue lao elle-même constitue les fonds musicaux. Elle se décline en types de chants variés, qui peuvent s’adapter à chaque type de littérature. Ces chants correspondent aux chants régionaux, mais aussi aux différentes formes de chants, indépendamment des traditions régionales : les lé, les lam, les khap, les seung, etc. L’oralité musicale s’est appropriée de manière telle de la littérature qu’il peut arriver, par exemple, que le simple illettré ne sache pas que le Pravet est basé sur des textes du Chataka de l’époque du Mahabarata, alors qu’il connaît tous les épisodes de ce grand Chataka. Il est aussi courant que les analphabètes et illettrés –le cas de beaucoup de molam (maître de chants)– puissent maîtriser une Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 79 - littérature complexe. Un grand molam peut, par exemple, devenir une source orale inestimable pour l’étude des différents épisodes de l’épopée Sinxay, une œuvre du XVIe siècle aux verbes complexes. II. I. a. Les différentes notions du patrimoine La notion du patrimoine en tant qu’immatérialité et matérialité d’un savoir, transmis ou à transmettre, est complexe et multiple. Elle est corollaire à la culture et au temps des peuples, à leur auto-représentation et à leur auto-considération, à leur identification. La vision du patrimoine laotien peut se présenter sous différents angles. Pour saisir la question patrimoniale, cinq questions nous semblent importantes à développer : comment la notion de patrimoine est-elle liée à la pratique de l’espace sacré ; comment la notion de matérialité et d’immatérialité du patrimoine est-elle traitée par l’idée de conservation ; comment le patrimoine est-il transmis ; comment la valeur marchande et la valeur symbolique du patrimoine sont-elles matérialisées ; et comment la notion de patrimoine effective se situe-t-elle entre les mythes et les théories ? II. I. a. 1. La pratique de l’espace sacré et la notion du patrimoine D’une manière générale, la conception du patrimoine est liée à l’espace sacré. Le patrimoine bâti ainsi que sa pratique sont profondément conditionnés par la pratique sociale des espaces cultuels et de l’habitat. Qu'il s’agisse d’un espace religieux proprement dit, d’un espace marquant la fondation de la ville ou d’un espace sacré dans les habitations, les espaces possèdent leur logique de fabrication et leur force symbolique qui vont conditionner le caractère sacré de leur fonctionnement et de leur existence. Des règles strictes dictent leur implantation, leur construction et leur fonction. Pour la fondation de “ l'âme de la ville de Vientiane ” 123 à Simuang, par exemple, lorsque les chroniques racontent qu’une femme enceinte et un jeune bonze furent sacrifiés pour devenir l’esprit du Lak muang en se jetant dans la fosse,124 cela n’a-t-il pas pour objectif la sacralisation d’un lieu, le rendant exceptionnel. De même pour l'édification d’une pagode, la première règle n’est-elle pas de consulter l’astrologie leunk-gnam [gs]udpk,] 125 afin de trouver le jour faste. Une fois le jour faste choisi, une cérémonie religieuse et un rituel ne doivent-ils pas accompagner les premières briques, les premiers poteaux posés. On doit bien respecter le choix de l’implantation et de l’orientation du sim (sanctuaire central) face au soleil levant ; bien disposer l'enclos du vat de telle sorte que celui-ci ne soit pas situé sur un terrain plus bas que les parcelles des habitations laïques. Ensuite, il faut veiller à ce que les autres bâtiments du vat soient respectivement construits à leurs emplacements respectifs, selon les “ règles et l’art de bâtir ” des monastères. Par ailleurs, au fur et à mesure de l’acculturation du bouddhisme dans la culture locale, les monastères lao finissent par se constituer une programmation bien spécifique, suivant le fait que chaque région, à l’égard de sa propre pratique et tradition religieuse, possède son propre programme. Même en ce qui concerne l’espace laïc, le sacré n’y est pas absent. La construction de la maison obéit à des règles strictes : l'emplacement du sân et du sya [-koF g-aP], l’orientation des pignons, la disposition des portes, l’emplacement de l’autel du bouddha, la position du dormeur, etc., tous ces éléments touchent le domaine sacré de la maison ou renvoient à des règles de fonctionnement liées au sacré, qu’il s’agit de respecter pour le bonheur des habitants et pour le repos des esprits du foyer.126 Quant à la question de l’usage et de la fonction des espaces, nous constatons d’abord que l’espace religieux relève d’un certain nombre d’interdits, nécessitant pour les usagers et les riverains l’adoption des règles comportementales, tels, l’utilisation des objets, le touché, le regard et les 123 Selon les chroniques de la fondation de Simuang. Entretien avec les moines de Vat Simuang, Vientiane, 2000. 124 Les Notes de voyage de Henri Mouhot sur le Siam rapporte une légende semblable sur la fondation des portes des villes siamoises. « Le roi désigne au hasard, un passant » pour être sacrifié, afin d'incarner l'âme protectrice de la ville. 125 Le “moment propice ” –traduction approximative– se calcule dans le calendrier lao ancien, spécifique pour la construction des pagodes. La même consultation cérémoniale se fait pour la construction des maisons. 126 L'habitation lao de la plaine de Vientiane et de Luang Prabang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 80 - paroles en ces lieux.127 Ensuite, il y a l’usage des espaces communautaires qui se trouvent dans l’enceinte même du monastère. Celui-ci semble être le plus important des espaces communautaires dans la société lao, construit et entretenu par elle. Il anime la vie politique et culturelle de la société villageoise et citadine. Il devient le lieu de festivités, d’événements et de rassemblements. Les réunions de villages en plein centre ville aujourd’hui continuent à se tenir dans les sala des vat. L’usage de l’espace du monastère est en ce cas moins strict, puisque l’autorité du village peut fixer des règles après concertations avec les habitants, selon les disponibilités et à condition que cela ne soit pas en contradiction avec les règles monastiques. Enfin, il y a la fonction des espaces habités. Cette question a été clairement analysée par Sophie et Pierre Clément dans L’habitation lao dans la plaine de Vientiane et de Luang Prabang. 128 Nous pouvons retenir quelques traits importants tels que la position du dormeur et du mort dans la maison, l’emplacement des escaliers et leur fonction sociale, la disposition des chambres à coucher et leur fonctionnement, etc. Ces traits montrent notamment qu’il y a une hiérarchisation sociale et des interdits imposés aux occupants et marqués dans l’espace construit. Par exemple, les religieux et les esprits sacrés ne peuvent pas monter dans la maison s’il faut passer sous les pilotis pour emprunter l’escalier d’accès. C’est pourquoi les escaliers des maisons lao doivent toujours être en appentis, ou du moins indépendant et attenant à la maison.129 Nous pouvons dire que le monde sacré s’est emparé de tous les espaces possibles : les règles, les obligations, les interdits inscrits dans l’espace trouvent en quelques sortes des justificatifs dans le domaine sacré. Une analyse a posteriori montre également que les règles et les interdits renvoient par ailleurs à des expériences empiriques des espaces. Les règles de fabrication et de fonctionnement de l’habitat, par exemple, renvoient souvent aux règles et aux comportements sociaux, à l’hygiène et à l’environnement. Le non-respect des ces règles provoquerait déséquilibre, relâchement de liens sociaux et altération des liens avec les esprits. Prenons comme exemple le fonctionnement de la maison : pourquoi la cuisine, littéralement “ maison où on cuisine ” [gInvo7q;], qui se construit comme attenante à la maison principale dans un autre corps bâti avec sa propre toiture et posée sur une sorte de terrasse commune, doit-elle être construite ainsi ? Ce dispositif semble lié à la question d’hygiène et de sécurité par rapport à la fumée, au feu et aux odeurs, etc. Un autre exemple nous interpelle du point de vue comportemental : pourquoi il est interdit au gendre d’une famille de dépasser la limite de la cabine de couchage [souam, l;h,] de sa femme ? Ces interdits renvoient bien entendu à toute éventualité d’inceste, car le beau-frère devient socialement le frère.130 Les traits que nous venons d'évoquer explicitent le fait que le mode d’usage et la pratique sociale de l’espace constituent par eux-mêmes une culture spatiale et induisent donc une certaine forme d’espace. C’est un patrimoine immatériel dont l’existence est liée à un patrimoine matériel bâti. L'intégrité de l’usage de ces espaces devient un domaine patrimonial et exige une grande maîtrise comportementale et une pratique aiguisée des usages sociaux, un art de vivre particulièrement difficile pour des personnes non averties. On apprend à un enfant dès son jeune âge à savoir faire la différence entre un lieu sacré et un lieu non sacré, à avoir en conséquence des comportements appropriés. Cela signifie que, si la mutation spatiale issue du développement urbain 127 Pour les femmes ou les enfants de sexe féminin, il est interdit de toucher les objets sacrés, notamment les effigies du Bouddha, les robes monastiques portées par les moines, les bols à aumône et autres objets sacralisés. Il est également interdit aux femmes de fixer un moine dans les yeux, d'entrer dans certains lieux du monastère, notamment dans les chambres du kouti [d5f8y]. Pour les religieux eux-mêmes et pour tous laïcs, il est interdit de fouler le sol où ont été enterrés les objets sacrés, de rentrer chaussés et chapeautés dans les édifices construits dans l'enclos du monastère. Enfin, il est interdit de porter des armes, réclamer son dû, blesser en acte et en parole autrui. 128 L’habitation lao dans la plaine de Vientiane et de Luang Prabang, Pierre et Sophie Clément, op, cit. 129 Les maisons lü du Nord rassemblent l’escalier d’accès sous la même toiture que l’ensemble de la maison. Cependant, il est aménagé de telles sortes que les moines ne passent pas sous les pilotis mais sous les pans de toiture qui “ tombent ” en escalier dans le prolongement de la grande toiture. 130 Dans des cas exceptionnels si la fille mariée venait à mourir la tradition accepte que les parents marient le beau-fils à une autre de leur fille si les deux parties en sont d’accord.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 81 - et économique s’opère sans harmonisation avec la mutation sociale à l’œuvre et donc aussi avec la mutation comportementale, il y aurait une sorte de rupture et de déséquilibre entre le mode d’usage et le mode de fonctionnement par rapport à l’appropriation des espaces en cours de mutation. II. I. a. 2. La matérialité du patrimoine, question de conservation, de l'ancien et du neuf La première matérialité du patrimoine s'exprime avant tout à travers les objets sacrés et les édifices religieux. Au Laos, ils sont les premiers à constituer le patrimoine matériel. Ceci est sans doute lié au fait que les édifices religieux ainsi que les objets cultuels sont les seuls objets qui ont survécu au temps et qui peuvent être représentatifs de l’histoire périodisée. La deuxième matérialité du patrimoine, c’est le savoir-faire technique et la valeur artistique et esthétique des objets et des édifices. Cette deuxième matérialité est reconnue tardivement en tant que telle. La reconnaissance de la première matérialité est probablement liée à la prise de conscience de l’histoire dans l’enjeu politique et idéologique ; la reconnaissance de la seconde matérialité est sans doute liée à l’autonomisation de la valeur des objets patrimoniaux. Contrairement à sa matérialité, l'immatérialité du patrimoine fait transparaître le fait que nous pouvons reproduire les objets en utilisant le savoir-faire ou donner un sens à un objet en le rendant sacré en l’affectant à un culte. Et puisque les objets sont reproductibles et peuvent prendre le sens que l’on donne, ils n'ont donc pas d'existence et d'identité propre au-delà de leur fonction. Leur existence en tant qu'objet et en tant qu'identité propre se serait réduite. Ils n'ont d'existence que lorsqu’ils sont en cours d’usage ou lorsqu’ils représentent ou symbolisent quelque chose. En ce sens, le patrimoine peut être aussi physiquement un objet neuf et pas forcément un objet ancien. En ce cas, la question de sa conservation et de son intégrité n'a pas particulièrement de sens en tant qu’objet. Ici, c'est donc le contenu de l’objet, en tant que signifié qui importe et qui est perpétué dans la conception du patrimoine. Aujourd’hui, cette notion d’immatérialité constitue essentiellement un obstacle à la conservation du patrimoine, au moment même où la notion de conservation ne peut exister que si le patrimoine est entièrement devenu un objet autonome. II. I. a. 3. La notion de pérennité et de transmission du patrimoine La notion de pérennité et d'intégrité de l'objet d'origine en tant que contenant, est une notion récente et moderne au Laos. La notion lao du patrimoine, évoquée ci-dessus, considère que l'essence du patrimoine est avant tout immatérielle. Seuls, la démarche de fabrication et le savoir-faire seraient nécessaires pour la pérennité du patrimoine. Parce que l'objet est soumis à “ l'injure du temps ”, rien ne lui résiste, “ seule l'immatérialité des choses échappe aux méfaits du temps ”. À la place de la transmission et de la pérennité du patrimoine, en tant qu'objet, nous parlons plutôt de la transmission et de la pérennité du savoir et de la connaissance, permettant sa reproductivité ; transmission opérée entre père et fils ou de maître à élève. De même, dans cette logique, on ne transmettrait pas une maison à ses enfants, mais on leur transmettrait la manière de la construire et de l’habiter. On leur transmet en fait l’âme du foyer, le rituel pour garder chez soi l’esprit protecteur, le phi heuan [zugInvo]. Dans cette démarche, la pérennité du “ contenu ” dans la transmission du savoir n'a de sens et ne peut s’opérer, que si la qualité du nouveau “ contenant ”, la manière de le construire et de le reproduire en soit également pérenne. Si ce n'est pas le cas, nous assisterions à la création d'un nouvel objet indépendant qui n’est pas issu de la transmission des savoirs. Dans ce cas, nous sommes alors dans une situation de rupture : il n’y a pas de transmission. La conservation du patrimoine au Laos correspond précisément à ce cas de figure. Autrement dit, la disparition du patrimoine relève plus du manque de transmission de la connaissance et du savoir que de la disparition des objets patrimoniaux. Pour comprendre notre propos, il faut rechercher dans l’approche utilisée pour expliquer à la communauté religieuse qu’elle a perdu aujourd’hui son savoir et son art de bâtir ; qu’elle ne possède plus de connaissance pour reproduire les stucs, percer le secret du langage architectural et de la proportion architectonique des sanctuaires. C’est cette méconnaissances qui détruit vraiment le patrimoine religieux et moins les intempéries et la destruction proprement dite des édifices. Pour illustrer encore notre propos, il suffit de regarder les Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 82 - monastères nouvellement construits où aucun art de bâtir n’est respecté. Les composants et le langage architecturaux étant incomplets, les symboliques spatiales se retrouvent altérées. II. I. a. 4. La valeur symbolique, la valeur marchande A priori, le patrimoine tel qu’il a été évoqué précédemment ne peut avoir une valeur marchande. La valeur marchande du patrimoine est née en Occident corollairement à la naissance du goût pour les Antiquités qui découle, lui, en partie de la mise en valeur de l'histoire. La valeur marchande du patrimoine est donc indissociable de la mise en valeur de la discipline de l'histoire. Ensuite, elle sera soutenue par des jugements de valeur ; des valeurs choisies de manière dépendante des périodes historiques. Ainsi, il existerait une période historique plus riche qu’une autre, etc. Une ambigüité et un certain paradoxe de situation se sont alors installés dans les mentalités concernant la conception du patrimoine. L’amour des antiquités entraîne la volonté de protéger le patrimoine en tant qu’objet et contenant patrimonial autonome. Mais l’amour des antiquités fige aussi ses fonctions immatérielles. Il vide son sens symbolique. Du patrimoine vivant relevant des sens et des symboles, nous passons alors au patrimoine mort chargé de valeur autonome, mais marchande. II. I. a. 5. Le patrimoine, entre mythe et théorie La notion du secret était un des composants de la conception du patrimoine laotien, en particulier à travers les croyances populaires. Il s'agit du patrimoine caché, invisible et inaccessible. C’est là que réside aussi sa valeur. Un lien semble relier cette idée du patrimoine caché et invisible à deux faits importants : aux faits historiques et aux mythes populaires. Concernant les faits historiques, nous pouvons constater que les trésors religieux de grandes valeurs ont souvent été cachés, du moins, ce sont ceux qu’on a tentés de cacher. C’était a priori le roi lui-même qui ordonnait aux responsables de tel ou tel monastère d’effectuer les tâches, afin de soustraire les trésors à la convoitise des ennemis qui auraient la volonté de les tenir en leur possession, chaque fois qu’ils prenaient d’assaut un muang. Ainsi aujourd’hui, on conçoit que les plus grandes caches que le Laos aurait connues auraient été réalisées sous le règne du roi Anouvong. Une campagne spécifique, sous le prétexte d’une tournée religieuse pour restaurer les lieux et les monuments, aurait été effectuée par ce roi. Lors de ces tournées, Anouvong aurait surtout demandé au clergé et aux chao muang d’être disposés à cacher, au moment venu, ce qui leur semblait être les trésors du pays. Et le moment venu aurait été la guerre de libération qu’il préparait contre le Siam. Bien qu’aucune preuve écrite n’ait été retrouvée portant sur la question, les nombreuses découvertes de “ caches ” qui seraient datées de la fin du XVIIIe et du début du XIXe siècle tendent aujourd’hui à pencher en faveur de cette allégation. Chaque “ cache ” aurait contenu des objets et des bouddhas de grande valeur et en nombre important : notamment celle de la grotte de Mahasay, et la plus récente, celle de Vat That Khao. À l’heure où la statue de Chao Anouvong est érigée dans le nouveau parc derrière le Hô Kham à Vientiane, les habitants de la ville pensent que, en suivant le parcours de ses périples religieux indiqués dans les annales locales, on pourrait espérer mettre au jour d’autres trésors du même type. Du point de vue des mythes et des croyances populaires, la conception patrimoniale nous fait rentrer dans un autre univers, dans la conception de la cité elle-même. Il s’agit des mythes et de la conception des “ cités invisibles ”, [muang lap-lé g,nv’]a[c]]. Dans cette croyance, il y a l’idée qu’un patrimoine caché est, de fait, protégé. Muang lap-lé désigne la cité invisible, vivante et radieuse, « seuls les gens bons et honnêtes observant le dharma pouvaient la percevoir. Et lorsque les gens y pénètrent, rien, a priori, ne distingue cette cité des autres. Il ne faut alors rien désirer, rien prendre, rien emporter, rien ramener vers l'extérieur, si non, ils perdent leur chemin de retour.» L'idée de la cité invisible n'existe pas uniquement qu’au Laos. Il semble que ce mythe existe un peu partout dans le monde, en Afrique et dans de nombreux pays en Asie. En seconde lecture, il s'agirait pour cette croyance populaire, à la fois d’un mythe et d’une théorie. Du point de vue mythique, l’idée de la cité invisible, confondue aux préceptes religieux, aurait symbolisé l'origine et la finalité des cités. C’est en quelque sorte un concept idéaliste de la société, une valeur Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 83 - civilisatrice et morale, une finalité que la cité doit atteindre. Celle-ci doit être « sans cupidité, n'y vivraient que des individus bons observant le dharma ». C’est finalement une sorte de paradis terrestre, “ d’ici et maintenant ”. Ce n’est pas le “ paradis perdu ” de la conception du monde judéochrétien de l’Ancien Testament. Ce mythe a donc une connotation religieuse liée au pancasila bouddhique.131 Du point de vue théorique, les éléments décrivants muang lap lé portent à penser qu’il s’agit d’une théorie politique récente qui aurait traduit l'instinct de préservation des peuples vis-à-vis de l'invasion étrangère, notamment la colonisation. L’annexion et la colonisation symbolisent avant tout, pour les peuples qui ont été colonisés, la recherche de richesses, la domination et l’exploitation des peuples par les nations dominatrices occidentales, et ensuite, la propagation de leurs valeurs culturelles qui se veulent civilisatrices. Parallèlement, étant donner que la notion de patrimoine et de richesse des biens des peuples symbolise leur souveraineté et leur liberté, l’idée de rendre ce patrimoine invisible et inaccessible symbolisé par la cité invisible aurait signifié en fait la volonté de se soustraire à la domination étrangère. La cité invisible aurait donc été le symbole de la liberté dégagée de toutes compromissions et emprises extérieures. II. I. b. La prise de conscience et la conception du patrimoine La prise de conscience et la conception du patrimoine ne peuvent être considérées comme telle qu’à partir du moment où le patrimoine est conçu comme objet autonome, comme nous l’avons déjà souligné. Ce sont deux faits qui sont liés au contexte de la colonisation. La prise de conscience et la conception du patrimoine donnent les mêmes faits, mais sont suscitées par deux causes différentes. La prise de conscience du patrimoine pour les Lao, est suscitée par la pensée anticoloniale dans le contexte de constitution d’une nouvelle identité politique, alors que la conception du patrimoine n’est pas soumise directement aux idéologies politiques, elle est suscitée ni directement par les revendications politiques locales, ni par les intérêts particuliers de la politique coloniale : son intérêt est plus autonome. II. I. b. 1. Prendre conscience autrement du patrimoine La prise de conscience du patrimoine chez les Lao remonte au réveil nationaliste durant la période coloniale et de la décolonisation. La conception occidentale du patrimoine comme objet autonome, ayant une valeur pour et par lui-même, prend pleinement son sens au cours de cette période. Elle s’est peu à peu étendue dans la culture des élites locales, aristocratiques et lettrées, ou issues de la fonction publique coloniale. Pour le reste de la population, le patrimoine correspondait toujours à des éléments éternels, vénérés, composés de légendes et d’histoires fabuleuses auxquelles elle s’identifie. Les élites locales formées dans les monastères, mais aussi dans les écoles françaises apprenaient à visualiser et à formuler autrement, à l’aide de concepts occidentaux, leur identité culturelle en des termes nouveaux. Ainsi, certaines d’entre elles redécouvraient des racines –leur être culturel et historique. Elles formaient, dans les années 1930, le premier noyau de personnes s’intéressant à la culture et au patrimoine de leur pays. En appréciant la valeur du patrimoine, en tant qu’objet autonome, elles s’y étaient progressivement identifiées et en avaient fait un outil de patriotisme, les sentiments d’exaltation de la patrie animaient leurs actions. Cela a abouti, à la fin de la Deuxième Guerre mondiale, à la formation de Lao Issara, mouvement “ nationaliste ” pour l’indépendance, dont les membres ont été très proches de l’administration française, puisque 131 Pancasila (Sk), panca (cinq), sila (pierre) : borne des cinq préceptes bouddhiques. Ici, la cité idéale serait liée à la conception des sages lao du XVIe et XVIIe siècle. Ces derniers nous auraient livré leur conception de la cité en la transposant dans le regard de Syaosavat, héro du roman philosophe éponyme, qui a défini les dix qualités des muang. (Cf. paragraphes traitant de la littérature géographique et de la définition du muang, du vieng et du xieng.)Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 84 - beaucoup en étaient issus.132 Après l’indépendance, le mouvement Lao Issara a fondé l’association Chanthaboury qui siégeait à Vat Chan,133 dont l’objectif était de préserver le savoir-faire ancien, de raviver l’art et la tradition artistique. Ainsi trouve-t-on dans cette association des maîtres artisans et artistes, une variété de professions allant du simple tisserand à l’érudit en littérature en passant par le charpentier et le sculpteur. Ces derniers ont participé à la première restauration des édifices patrimoniaux à Vientiane.134 II. I. b. 2. La conception du patrimoine La conception du patrimoine, comme objet autonome, a été élaborée au début du XXe siècle dans le contexte colonial, lorsque l’administration française a commencé à inventorier et restaurer quelques monuments de la ville de Vientiane.135 Notre étude se focalise sur Vientiane, car c’est dans cette ville principalement qu’est né le début de la conception du patrimoine. L’administration coloniale n’a effectué des restaurations quasiment que dans cette ville, les autres centres urbains de province ont suscité peu d’intérêt pour elle, sauf Luang Prabang où l’institution royale apportait déjà des attentions au patrimoine de la ville. Les études et les travaux de restauration relatifs au That Luang ou ceux portant sur Ho Phra Kéo ont témoigné de l’autonomie de l’objet patrimonial. Les travaux de Parmentier ont constitué les bases de connaissance les plus solides pour l’époque,136 bien que Louis Delaporte ait élaboré bien avant les premières esquisses et relevés.137 Les archives du Gouverneur Général d’Indochine montrent les premières listes d’inventaire des bâtiments anciens de Vientiane, même si peu d’édifices ont fait à l’époque l’objet de restauration. Elles mettent surtout en relief les débats entre les conservateurs, partisans des restaurations et les autres –ingénieurs et administrateurs, plus soucieux de combler le manque de main d’oeuvre, de construire des routes et de raser certaines ruines et bâtiments anciens afin de bâtir pour les besoins des équipements administratifs. Ainsi, Vat Kang et Vat Gnot Kéo n’existent plus aujourd’hui alors qu’ils ont été mentionnés à cette époque, et le rempart intérieur a été remplacé par les boulevards Khounbourom et Khouvieng. Tout en mettant en avant la valeur patrimoniale et artistique des ouvrages qu’il fallait préserver à travers leur restauration, l’administration a surtout privilégié les édifices à fonction stratégique ou politique. En effet, restaurer quelques monuments chers aux Lao pouvait leur redonner une confiance et une certaine dignité afin qu’ils reviennent de nouveau en masse vivre dans une ville, longtemps quittée et abandonnée après sa destruction. Sans population et sans main d’œuvre, il était difficile de développer un centre urbain digne qui venait d’être créé. Même si des 132 Interrogé, un ancien Lao Issara explique que le mouvement avait une pensée politique assez claire : nationaliste, anticoloniale, libérale et royaliste, mais absolument pas communiste. Il préexistait depuis les années 1930. Lors de la reddition, les armes de reddition japonais devaient être remises au pays occupé. Or, les autorités françaises ne représentant pas le peuple Lao à leur yeux, les Japonais refusaient de leur remettre les armes. Ayant repéré en la personne du vice-roi Phetsarath, le leader du groupe, l’autorité française « conseilla » ce dernier de formaliser le Lao Issara. Mais une fois les armes remises à Phetsarath, celui-ci «s’engagea dans la résistance» avec ses hommes, souvent issus de la fonction publique coloniale (traducteurs, instituteurs, employés administratifs) et déclara l’indépendance du Laos et Vientiane comme capitale du pays. (Réf. Entretien avec deux anciens membres de Lao Issara : Thongsing S. Phabmixay ; Chansamone Voravong). Ainsi, le légendaire Lao Issara, en tant que parti politique, ne serait qu’un organisme de circonstance. Avec du recul, Lao Issara apparaît comme un courant de pensée, un nouveau souffle littéraire et culturel, constitué par les élites nées durant la colonisation. C’est sans doute le seul mouvement du XXe siècle qui exerce une influence profonde sur la culture, “ le milieu nationaliste ” et intellectuel lao contemporain. 133 Le bâtiment qui avait abrité “l’école des artisans” a été détruit en 2004 par le vénérable de Vat Chan, bien qu’il figurait, sur la liste des inventaires proposée par l’Atelier du Patrimoine, parmi les bâtiments remarquables à protéger. 134 Le prince Souvanna Phouma, ingénieur TP, a suivi la reconstruction de Vat Ho Phra Kéo. Les travaux furent achevés en 1942. Pour l’un des piliers du sanctuaire, a été réutilisé les mortiers et les enduits à l’ancienne (probablement le Pathaï Khouay –le mortier de banane.) 135 CAOM, cote D2, Monographie de Vientiane 1896, document adressé au Commandant supérieur du Haut-Laos à Luang Prabang, par P. Morin, le 21 octobre 1896. Dans ce rapport, l’auteur a présenté quelques remarques sur les ruines de Vientiane qui font apparaître les monuments les plus importants de la ville. 136 Cf. L’Art du Laos, Henri Parmentier, édition révisée par Madeleine Giteau, publication de l’EFEO, Paris, 1988. 137 Album pittoresque, réalisé par Louis Delaporte, annexé à Atlas du voyage d’exploration en Indochine, 1866, 1867, 1868. Commission française présidée par le capitaine la frégate Doudart de Lagrée et publiée sous l’ordre du ministère de la Marine, sous la direction du lieutenant de vaisseau Francis Garnier, édition Hachette, Paris 1873.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 85 - milliers de familles revinrent effectivement sur le sol de leurs ancêtres,138 échappant aux autorités siamoises qui les empêchaient par des moyens divers de gagner la rive gauche du Mékong,139 leur nombre restait insuffisant. Malgré cela, dès 1910, l’administration française avait imaginé un musée des antiquités lao à Vientiane.140 La matérialité du patrimoine, en tant qu’objet de connaissance créé et transmis, témoignage du passé, périssable et vulnérable qu’il faut étudier, protéger, conserver, entretenir dans sa matérialité contre les intempéries, le temps et la destruction, n’était pas reconnue alors comme telle. Encore aujourd’hui cette matérialité n’est pas encore tout à fait comprise par la majorité de la population. Le patrimoine à sa source Il semble clair que l’administration française avait perçu l’importance des monuments dans la vie des Lao, porteurs d’identité et de fierté retrouvées, au point de les pousser à quitter à tout prix le Siam où ils avaient été déportés et retenus depuis trois générations.141 Remontant dans le temps, ce fil conducteur aide à comprendre la perception actuelle du patrimoine laotien en mettant en évidence le lien entre la conception laotienne du patrimoine aujourd’hui et un concept plus ancien qui en constituerait les racines. Dans la culture lao, un ouvrage d’art – qui fait partie de ce que l’on appelle aujourd’hui patrimoine – que ce soit un objet ou un élément bâti, n’est pas conçu comme un objet autonome. Il représente et symbolise, il garantit et rend souverain le pouvoir de celui qui le possède. Les objets patrimoniaux composent l’un des principes fondamentaux qui construisent et renforcent la légitimité et la souveraineté d’un pouvoir. Dans le roman philosophique, Nithanh Syaossavat, 142 le héros a clairement identifié les dix principes. Il s’agit de Khreuane Muang désignant les trois joyaux (Bouddha, Dharma et Sangha), Ming Muang (les esprits protecteurs, tels que les Dhevata), Khèn Muang (les médiums, les conseillers et les sages), Tchay Muang (l’épouse du monarque), Khenne Muang (le monarque), Ta Muang (les quatre portes et la sécurité), Hou Muang (la vigilance et les moyens de communication), Fa Muang (la force armée), Khoune Muang (la richesse et les ressources naturelles du territoire) et enfin, Khrouane Muang qui désigne les trésors, le patrimoine et les biens de grande valeur transmis. Les arts, la littérature, les objets et les édifices vénérés en font sans doute partie.143 Ce terme signifie textuellement “ âme du pays ”. Le patrimoine fait donc partie des dix préceptes vitaux d’un pouvoir ou d’un État. Sans eux, les pouvoirs seraient fragilisés et voués à l’échec. Trois anecdotes sont à évoquer à titre d’exemple. Lorsque le Siam domina le Lan Xang, partitionné en trois royaumes, on comprend mieux pourquoi il commença par emporter à Thonburi 138 Les rapports montrent que le retour a été insuffisant, d’où la nécessité de faire venir de la main d’œuvre du Vietnam. In : Essai de colonisation annamite au Laos, 1903, Mission Le Hoan, CAOM, GGI, Mo 430. 139 Un accord a été conclu entre l’autorité française et l’autorité siamoise pour que les Lao qui le désirent puissent revenir au pays. Ne pouvant pas officiellement empêcher leur retour, l’autorité siamoise cherchait par des moyens détournés à les retenir au Siam. Dans les archives du GGI, on retrouve de nombreux dossiers exposant des cas de procès de droit commun que les Thaïs intentaient aux Lao du Siam, tel que vols de buffles, dettes non remboursées, etc. On trouve aussi des plaintes de Lao qui veulent revenir au pays. In : « Rapatriement des Lao à Vientiane », F146 25 332 ; « Contestation habitants rive droite et rive gauche » 1898, F130 20 841 ; « Retour de 2000 Lao à Vientiane » F742 20 903 ; « Plainte des Lao pour rentrer au Laos », E147 21 822. CAOM, fonds GGI. 140 Création du musée des Antiquités, CAOM, fonds GGI, cote R61.20217. Il semblerait que le musée se trouvait dans le cloître du Vat Sisaket. 141 Les Lao du Siam qui revinrent à Vientiane au début du XXe siècle sont de la deuxième et troisième génération, puisque les grands-parents avaient été déportés vers 1828 et 1829. 142 Les historiens pensent que Syaossavat, roman philosophique anonyme, fut composé au XVIIe siècle sous le règne de Souryavongsa. On peut retrouver les illustrations de ce roman sur les fresques en céramique des murs de la chapelle rouge (Ho Taï) du Vat Xieng Thong à Luang Prabang. Cf., aussi Hounphanh Rattanavong, in : Séna Mark Khika, ministère de la Culture et de l’Information, Institut de Recherche sur la Culture Lao, Vientiane, 1999. 143 Khreuane Muang Xg7njvog,nv’? ່ ; Ming Muang X,yj’g,nv’? ; Khèn Muang Xcdog,nv’? ; Tchay Muang X.9g,nv’? ; Khenne Muang Xcdjog,nv’? ; Ta Muang X8kg,nv’? ; Hou Muang Xs6g,nv’? ; Fa Muang X/kg,nv’? ; Khoun Muang X76og,nv’? ; Khouane Muang X0;aog,nv’?. In : Nithanh Syaossavat.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 86 - les objets de la collection royale tels que les livres (littéraires et sacrés) et les bouddhas (Phra Kéo, Phra Souk, Phra Say, Phra Seum).144 Le roi de Vientiane et ses sujets furent dépossédés des “ âmes du pays”, et donc de leur force et de leur dignité. De même, au début du XXe siècle, lorsque l’administration française demande à Sri Savang Vong145 le “ prêt ” de quelques objets de la collection royale pour une exposition à Paris,146 le roi se serait senti tellement coupable de l’avoir accordé que le soir en allant prier et faire des offrandes, il demanda aux esprits protecteurs du royaume de faire en sorte que ces objets ne puissent jamais quitter le sol laotien. La collection royale transportée par La Grandière vers Vientiane était composée d’objets précieux, entre autres des bouddhas en or. À l’approche de Pak Laï, la canonnière sombra dans le Mékong et les trésors furent engloutis dans l’épave au fond du fleuve.147 Par ailleurs, en 2005, dans une grotte nichée audessus d’une rivière, ont été découvertes plus de 250 statues de Bouddha, en bois, en bronze, en argent et en or.148 Leur style et leur facture artistique montrent que les auteurs sont des artisans de la Cour, il pourrait s’agir d’une collection royale datée entre le XVIe et le XVIIIe siècle. Un prince de haut rang ou un important vénérable l’aurait cachée pour la soustraire aux ennemis. Les anecdotes montrent combien la possession d’objets patrimoniaux était importante. Lors des guerres et des sièges d’une ville, il était habituel que le roi ordonne aux responsables de cacher les trésors, pour éviter que les ennemis en prennent possession afin de légitimer leur pouvoir. Cette capacité de légitimation des objets d’art, n’a-t-elle pas été utilisée, dans un tout autre contexte, par le général Tchiang Kaï-Chek qui a emporté avec lui une grande partie des collections impériales quand il quitta la Chine pour gagner Taïwan.149 La conception actuelle du patrimoine et son identification. De l’objet dépendant à l’objet autonome, aujourd’hui la conception du patrimoine au Laos n’a pas changé fondamentalement, mais s’est enrichie et élargie. L’importance de la possession d’ouvrages patrimoniaux est une pratique ancestrale qui perdure, comme garants du pouvoir et protecteurs de la société humaine. Elle se trouve enrichie par la conception occidentale qui considère le patrimoine comme un objet autonome – témoignage de la connaissance et du savoirfaire, et également élargie par l’évolution du domaine patrimonial lui-même. Le patrimoine ne se limite ni aux objets faits de matériaux précieux, ni aux objets mystérieux ou symboliques, ni aux ouvrages d’art et aux créations artistiques, ni aux édifices et sites de grande qualité. Les critères d’identification du patrimoine contemporain se sont largement diversifiés. En adhérant en 1987 à la Convention de l’Unesco sur le Patrimoine mondial, le Laos adhère aussi à ses principes généraux. Le patrimoine mondial standardise, en quelque sorte, ce qui constitue aujourd’hui le patrimoine de l’humanité. Ainsi, toute l’unité urbaine de Luang Prabang et l’ensemble du site archéologique de Champassak ont été classés et le site de la Plaine des Jarres à Xieng Khuang a été proposé au 144 Le bouddha de Jade (appelé émeraude par les Thaïs, les Lao et les Khmers) séjournait alors à Chiangmai lorsque Sethathirat, roi du Lan Na entre 1547 et 1560, succédant à son grand père, ramena la statue avec lui jusqu’à Luang Prabang, puis à Vientiane lorsqu’il y transféra sa capitale. Les statuettes Phra Souk, Phra Say, Phra Seum qui datent du règne de Sethathirat seront emmenées au Siam vers 1779 en même temps que le Bouddha de jade, ainsi qu’une multitude d’objets de valeur, suite à la prise de Vientiane par le général Kasat Suk qui deviendra par la suite Rama Ier. 145 Souverain du royaume de Luang Prabang entre 1905 et 1946, historiquement Sri Savang Vong n’a jamais été roi du Laos avant 1946 : Boun Oun de Champassak, descendant direct de Souryavongsa, n’a renoncé à son droit dynastique qu’en 1946. Son statut institutionnel a été défini dans le modus vivendi, annexe de la convention franco-laotienne. 146 Un spécialiste du musée du Louvre aurait été mandaté pour choisir les objets dans la collection royale. In : « Des documents secrets britanniques déclassifiés, révélation sur les trésors engloutis du Laos », Martin Bailey, Le journal des arts, n°12, mars 1995 ; Rapport de présentation de projet de l’association CERENA par Michel Guillaume, « La Grandière, canonnière du Mékong ». 147 La canonnière a sombré le 15 juillet 1910. La liste des objets “ prêtés ” par le roi n’a été retrouvée, ni dans les archives françaises, ni dans les archives royales lao. Ibid. 148 Dans la province de Khammouane, à une douzaine de kilomètres de Thakhek. Cf. Rapport interne du Département des Musées et de l’Archéologie, ministère de la Culture et de l’Information. 149 Résonnance intérieure, dialogue sur l’expérience artistique et sur l’expérience spirituelle en Chine et en Occident, Philippe Sers et Yolaine Escande, Ed. Klincksieck, Paris 2003.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 87 - classement.150 Le développement urbain des villes du Laos, en particulier celui de Vientiane, révèle le désir du nouveau et du “ moderne ”. Cependant, l’absence de l’expérience de la ville et de sa portée pédagogique, le manque de qualité esthétique et spatiale des réalisations, sont corollaires à la perte d’identité et portent un coup fatal au patrimoine : bâtiments, sites et ambiances urbaines de qualité. Pour une ville dont la plupart des constructions sont récentes et où les vestiges historiques sont peu nombreux et fragiles, les édifices modestes et les sites qui donnent cohérence et harmonie à la ville deviennent le domaine patrimonial par excellence, portant témoignage de tout ce qui a trait à la qualité, à l’identité et à la valeur pédagogique, ils relèvent dès lors du domaine patrimonial qu’il convient non seulement de préserver, de protéger, mais également de développer. Dans cette perspective, le patrimoine de Vientiane a été identifié et les critères de définition ont été élargis et réadaptés in situ, compte tenu de plusieurs faits évidents. D’abord le patrimoine laotien est matériellement peu monumental et peu durable (dans le sens où il y a peu de grands sites utilisant des matériaux durables.) Ensuite, la ville ne renaît qu’au début du xxe siècle, après avoir sombré pendant trois quarts de siècle suite aux incendies de 1828 – 1829. Et enfin, le patrimoine n’est pas seulement historique et symbolique, il peut avoir une valeur intrinsèque et autonome par rapport aux sens qu’il recouvre. Le processus de développement urbain actuel entre en contradiction avec le caractère modeste et fragile du patrimoine laotien, et risque donc de le faire disparaître. Au Laos aujourd’hui, on peut dire que le patrimoine devient un objet autonome que l’on peut saisir à travers des critères concrets, étudier, analyser et théoriser pour en entreprendre l’inventaire, la protection et la restauration, à l’aide de la typologie et de la classification. Les inventaires antérieurs à 1975 réalisés sous l’impulsion de l’académie Chanthaboury et du ministère des Cultes listent surtout des édifices religieux, des monuments, des objets de valeur et de culte, mais pas d’édifices civils, ni de sites paysagers. En fait, ces inventaires ne contenaient que des éléments historiques et symboliques, issus de la culture lao considérée comme dominante. Les inventaires réalisés en 1994 par le Département des Musées et de l’Archéologie ont élargi la liste à l’habitat civil, maisons lao sur pilotis et édifices coloniaux. Les inventaires réalisés en 2002 par l’Atelier du patrimoine élargissent et diversifient davantage encore les contenus méthodologiques et patrimoniaux.151 II. I. c. Le discours du patrimoine, entre instrumentalisation et valeur autonome La considération du patrimoine au Laos aujourd’hui est située entre deux écoles de pensée : entre son instrumentalisation pure et simple et son appréciation en tant que valeur autonome. Le discours sur le patrimoine peut être classé dans le processus de mise en valeur de la culture de la nation, et plus spécifiquement pour le régime actuel dont le discours sur le patrimoine a son appui idéologique sur la culture de masse inscrite dès le début de l’instauration de la RDP Lao. Avant de rentrer dans les détails de ce discours, mentionnons d’abord qu’il est particulier par son ambiguïté. D’un côté, il y a l’empreinte de la culture communiste marxiste de la garde révolutionnaire qui prône la culture de masse, et de l’autre, il y a un mélange entre la culture nationaliste du peuple et la culture des élites actuelles qui se sont beaucoup référencées au mouvement Lao Issara. II. I. c. 1. Le discours du patrimoine dans la culture révolutionnaire. La pensée révolutionnaire tenait beaucoup aux discours patrimoniaux pour se faire comprendre par la population et justifier les actions du régime consacrées à la culture, que l’on peut 150 Le Comité du Patrimoine mondial de l’Unesco a inscrit sur la liste du Patrimoine mondial le site de Luang Prabang en décembre 1995 et le site de Vat Phu en décembre 2001. En 2008 le classement de la Plaine des Jarres est toujours à l’étude. 151 En tant que responsable de cet Atelier, dont la mission était de former le personnel à la méthodologie d’inventaire et de classification, et de soumettre des listes d’inventaires ainsi que le périmètre de protection, j’ai dû établir une méthodologie spécifique et formuler des typologies plus appropriées aux formes des espaces locaux. Cf. Les documents de l’Atelier du Patrimoine, et cf. aussi Vientiane, portrait d’une ville en mutation. Chayphet Sayarath. Op, cit. Tab. 1. Listes des inventairesDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 88 - appeler communément “ manipulation idéologique ”. Cependant, ces discours donnent à voir des ambiguïtés et des contradictions. L’idéologie marxiste-léniniste, avec laquelle le PPRL tente de tenir et construire le pays, entre souvent en contradiction avec le fonds culturel local. Le discours est donc sans cesse en porte-à-faux entre la volonté d’imposer une idéologie progressiste et hétérotopique que personne ne comprend, et un désir réel pour que les idées nouvelles soient assimilées par la population et pour qu’elles puissent apporter un changement fixé dans les objectifs de la révolution. Pour le nouveau régime, l’idée de patrimoine telle qu’elle a été conçue avant la révolution est un fait des sakdina. Le patrimoine lui-même est le produit des sakdina thongthin (impérialisme local), mais aussi d’une société coutumière et arriérée. Pour le PPRL, le patrimoine – s’il doit exister – ne peut être issu que de la “ vertu de la lutte (des classes) ” (moune seua to sou) transmise par les dirigeants révolutionnaires depuis le début du XXe siècle. C’est fort de cette fougue et de cette lutte que la jeune génération doit s’imprégner pour s’affranchir du monde coutumier et construire un monde progressiste, débarrassé des lourdeurs historiques du passé. En réalité, personne ne semble comprendre ce discours, à part les purs idéologues eux-mêmes, et encore ces derniers sont rares. Dans les premières années, si le patrimoine ne peut exister en tant que tel dans la pensée révolutionnaire, la culture en rapport avec le patrimoine, elle, existe. Et en se plaçant dans le champ de la culture, le patrimoine a pu se définir un rôle dans le nouveau régime. Très rapidement, la confrontation avec la réalité culturelle et avec une population “ récalcitrante ”, avec ses cultes religieux, ses habitudes, ses coutumes oblige le régime à réviser la forme mais aussi le fond de son discours patrimonial et culturel. Cette révision correspond à la période de la Nouvelle Pensée. Mais c’est en 1993 qu’elle est plus affirmative à travers le discours de Khamtaï Siphanhdone, Premier Ministre et président du comité central du PPRL, lors du congrès national portant sur la réforme du domaine de l’information et de la culture. L’idée du patrimoine se retrouve réajustée dans la nouvelle politique culturelle de l’État. Celle-ci prône « son harmonisation avec le temps et le progrès », affirme la nécessité de « protéger, transmettre, développer le patrimoine et le beau caractère de la culture nationale […] ». Ou encore de « protéger, construire et développer le patrimoine national, tout en empêchant les mauvaises influences extérieures […] ». Ces actions doivent se faire à la fois « en harmonie avec le plan préconisé par le parti, et avec l’ouverture et les échanges avec les autres pays, tout en sachant distinguer les choses subversives […] ». 152 II. I. c. 2. L’instrumentalisation du patrimoine À l’heure où il y a une volonté de se fondre dans la continuité de l’histoire, notamment la préparation des 450 ans de la fondation de la capitale, l’idée de patrimoine devient importante pour l’État lao. Les discours politiques donnent donc le ton aux discours patrimoniaux. L’architecture fait partie du support des discours. Les vocabulaires architecturaux sont censés exprimer aujourd’hui les options officielles portant sur l’architecture, et de manière générale, sur la culture. L’architecture officielle des bâtiments publics Les discours donnent d’abord une vision claire de ce que le pouvoir conçoit comme architecture officielle à travers de nombreux bâtiments publics nouvellement construits ou en cours de construction. Nous consacrons une partie de notre réflexion à ce sujet (dans « la question architecturale »), évoquons ici que l’essentiel du vocabulaire utilisé dans l’architecture publique est emprunté à l’architecture lao. Il s’agit des composants architecturaux de la couverture des bâtiments : la forme en pente douce et retroussée des pans de toiture, le traitement ouvragé des 152 Recueil des Résolutions du Parti portant sur la politique culturelle, édition du Département de diffusion, des bibliothèques et des enseignes de publicité, ministère de l’Information et de la Culture, Vientiane 1996.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 89 - pignons et des rives. Cet ensemble coiffe le corps quelconque de la plupart des bâtiments publics. L’architecture publique telle que nous l’évoquons exprime ainsi le premier discours spatial officiel. L’architecture domestique, du village au micro ville Aujourd’hui, il est ainsi tout à fait entendu que le pouvoir aurait aimé créer un “ quartier lao ” dans le centre de la ville de Vientiane et dans les quartiers limitrophes du That Luang. Ces quartiers dits “ lao ” ne seraient composés que d’édifices en bois sur pilotis : « on veut voir une ville lao lorsqu’on entre dans le quartier central ou historique. Il faut que l’on sache qu’on est, là, en présence de la ville lao, avec ses constructions et ses maisons en bois sur pilotis » (sic). La vision des maisons lao en bois sur pilotis construites un peu partout, remplaçant celles qui ne le seraient pas, semblerait ici suffire, aux yeux du pouvoir, pour définir ce qu’est la ville lao. Cette vision simple et réductrice, méconnaissant totalement la matérialité et l’immatérialité des espaces successifs hérités, représente ainsi la compréhension générale du modèle des villes lao par la population. Elle représente également la vision d’un certain nombre de responsables techniques et administratifs du territoire et de la ville, se conformant à l’idéologie politique du moment. Cette vision “ reconstituante ” à travers l’architecture domestique, ne prenant pas en compte les réalités de l’histoire, du temps et de l’espace que la cité a pu traverser et sédimenter, exprime ici le deuxième discours spatial et la méconnaissance même de l’histoire urbaine liée au pouvoir. La reconstitution du patrimoine disparu Un autre exemple illustre le troisième discours officiel, c’est l’idée de reconstituer un patrimoine disparu : tels, le rempart et les piliers de fondation de la ville. Une construction qui se veut être un petit musée de site a ainsi été érigée couvrant un tronçon du rempart extérieur de Vientiane au niveau de Ban Nong Haï. Un projet de reconstruction du rempart dans la partie sud de la ville est fortement sollicité. Un des responsables du département de l’Information et de la Culture de la Préfecture de Vientiane évoque dès l’année 2002 cette reconstitution avec spectacle son et lumière montrant les heures fastes de la construction de la ville. Si cette sollicitation n’a pu être satisfaite par manque de moyens adéquats, la reconstitution de ces moments fastes, par des scènes qui se veulent fidèles et évocatrices de la construction historique de la ville, était prévue pour la cérémonie d’ouverture de la 25e édition des SEA Games en novembre 2009, et pour les 450 ans de la fondation de la capitale, en novembre 2010. En ce qui concerne les piliers de fondation, la construction d’un édifice a été réalisée à l’endroit où a été mis au jour un ensemble de bornes et de stèles (à côté de Vat Simuang). D’après le maître de l’ouvrage (Département des Musées et de l’Archéologie, ministère de l’Information et de la Culture), cet édifice est censé marquer le lieu du lak muang (pilier fondateur) de la ville. Reprenons ces trois discours et émettons quelques remarques. D’abord à propos de la reconstitution du patrimoine bâti, les vieilles maisons lao en bois et les bâtisses coloniales, sont quotidiennement démolies et sont maintenant en nombre très limitées. La question de leur protection n’a pas été intégrée dans le processus de développement urbain, bien que certaines d’entre elles aient déjà été proposées à l’inscription.153 En d’autres termes, d’un côté, les institutions étatiques n’arrivent pas à mettre en application les quelques directives de l’État concernant la question de la protection du patrimoine existant, et de l’autre, au contraire, elles ont tendance à rechercher dans les constructions nouvelles la réplique et le mimétisme de ce qui n’existe plus, voire, de ce qui n’existe pas, tout en affichant ce fait comme une forme de conservation ; d’où la propension à laisser démolir les édifices patrimoniaux les plus significatifs. On considère ainsi, que reconstruire un édifice à l’identique, en totalité ou partiellement, c’est le restaurer. Au final et dans les faits, la reconstitution artificielle des édifices démolis constitue un décor urbain plaqué dans un 153 Dans les règlementations et les prescriptions du Plan de Protection du Patrimoine, effectuées par l’Atelier du patrimoine. Fig. 12. Monument consacrant le pilier de Simuang, comme fondation de la ville de VientianeDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 90 - tissu hétéroclite en cours de décomposition. En s’appuyant sur ces discours officiels et en considérant la réalité à travers la question de reconstitution cela nous oblige à réfléchir : comment serait composé aujourd’hui un quartier urbain ou une ville dite “ lao ”, si celle-ci existait toujours, ou dans quelle condition celle-ci peut-elle exister ? Nous cherchons à identifier l’identité des espaces lao à travers quelques formes urbaines et quelques modes d’habitat et de fonctionnements spatiaux (comme nous allons le faire tout au long de la deuxième partie de notre recherche). Il s’agit de comprendre ce qui fait l’équilibre entre les éléments bâtis et les ambiances urbaines, l’harmonie entre le paysage urbain et la pratique culturelle des lieux, de comprendre ce qui fait la particularité de l’écologie urbaine, de la gestion des sols, etc. Tout cela formerait l’identité des ambiances et des paysages urbains qui se construisent au fil du temps, accumulant les souches de sédiments spatiaux. La ville lao, en fait, c’est simplement la ville, avec son histoire spécifique. Si les tissus et les ambiances urbaines et paysagères, si la manière de pratiquer les lieux – avec ses particularités – sont des éléments qui forment l’espace lao et son identification, leur reconstitution artificielle – une fois disparus – serait un leurre et ferait preuve d’une méconnaissance totale de la réalité de l’espace et du temps. De même pour l’architecture officielle qui se veut inspirée du vocabulaire de l’architecture lao, ce n’est rien de moins qu’un emprunt, un mimétisme de sa représentation. C’est une architecture mixte et composite qui imite une image et une forme sans entrer dans le fondement de l’équilibre et de l’harmonie spatiale et architectonique de cette architecture. En fin de compte, du point de vue de la recherche de logique d’idée, en cherchant à rétablir un contact avec un “ passé glorieux ” à travers la reconstitution du patrimoine, voire celle de son avatar, et non pas à travers sa conservation, le discours officiel dialogue avec lui-même et répond à sa propre idéologie. Sensé susciter les émotions et symboliser les partis pris idéologiques du pouvoir dans sa réconciliation avec l’histoire à travers un patrimoine et une identité “ ressuscitée ”, en reconstituant et en inventant même le patrimoine, le troisième discours du pouvoir est un paradoxe. Il construit des espaces dépourvus de sens et coupés de la réalité du temps, satisfaisant seulement les discours autovalorisés, dans une phase de mutation importante de la société laotienne à la recherche d’identité et de modèle. La reconstitution du patrimoine réalisée, ne répondant pas à la volonté de se réconcilier avec l’histoire pour mieux se relier à l’avenir, se place ainsi dans sa fonction instrumentale la plus éclatante. L’instrumentalisation du patrimoine prend ici tout son sens. II. I. c. 3. La valeur autonome du patrimoine Contrairement aux objectifs de l’instrumentalisation, l’espace habité et l’architecture lao ancienne sont complexes et fragiles – qu’ils soient considérés ou non comme patrimoniaux. Ils ne peuvent être représentés par une image pittoresque ou résumés en quelques vocabulaires architecturaux. La connaissance des composants spatiaux et architecturaux, culturels et fonctionnels, la prise de conscience des sensibilités et des sens qui les ont produites, la compréhension de la complexité des champs d’intervention pour comprendre et préserver l’équilibre, pour développer l’espace des villes lao, nous paraissent cruciales et doivent être prises en compte dans les démarches qui considèrent le patrimoine dans sa valeur autonome, dépourvue de manipulation. Dans le cas où il y a prise en compte de tout cela, que ce soit de manière entière ou partielle, nous entrons dans un autre processus de pensée. Le patrimoine acquiert dès lors une autonomie et n’est plus complètement assujetti comme instrument et support idéologique. La distanciation entre le sujet et l’objet serait alors établie : le patrimoine devient un objet indépendant. Il n’est ni la représentation, ni le reflet du sujet qui voit dans l’univers du patrimoine l’incarnation matérielle de sa propre existence autovalorisée. L’autonomie des biens patrimoniaux, au contraire, met à nu le savoir et la valeur civilisatrice de ceux qui l’ont produit. Le patrimoine devient un objet à étudier, un témoignage. Il peut être représentatif d’un savoir et savoir-faire technique et artistique digne d’être protégé, conservé et prolongé. Il devient un objet de connaissance, un objet pédagogique. Les champs de connaissance disciplinaires et les actions apparaissent dès lors : les analyses typologiques, la classification, les inventaires, mais aussi la spéculation économique, etc. L’exemple de Luang PrabangDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 91 - Le cas de Luang Pabang illustre la coexistence difficile entre instrumentalisation et valeur autonome du patrimoine. Lorsque la ville a été classée au patrimoine mondial, il a été établi que sa valeur patrimoniale était digne d’être protégée au rang du Patrimoine de l’humanité. Ce qui signifie que la connaissance de ce patrimoine en tant qu’objet a été constituée, passant par son analyse, ses inventaires, son classement, sa mise en valeur, etc. De ce point de vue, le patrimoine est clairement dissocié des manipulations idéologiques auxquelles il pouvait être soumis. La ville, son paysage, ses édifices patrimoniaux les plus remarquables font l’objet de restauration, soumettant les acteurs privés et publics aux contraintes techniques, fonctionnelles et économiques, mais aussi idéologiques. Ainsi, l’autonomie du patrimoine échappe à la pensée instrumentale qui ne peut le saisir, ni l’utiliser. Au contraire, les biens patrimoniaux acquièrent leur propre définition et évoluent dans leurs propres champs, bien entendu non dépourvus d’autres perversités qui n’ont pas de rapport direct avec le fait de l’instrumentaliser. Le patrimoine de Luang Prabang parle par et pour lui-même. Si idéologiquement il peut évoquer par sa nature une période historique qui occupe une position mineure dans l’idéologie officielle, il ne saurait être au service d’aucune idéologie politique ; à part celle de l’Unesco, dont les règles ont été acceptées comme “ universelles ” et auxquelles le Laos a adhéré. Le patrimoine de Luang Prabang semble donc échapper à l’emprise du pouvoir ; la valeur qu’il représente et qu’il véhicule a peu de points communs avec celle que le pouvoir défend et ne peut donc être réutilisée par celui-ci. D’où une appropriation assez difficile par les acteurs publics de cette politique de conservation qui semble venir de l’extérieur et née davantage d’un consensus politique du gouvernement qui désire montrer au monde l’ouverture et la reconversion du pays aux valeurs universelles partagées par tant de nations, plus que d’une adhésion volontariste. II. I. d. Nécessité de développement et nécessité de mémoire, un dialogue de sourds Les contraintes imposées par les conditions de la protection patrimoniale (locale, nationale ou universelle) passant par les classements, et à termes, par les réglementations et les prescriptions créent souvent des ambigüités dans les actions à mener et génèrent des conflits multilatéraux ; d’abord entre les acteurs publics eux-mêmes et ensuite entre les acteurs publics et privés. Les ambiguïtés dans les actions à mener semblent issues du manque de volontarisme de la politique patrimoniale, de l’incohérence entre les discours politiques et leur application. L’ambiguïté semble également venir de la méconnaissance du patrimoine et de son contenu, et de l’incompréhension du fondement de la protection du patrimoine et de ce qu’elle implique. Les conflits entre les acteurs publics s’expriment surtout dans les champs d’application, par le fait que les priorités de chacun n’ont pu être conciliées. Trois principaux domaines d’intervention spatiale – développement urbain, développement territorial et préservation du patrimoine – s’interposent et entrent en contradiction. Comme si l’un devant apporter des améliorations à l’espace socio-économique et à l’espace tout court, et l’autre devant figer l’espace dans un passéisme improductif et inutile. L’idée de la préservation du patrimoine considérée comme frein au développement bat son plein au Laos et pose problème, alors que partout ailleurs cette dualité est devenue un discours passéiste. Revaloriser, le patrimoine participe au développement en mobilisant les filières (métiers et emplois) patrimoniales et touristiques. À court et à long terme, le patrimoine recadre l’espace et le territoire dans ses actions écologiques : le cycle de vie du territoire de l’urbain semble en quelques sortes faire son tour par un recyclage spatial avec la protection du patrimoine et ses implications. Effectivement, le patrimoine conservé et restauré retrouvant une fonction et une utilité nouvelle est équivalent aux processus de recyclage, pouvant donner aux démarches de développement une économie spatiale et territoriale, si les démarches de développement en question l’incluent dans ses composantes. Mais cette écologie n’est pas bien comprise au Laos par les décideurs et les acteurs. Les concepts de développement et ceux de la mémoire restent alors à ce jour contradictoires et difficilement réconciliables. La ville de Luang Prabang fait l’objet de débats entre ces deux approches. La première affirme que le patrimoine gèle le territoire, obligeant les acteurs publics en charge du Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 92 - développement urbain à considérer deux options : intervenir dans le territoire constitué de manière uniquement fonctionnelle – une idée qui rentre en collision avec la conservation et l’existence même de Luang Prabang –, ou explorer l’extérieur du territoire constitué pour permettre son extension. La deuxième idée affirme que le patrimoine est le témoignage de la mémoire et de la connaissance, nécessaire pour une société équilibrée. Ce débat cache en fait une autre question : celle de l’identité spatiale de la ville de Luang Prabang. Si l’aménagement de cette ville, que ce soit dans les démarches de développement urbain ou dans les démarches de préservation du patrimoine, avait intégré l’analyse spatiale de la cité dans ses démarches et s’était fondé sur sa connaissance profonde, il aurait été évident de constater que Luang Prabang était une ville aboutie aussi bien en terme de densité qu’en terme de modélisation. Quel type d’interventions, quel développement peut-on lui apporter, si l’on conçoit qu’elle ne peut se figer dans sa suffisance spatiale et dans son modèle d’espace abouti ? Comme beaucoup de villes qui doivent se développer, elle est appelée malgré elle à accueillir plus de monde et plus de fonctions nouvelles. C’est sans doute de cette question qu’émane l’étude du schéma de cohérence territoriale (SCOT).154 Mais apparemment ce schéma n’est pas une réponse satisfaisante à toutes les questions posées. Le Luang Prabang péninsulaire continue à être densifié par ses activités, son occupation spatiale et démographique : son équilibre en tant qu’espace abouti se fragilise alors. Le site archéologique de Vat Phu quant à lui illustre le débat qui oppose l’idée que le patrimoine bloque le développement à l’idée que la méconnaissance de l’histoire implique des maladresses sur la mise en œuvre de l’avenir. Face à cela une devise laotienne résume la nécessité d’avancer et de penser autrement l’avenir et le développement : bung na, hai bung lang, “ pour aller de l’avant il faut regarder en arrière. ” II. II. Le monastère dans la centralité urbaine et sociale et en tant que modèle d’architecture Dans la deuxième période du régime, l’organisation bouddhique devient un véritable partenaire du PPRL, parce qu’elle peut aussi servir la diffusion de sa politique. L’Union Bouddhiste Lao (UBL) qui dirige et gère la religion nationale devient l’une des quatre directions au sein de l’Union du Front Lao pour l’Édification Nationale (FLEN) qui est une composante du parti. Du fait qu’elle soit intégrée dans l’organe politique, l’UBL est un organisme administratif particulier et parallèle qui possède un pouvoir et une influence considérable, bien au-delà de ce qu’on pouvait imaginer dans un système communiste. Peu à peu le Sangha – organe principal de UBL – retrouve l’importance qu’il avait avant 1975, si ce n’est davantage. À la place du pouvoir monarchique constitutionnel traditionnel, qui le soutenait autrefois, il gagne aujourd’hui auprès des personnalités influentes du régime une faveur considérable. En 1991, au même titre que les autres confessions autorisées au Laos, le bouddhisme à travers le Sangha et l’UBL possède un statut défini dans les articles 9 et 30 de la constitution de la RDP Lao, : « l’État respecte et protège les activités légales des pratiquants de la religion bouddhique et des autres religions ; il mobilise et encourage les bonzes ainsi que les clergés des autres religions à participer aux activités servant les intérêts de la patrie et du peuple. Est interdit tout acte de nature à diviser les religions et à diviser le peuple. » En 1992, ont été adoptés à travers un texte les différents points et décisions portant sur « les problèmes relatifs à la religion » par le Comité central du parti. Ce texte est suivi par un décret du Premier Ministre, n°92/PM du 5 juillet 2002, définissant « la gestion, la protection et la régulation des activités religieuses en RDPL. » 154 L’étude du schéma de cohérence territoriale a été mise en œuvre par l’agence d’urbanisme du Chinonais (ADUC) en 2005, avec le financement de l’AFD.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 93 - Fig. 13. Les monastères à Luang Prabang Les circulaires d’application et de recommandation (n°207/FLEN du 30 juillet 2002 et n°001/FLEN du 24 mars 2004) du FLEN ont ensuite été mises en application afin d’aider tous les échelons administratifs de l’État, au niveau central et local, à faire appliquer les deux décrets du Premier Ministre. En 2003, un projet de sensibilisation a également été mis en place pour accompagner la mise en application de ces décrets. Les textes de législation : décrets, recommandations, projets, etc., réglementent toutes les religions autorisées en RDPL en les mettant au même niveau d’importance devant la loi, ignorant volontairement l’histoire particulière du bouddhisme laotien. Cependant, dans la réalité, il est incontestable de voir que la religion bouddhique est majoritaire et historiquement liée au pouvoir ancien. Et le nouveau pouvoir actuel a très bien pris conscience de ce fait. Il lui a donné une place grandissante dans sa centralité idéologique ; car cette religion est capable de placer le régime politique actuel dans la continuité de l’histoire : comme autrefois, la “ complicité ” entre le pouvoir et le Sangha se reproduit alors et chacun semble y trouver sa place. Mise à part cette forme de consensus qui donne à l’espace religieux et au pouvoir religieux leur place et leur pérennité dans la société, sur quoi repose réellement, aujourd’hui comme autrefois, la centralité des espaces monastiques dans la vie sociale et dans la ville ? La densité de la présence physique des monastères dans l’espace urbain, leur aptitude à produire la convergence sociale, la référence architecturale qu’ils fondent, font-elles partie des critères de cette centralité. Ce sont-là des questions auxquelles nous essayons d’apporter des éclaircissements. II. II. a. La présence des monastères dans l’espace urbain La centralité des espaces religieux dans l’organisation urbaine est d’abord spatiale, sa fonction de centralité est incontestable. Les espaces religieux sont confirmés dans l’espace urbain par leur position centrale et par leur nombre, par leur fréquentation et leur capacité d’accueil, par leur emprise foncière et par la présence de la végétation dans leur enceinte. Ces spécificités présentent des variantes selon les caractéristiques des villes. Par la densité déjà ancienne de son espace, Luang Prabang, par exemple, reste une exception par rapport à d’autres villes, plus vastes et moins denses qui seraient plus similaires à Vientiane. Le cas de Muang Sing est encore une autre exception, plus proche de Vientiane que de Luang Prabang dans son manque de densité. Ainsi, Luang Prabang est unique pour le nombre des monastères construits, celui-ci est limité et réglementé : un xieng (ville) doit posséder un seul monastère qui en porte son nom, alors qu’ailleurs, un village, et surtout le plus central, peut posséder plusieurs pagodes. En cela, Luang Prabang bat tout le record de densité Le quartier des cinq pagodes de Vientiane montre bien la centralité urbaine des espaces religieux. L’exemple est également remarquable pour Luang Prabang où la petite péninsule renferme de très nombreux monastères. Si aujourd’hui le nombre des monastères dans les plus grandes villes ou dans les villes les plus anciennes s’est considérablement réduit par rapport à leur nombre historique, il reste malgré tout important. Gerrit Van Wuystoff faisait remarquer dans ses notes « qu’il y a un temple pour dix maisons ».155 Bien que cette remarque ait pu être exagérée, nous retenons que ce programme de construction, et leur densité, étaient historiquement un marqueur de l’espace de la cité. Cette remarque ne peut être appliquée à l’ensemble de la ville, seule est concernée la partie la plus centrale où le nombre des monastères est important. Cependant, ce type de programme et sa densité peuvent constituer l’un des critères de la centralité urbaine et de la définition de l’urbanité elle-même. Les critères de densité, et donc de centralité, peuvent également être expliqués par le fait que les monastères les plus citadins possédaient d’autres fonctions que cultuelle. Par exemple, une des raisons qui peuvent expliquer l’existence des cinq pagodes dans un 155 Gerrit Van Wuystoff : Le Journal de Voyage de Gerrit Van Wuystoff et de ses assistants au Laos, 1641-1642, traduction de Jean-Claude Lejosne, CDIL (Metz), 1993, 234 p. Fig. 14. Les monastères à VientianeDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 94 - périmètre restreint à Vientiane, c’est leur fonction : Vat Ongteu abrite l’université bouddhique, Vat Chan est le temple d’ordination des officiels, pouvant gêner les rites quotidiens des paroissiens de par ces fonctions. On peut alors imaginer que les rites quotidiens se faisaient plus aisément dans d’autres monastères, d’où l’importance de leur nombre et de leurs fonctions imparties. II. II. a. 1. Le processus de cloisonnement des espaces religieux, fait isolé ou signe de changement Alors que les monastères sont plus que jamais socialement présents dans la société laotienne et spatialement fréquentés tant dans le milieu rural que dans le centre des villes, les nouvelles réhabilitations tendent pourtant à les enfermer dans un espace de plus en plus clos : construction de clôtures et de portes d’accès plus hautes et plus monumentales. La hiérarchisation des portes d’accès qui faisait partie de ses règles de construction tend à disparaître. Aujourd’hui, on fait aucune différence entre la porte nord et la porte sud, entre celle de l’Est et celle de l’Ouest. Les monastères n’assument plus complètement leur rôle de modèle spatial et de conservatoire des savoirs. Nous remarquons à travers les nouvelles constructions que les programmes des équipements monastiques ont été fragmentés et certains d’entre eux supprimés. Ceci entraîne la disparition de certaines fonctions, des codes et des canons esthétiques de l’architecture, de la technique de mise en œuvre et de l’usage de certains matériaux dans la construction. II. II. a. 2. L’exemple de Ban Na Kheuane, une nouvelle forme de centralité possible Après la construction et la mise en fonction du barrage de Nam Ngum, vers la fin des années 1960, une grande zone naturelle et de nombreux villages ont été inondés, leurs habitants ont été déplacés et relogés. Ce projet de barrage ayant un enjeu politique fort durant la période de la Guerre froide devenait l’un des projets qui déstabilisait la vie politique de Vientiane.156 Lorsque le barrage est mis en service, la population fut déplacée en catastrophe, les coupes de bois et les inventaires de la biodiversité ne purent être réalisés. L’ensemble du périmètre fut inondé, devenant le plus grand lac artificiel du Laos, de nombreuses espèces – animales et végétales – furent sacrifiées. Le paysage exceptionnel du lac naissant est formé de centaines d’îles verdoyantes flottant sur une eau bleu-turquoise et bleu-gris noyant les bois précieux qui seront naturellement préservés et étuvés, laissant voir leurs troncs et leurs cimes noires sans feuille. Pendant une dizaine d’années, il était infréquentable : les experts diagnostiquèrent un dégagement trop fort d’émanations organiques d’origine végétale et animale. Durant cette période, les poissons n’étaient, a priori, pas consommables. Les villages aux caractères provisoires, inachevés et sans identité, se sont petit à petit formés au bord du lac, avec quelques rares habitations dans les îles, dont deux camps de redressement, construits dès l’année 1975, destinés à “ punir ” la petite délinquance et à rééduquer la jeunesse de l’Ancien Régime jugée trop dépravée pour la nouvelle société. Le village le plus intéressant est Ban Na Kheuane qui s’installe à proximité du barrage. Les habitations sont construites sur une bande de terres étroites qui formait l’unique route d’accès, sur le flanc d’une petite montagne et longeant le lac sur environ 500 mètres. Côté route où sont orientées les façades, les constructions s’accrochent directement sur la route à même le sol, tandis que leurs arrières sont surmontés par des pilotis qui s’ancrent sur le talus abrupt de la berge. Le bois utilisé pour leur construction provient de la forêt des alentours. Les parois seront souvent en bambou tressé, parfois en matériaux de récupération. La tôle ondulée et la paille couvriront les toitures. 156 D’un côté le Pathet Lao, qui constituait l’opposition communiste et qui menait une politique propagandiste, entreprît une lutte pour déstabiliser le gouvernement royal et désinformer la population pour que celle-ci s’oppose à la construction du barrage ; ceci, en soulevant les dangers réels et virtuels qui menaçaient sa vie future si le barrage venait à fonctionner. De l’autre, dans une ambiance de corruption et de lutte d’influences, certains fonctionnaires du gouvernement de Vientiane se disputaient le partage financier qui proviendrait de l’exploitation du bois de l’immense zone couvrant plus de 1000 km2Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 95 - La périlleuse exploitation subaquatique du bois sera pratiquée plus tardivement lorsque la population aura bien maîtrisé le lac et son territoire, dans le courant des années 1980 et 1990. Pas à pas, le petit village abrite un modeste port et un petit chantier naval. On y construit des bateaux en acier et en bois, des maisons radeaux heuane nam ou heuane phè. Si les constructions qui s’accrochent à la route abritent déjà trois générations qui ont su s’attacher au site, les bateaux servent aujourd’hui clairement les activités touristiques. Mis à part les grands bateaux en acier qui abritent aujourd’hui les restaurants, les autres bateaux, entièrement en bois ou en bois et acier, sont habitables avec un confort rudimentaire mais suffisant pour loger une famille de quatre à six personnes.157 En ce qui concerne les maisons-radeaux, il n’en existe plus beaucoup aujourd’hui. Celles qui sont ancrées au port sont intéressantes et ont en général une double fonction : habitation et commerce. Elles approvisionnent et dépannent en essence et en batterie (vente de batteries neuves et rechargement de batteries) les bateaux et pirogues du lac. Elles vendent aussi des boissons et des cigarettes. Elles servent surtout de “ salon ” pour les habitants et pêcheurs des îles qui viennent s’approvisionner, donner et prendre des nouvelles des uns des autres.158 De ce village partent et arrivent des bateaux pour des promenades d’une journée, puis ceux qui transportent des rotins, des bambous et du bois, mais aussi des poissons et les pêcheurs. Les habitants qui vivaient dans les villages, noyés lors de la mise en service du barrage, viennent s’y installer pour pêcher, vendre du poisson ou couper le bois immergé. Bien qu’il y ait un laisser-aller au niveau de l’hygiène, le site fait vivre ses habitants et porte leur espoir d’une vie meilleure. Malgré son air “ au milieu de nulle part ” et grâce à ses habitants, Ban Na Kheuane devient attractif et humain, un lieu de sortie de fin de semaine pour les habitants de Vientiane. Pourtant le site a un aspect un peu provisoire, vétuste et inachevé, conséquence de l’absence d’unité sociale et de centralité qu’aurait constitué la présence d’une pagode, ajoutés à cet aspect, le manque de gestion et de service, de salubrité et d’aménagement, puis le manque de projet et d’organisation sociale qui existe dans tous les villages classiques de la plaine de la Nam Ngum. Force est de constater que Ban Na Kheuane est le produit d’un déracinement. Ceci contraste si fortement avec la qualité paysagère et climatique du site qui s’apprêterait sans difficulté et avec peu de moyens à devenir un beau village balnéaire et de pêcheurs. Ce site offre en effet l’un des plus beaux paysages du Laos. Avec le temps, un nouvel ensemble de biodiversité s’est reconstitué : les oiseaux chasseurs, les plantes aquatiques et la qualité de l’eau –prolifiques pour la pisciculture. Cependant, la beauté et la qualité du milieu n’ont pas suffi à la prise de conscience d’un territoire paysager et environnemental exceptionnel. Le site n’a pas été identifié pour sa véritable valeur, ni par l’Ancien Régime, ni par le nouveau. D’une modeste station de pêche et de petits chantiers navals sous l’Ancien Régime à l’exploitation des bois subaquatiques et à l’expérimentation de la pisciculture dans les années 1980 157 La cuisine est aménagée sur le pont du bateau à ciel ouvert ou dans la “ salle des machines ”. La cabine de pilotage et d’habitation est située en arrière car la partie centrale, qui est la plus grande, abrite les voyageurs ou bien sert pour les marchandises transportées. Dans la petite cabine, on dort sur des matelas de coton ou de kapok ou sur le plancher tapissé de nattes. Au grand désespoir pour l’hygiène et l’environnement, les toilettes sont installées sur l’arrière du bateau en porte-à-faux et les eaux grises sont jetées directement dans le lac. La couverture est en tôle plate supportée par une charpente et des planches en bois légèrement courbées. On trouve rarement des couvertures en paille et en bambou tressé. Les bateaux anciens dont les toitures en osier sont enduites de résine d’arbre, ont disparu depuis bien longtemps. De manière systématique, la forme des bateaux est allongée, effilée et celle de la coque reste traditionnelle, utilisant le principe des trois planches des pirogues. Leur taille est variable, entre quinze à trente mètres de long, et pouvant atteindre 4 mètres de largeur. 158 Le nombre des occupants dépasse rarement six personnes. Il ne s’agit pas d’habitation principale mais de boutique – habitable, où seulement le jeune couple passe les nuits en se relayant avec les parents. N’étant pas destinée à la navigation, toute au plus au déplacement d’un bout à l’autre du petit port, la maison-radeau est une plate-forme carrée, organisée en quatre unités fonctionnelles : dormir, accueillir, travailler, servir. La communication entre ces espaces est fluide et complètement ouverte sur l’extérieur. L’accès à la maison-radeau se fait par une passerelle flottante flanquée sur son côté qui sert également de point d’appontage aux pirogues faisant la liaison entre les îles. L’ensemble est supporté par des flotteurs en tube métallique. La production est totalement locale et auto-construite qui coûte environ 1500 dollars. Fig. 15. Ban Naheuane en 2006.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 96 - et 1990, puis à la tentation d’activités touristiques actuelles, le site risque aujourd’hui de disparaître dans sa configuration actuelle. En effet, un projet de complexe touristique avec hôtels, villas de luxe et casino propose de déloger tous les habitants et la destruction du village, et par conséquent des maisons lacustres. À la grande surprise, même s’ils ne peuvent pas s’opposer au projet, les habitants expriment leur mécontentement. Au-delà du choix et de l’intérêt individuel, on remarque manifestement un sentiment communautaire d’attachement des habitants au site, ceci, semble-t-il, expliquerait l’existence d’un nouveau type d’enracinement bien différent du schéma classique de la cohésion sociale et de la centralité constituées et consolidées autour de l’espace religieux du monastère, comme dans un schéma prototype des villages laotiens. Cet enracinement se serait alors fondé sur un espace, un lieu que les habitants se seraient appropriés parce qu’ils ont participé à la fois comme acteurs et spectateurs au cours de sa constitution et de son évolution. Ils auraient été témoins du mode de vie qui s’était instauré autour du lac, des contraintes et des facilités qu’il avait engendrées. II. II. b. La convergence et la centralité sociale La centralité spatiale entraîne ensuite une centralité sociale. La construction d’un monastère met en perspective non seulement l’appropriation d’un lieu, mais aussi la volonté de cohésion sociale. Nous pouvons comprendre ce fait en observant ce qui se passe dans les nouveaux quartiers qui se constituent autour de Vientiane, avec ou sans planification officielle. L’exemple de Ban Nong Tèng nous donne quelques aperçus. Vers la fin des années 1990, les habitants qui ont été déplacés du quartier Nong Chanh, ajoutés à ceux qui viennent d’autres quartiers insalubres et ceux qui décident de venir vivre dans leurs anciennes rizières ou leurs anciens jardins, forment les nouveaux habitants de Ban Nong Tèng d’aujourd’hui. Dans les premières années, le village ressemblait à un campement provisoire, bien que les maisons se construisaient petit à petit. Les relations sociales entre les gens venant de différents lieux semblaient fragiles, se référant sur rien. Les souches anciennes que l’on appelle konh peuil thann y manquaient alors pour faire le lien entre les nouveaux arrivés, et le lieu faisait défaut pour la construction de l’espace. C’est un quartier dortoir et pauvre où les habitants doutaient de la pérennité de leur installation. Lorsque l’on évoquait le village avec les habitants, ils avaient tendance à dire que : « il y a trop de vols dans le village, il n’y a pas de travail, les jeunes n’ont rien à faire. Nous sommes obligés de venir chercher du travail en ville, mais il n’y a pas beaucoup de bus qui desservent la zone… ». Un membre du clergé a fait remarquer à juste titre lors d’un colloque en 2002159 qu’il faut faire attention lorsque l’on déplace la population d’un lieu vers un autre, ou vers un nouvel établissement « dépourvu d’âme », car chaque lieu doit avoir un esprit pour être habitable. Le bien-être de l’homme et de sa société en dépend, précisait-il. Sa remarque faisait allusion à la nouvelle implantation de Ban Nong Tèng, où il avait vu chez les habitants une certaine détresse, dans un lieu qu’il qualifiait “ sans âme ”. Peu après, l’installation du marché sur la grande route à l’extérieur du village, les habitants se plaignaient toujours, mais beaucoup moins, car ils pouvaient venir vendre des produits, en acheter, ou y chercher du travail. Mais c’est avec la construction d’une pagode cinq années plus tard que le village commence vraiment à “ se vivre ” et à avoir une certaine identité. Une des raisons visibles était que la population commençait à se connaître en faisant des démarches et des réunions pour préparer la construction et l’installation de la pagode : mobilisant contributions, dons et bonnes volontés organisant des boun auprès des autres villages pour collecter des fonds. Cette démarche dure plusieurs années, car la pagode ne peut être construite en une seule fois. Et c’est précisément durant cette période où l’on construit petit à petit selon les fonds disponibles que les habitants se 159 Colloque : « Vientiane, patrimoine et développement », organisé par l’Atelier du Patrimoine - IRU au MCTPC en 2002. Le vénérable était l’un des quatorze bonzes invités au colloque. Il représentait le responsable de l’UBL de la préfecture de Vientiane.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 97 - Fig. 16. Le Bureau du Premier Ministre. sociabilisent et consolident des liens. Ils se créent en quelque sorte des racines : le premier boun organisé pour ramasser des fonds, puis le deuxième, la pose des baï sema (stèle délimitant un sanctuaire) et des premiers poteaux, la construction du premier kuti pour les moines, etc. II. II. c. Du modèle d’architecture au pastiche architectural L’influence de l’architecture religieuse sur les édifices domestiques et sur les équipements publics est grandissante. C’est la forme des pignons, de la toiture à double pente tombante et couvrante, parfois superposée, qui est la plus reprise par les édifices publics, puis les décors architecturaux des monastères et leurs dorures. Quant aux monuments, en particulier les monuments commémoratifs, on retrouve de manière redondante le langage architectural et architectonique des stupas. L’influence de cette architecture est de l’ordre de l’image et de la représentation. L’architecture publique ancienne de la capitale ayant disparu (celle qui aurait incarné avec élégance et harmonie les symboles et la représentation du pouvoir, celle qui aurait constitué les résidences princières, les palais et les chapelles royales) seule l’architecture religieuse subsiste. Sachant que la nature du pouvoir politique par le passé a été liée au pouvoir religieux, l’architecture religieuse serait alors le rapprochement probablement de l’architecture publique du passé. Elle aurait donc été en conséquence la seule référence en tant que représentation et savoir. Cependant, l’architecture religieuse et son vocabulaire utilisé dans les équipements publics contemporains perdent tout leur sens, car constitués et produits dans une composition architecturale servant des fonctions différenciées, dans une société et dans un contexte social et économique différent. En empruntant à l’architecture religieuse, son langage, les équipements publics actuels sont vides de sens. Aux questions : “ quelle architecture pour les équipements de l’État ? Quelle architecture pour l’État ? ” que le pouvoir public se pose, la réponse semble avoir été toute donnée à travers la construction du palais du gouvernement ou le siège du gouverneur de la Préfecture de Vientiane, où un mimétisme du vocabulaire architectural monastique est flagrant, combiné avec l’avatar de l’architecture grécoromaine. Pour certains équipements publics, tels que les monuments aux morts, le sens est préservé, bien que celui-ci ait pu être remis en doute dans certains détails. Prenons le cas du parc commémoratif Virasonh au Kilomètre 18. Progressivement 20 000 petits stupas devraient être construits dans le parc. On peut se poser la question, pourquoi les monuments n’avaient-ils pas une autre forme. En adoptant les stupas, le pouvoir semble faire le choix délibéré du bouddhisme comme alternative, auquel tous les révolutionnaires, morts pour la patrie, auraient adhéré. Pourtant la constitution de la RDPL (de 1991) n’affirme pas l’exclusivité de cette religion et mentionne que « l’État respecte et protège les activités légales des pratiquants de la religion bouddhique et des autres religions […] » (art. 9). Les années de transition n’ont pas apporté de nouveautés de ce point de vue. Plus qu’un compromis, le cas du cimetière Virason montre que le parti-État laotien prescrit le bouddhisme comme une dévotion collective, sans prendre en compte la diversité des croyances des minorités ethniques. Le monument du Patouxay (l’arc de triomphe, à l’origine nommé Anousavary) est plus dégagé de l’idéologie bouddhiste par rapport aux édicules du cimetière Virason : les décors architecturaux que nous retrouvons habituellement dans les monastères sont ici représentés, mais ils sont nourris davantage de mythologies. II. II. c. 1. Qu’en est-il du modèle d’architecture et de transmission des savoirs de l’espace religieux ? L’influence de l’architecture religieuse sur la production architecturale contemporaine que nous venons d’évoquer acquière une forme particulière. C’est un mimétisme, un pastiche de plusieurs composants formels qui dérivent de cette architecture, sans en être sa reproduction. Bien que la raison pût être liée aux choix idéologiques, elle pouvait surtout être liée à la somme des rejets esthétiques et culturels jugés comme appartenant à une classe sociale dirigeante du passé, et donc, à Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 98 - la perte de transmission de son appréciation esthétique et culturelle. Induisant ainsi la somme de la méconnaissance, la perte du savoir et du savoir-faire pour l’approcher et la produire. En dehors de la production de l’habitation, si on est en mesure de concevoir que l’art et l’architecture relevaient autrefois de l’éclectisme de l’élite, tant aristocratique qu’ecclésiastique et intellectuelle, on pouvait alors penser que l’affaiblissement de la capacité de ces derniers à agir en ce domaine peut aussi réduire, voire, entrainer la perte de la culture esthétique, de la connaissance et du savoir-faire. Effectivement, la discontinuité du pouvoir dominant au Laos était historiquement répétitive. Ce fait a pu entraîner l’affaiblissement de l’élite qui perd son rôle directif, sa capacité économique de commanditer, son pouvoir de commander et d’exiger de la qualité, sa disponibilité et son savoir à guider et instruire les commandes et les arts, etc. Plus accentuée encore, la disparition de l’élite par le changement de modèle, de schéma et de valeur sociale et politique du pays, peut induire une nouvelle élite avec une capacité altérée par rapport à son rôle d’origine et historique. Durant la colonisation et surtout après la décolonisation, le Laos ne cesse de tenter de produire une élite capable de mener le pays. Mais cette élite nouvelle, non sans qualité, avait des compétences fragmentées : des ingénieurs illettrés, des politiques ignorant l’histoire, des enseignants ne pratiquant pas la recherche, des dirigeants traditionnels que sont les rois et les princes pouvaient aussi connaître le déracinement. N’étant plus capables de mener les hommes, les dirigeants politiques et spirituels auraient connu une transition sociale, leur appréciation esthétique aurait connu une altération en même temps que l’altération de la connaissance et du savoir-faire. De ce fait, cela entraînerait alors l’altération des ouvrages architecturaux des monastères, l’altération de l’éclectisme et du canon de l’architecture religieuse et donc de la qualité architecturale de ce programme. L’étude typologique et analytique de la pensée de l’architecture religieuse, ainsi que sa fabrication n’a pas été effectuée de manière distanciée. Phetsarat et les lettrés des années 1930-1940 avaient tenté de corriger ce que nous venons de constater : connaître et transmettre les savoirs et les savoir-faire de ce qui reste, à travers les actions de l’association Chanthaboury qu’ils avaient fondé. Mais la tâche était ardue, des ruptures étaient nombreuses et irréversibles, malgré la connaissance et le savoir-faire que l’association avait pu rassembler et transmettre, notamment à l’école des BeauxArts. Ce savoir n’a pas été largement répandu dans le milieu des arts appliqués et des professions du bâtiment des générations qui ont suivi, et ce, jusqu’à aujourd’hui. II. II. c. 2. La place des monastères : de la centralité cultuelle et culturelle à la centralité du discours Alors que l’architecture des monastères est mimée dans la construction des équipements publics et des monuments, sans la connaissance et le savoir-faire nécessaires et vide de sens, le monastère perdure malgré tout dans sa capacité à rassembler. Le prestige et l’excellence ont quitté le domaine de la centralité spatiale pour être relégués dans un domaine social plus chargé. La répartition fonctionnelle accrue des espaces urbains, induite par les nouveaux plans urbains et leur mise en œuvre, place l’institution monastique parmi les autres équipements. Les liens autrefois plus institutionnalisés entre la communauté laïque et l’ordre monastique avec un devoir spirituel fort, sont devenus plus individualisés. Le contact entre l’individu et le religieux est, aujourd’hui, plus direct et plus libre. Le phénomène de réciprocité d’influence entre les deux parties est alors flagrant. L’emprise matérielle, et dans l’autre sens, l’emprise spirituelle est devenue plus importante. Un individu peut exercer un pouvoir sur le monastère par les dons prodigués. À l’inverse, un religieux (grand vénérable du vat) peut aussi avoir une emprise très grande sur l’individu par son discours, sa capacité à le contrôler psychologiquement, le rendant dépendant de lui. C’est souvent ce rapport qui construit la respectabilité et l’idolâtrie d’un religieux. La recrudescence de la liberté des cultes rend visible le vide spirituel que la population a pu éprouver durant les années autoritaires du régime. La centralité cultuelle et culturelle, le rôle de l’espace, des arts et des connaissances des monastères d’autrefois sont aujourd’hui remplacés par la centralité du discours, glanant la psychologie de la Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 99 - société en quête de consolation et de foi. On dit par exemple que le moine de telle ou telle pagode est fort (sous-entendant qu’il parle bien, voire, qu’il possède des pouvoirs quasi-surnaturels) et c’est pour cette raison qu’il draine tant de monde et de soutien dans sa paroisse. De ce fait, la centralité des monastères est liée aux prestiges et à l’excellence des religieux. Elle n’est donc plus géographique ou spatiale : on peut aller à la recherche de monastères très loin de la ville. C’est probablement ainsi aussi que des immenses pagodes se construisent en dehors de la ville, dans la montagne et dans des sites reculés, avec des moines prestigieux et une “ clientèle ” également prestigieuse. On ne s’étonnera pas lorsqu’on visite le nouveau monastère de Ban Na Hinh à Phu Khao Khouay et des parrainages qui s’y bousculent. Ce prestige traverse les frontières (des cars entiers de Thaïlandais viennent pour effectuer des fêtes religieuses et des dons) et décomplexifie les préjugés politiques : les plus récalcitrants opposants du régime, qui vivent à l’étranger, viennent faire des dons et des retraites dans ces monastères. Conclusion Les centres anciens ou historiques –qu’ils soient “vraiment anciens” ou simplement ayant des composants antérieurs aux composants spatiaux en cours de formation, qu’ils occupent physiquement ou socialement, une position centrale–, sont des lieux de sédimentation. Le processus de formation et de transformation de ces sédimentations peut être confondu à la formation des principaux composants spatiaux de la ville, de l’urbain et du cœur de la ville elle-même ainsi qu’à leur sédimentation, tant sociale que spatiale. La sédimentation étant un phénomène d’enregistrement et de mémoire, la société et les hommes qui s’y réfèrent, la considèrent comme la sédimentation de leur propre mémoire et la bâtissent comme le symbole de leur passé et de leur avenir –leur identité : c’est la construction du patrimoine et c’est son sens véritable. En examinant ce que représente le patrimoine pour les Laotiens, les différentes notions (pratique, matérialité, valeur et symbole, mythe et théorie, etc.), le cheminement de la prise de conscience et le discours du patrimoine, on constate qu’il y a une interactivité et une dualité importante entre la nécessité de mémoire et la nécessité de développement –fait, non isolé de l’histoire particulière autour de la question identitaire et politique du pays. Cette dualité se traduit par un dialogue et un choix difficile de la gouvernance dans la mise en œuvre de sa politique de préservation et dans sa stratégie de développement : les “éléments de sédimentation” basculent entre altération et recyclage. Dans ces deux cas, cela met en évidence le manque de volontarisme et de modèle de développement de la gouvernance devant l’enjeu spatial, socioculturel et économique en cours. Corollairement à la question de centre, les monastères se révèlent comme une centralité persistante dans les villes laotiennes. Ayant une centralité urbaine et sociale forte dans la majorité des cas, les monastères émergent aussi comme un modèle d’architecture pris dans son vocabulaire architectural fragmenté et décomposé. Ceci préfigure-t-il une centralité altérée ou une nouvelle forme de centralité ? Pour tenter d’y répondre, nous avons pris en exemple un cas de figure. Il illustre le fait que des nouvelles centralités ou d’autres formes de centralité réapparaissent dans les villes laotiennes, autour de la question des activités et de l’appropriation des lieux : centre commercial, lieux de loisirs, appropriation particulière du lieu, etc. La question de centralité particulière des villes laotiennes qui tourne souvent autour de l’espace religieux quitte probablement désormais le champ religieux pour rejoindre peu à peu la centralité urbaine plus générale.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 100 - CHAPITRE III La constitution et la recomposition de la ville et du territoire Après la réforme de 1986, les retombées économiques et spatiales sont considérables. Elles constituent les enjeux dans la crédibilité politique de l’ouverture du pays vis-à-vis de l’international, mais aussi vis-à-vis de la recomposition spatiale et sociopolitique interne. Autrement dit, son émergence sur la scène internationale lui impose peu à peu une reconstitution et une recomposition de son territoire interne. La recomposition urbaine et territoriale d’aujourd’hui est lisible à travers plusieurs faits et domaines : spatiaux, symboliques, économiques, politiques. Nous exposons dans ce chapitre les différents points qui ont mis en évidence la recomposition spatiale. D’abord, nous exposons le processus du retour des symboles qui exprime la volonté du régime d’inscrire les changements dans la logique de la réforme, en même temps que sa légitimation dans la continuité historique du pays. La volonté de continuité historique, qu’elle soit ou pas effective, entraîne un regain des espaces représentatifs – qui constituent une part de l’histoire sociale et spatiale – que sont les centres historiques des villes. Nous aborderons également la question de la production architecturale et urbaine qui explicite la vision politique, spatiale et économique de la société laotienne et de ses gouvernants. Nous examinons ensuite le rôle de la population dans la recomposition spatiale. Comment construit-elle ses approches vis-à-vis de la question des espaces habités dans la ville et son centre recomposé. À cette question s’y ajoute le phénomène du foncier, qui apparaît dès lors que la question d’appropriation et de choix résidentiel se pose. Cette appropriation et ce choix résidentiel mettent alors en perspective un autre phénomène spatial qui montre d’une part la saturation des centres et d’autre part, la classification qualitative et d’intérêt du choix résidentiel, de travail et de fréquentation. Il s’agit de la constitution des espaces urbains dans les quartiers autour des centres villes (péricentre), en périphérie des villes (péri-urbain) et éparpillés dans ou autour des villes (polycentre). Nous tentons de comprendre comment ces recompositions ont été contrôlées par le pouvoir politique. Quels outils de développement, de gestion et de maîtrise spatiale la gouvernance urbaine et territoriale a-t-elle mobilisé ? Enfin, nous tentons de repérer les acteurs sociaux et économiques directs, autrement dit, le rôle composite des investissements, de la migration et de la citoyenneté dans la recomposition de la ville et du territoire. III. I. Le retour des symboles à partir de l’année 2000 La concomitance entre modèle politique et modèle spatial, qui faisait la cohérence du pouvoir et de l’espace ancien, s’est résolument désintégrée aujourd’hui. Les idéologies politiques actuelles se retrouvent sans modèle spatial. Cela est lié à l’expérience antérieure dans les années 1975 et 1980 du nouveau régime. Celui-ci a tenté de spatialiser son idéologie parallèlement à la recherche de ses symboles. Mais cela a été un échec. La tentative de créer son propre espace s’est soldée par des mimétismes formels et des emprunts linguistiques qui ne peuvent incarner avec Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 101 - satisfaction l’identité du nouveau pouvoir. Nous allons voir en détail ce fait dans la troisième partie de notre recherche. Pourtant, il était clair pour le nouveau régime que la construction de l’espace en cohésion avec l’idéologie du pouvoir mis en place est un moyen de consolidation du système politique qu’il ne fallait pas rater. Force est de constater que la victoire politique du nouveau régime ne pouvait être légitime, avant que ne soit acquis le renversement de l’ancien. La victoire n’était pas accompagnée par une adhésion volontariste de la population, mais par un dictat autoritaire, ceci, au regard de l’inscription du nouveau régime dans l’histoire nationale. Après avoir effectué des compromis avec certaines réalités du pays (relâchement des cultes religieux, abandon du collectivisme, instauration de la liberté de mobilité interne pour la population, accorder la librecirculation interne des biens et des échanges, reconnaître le droit de propriété, etc.) qui s’exprimait par la réforme, le Chitanakane mai, le gouvernement révise peu à peu ses idéologies. Sans en changer le fond, le PPRL met en place un programme de réconciliation avec les symboles du passé qu’il combattait au départ. À partir des années 2000, la réalisation de ce programme va se traduire de manière visible dans l’espace urbain. Deux points essentiels ont qualifié le retour des symboles anciens. Il s’agit d’abord de la réalisation des grands projets qui marquent le retour du prince ou de son avatar. Il s’agit ensuite de la ramification spatiale aux valeurs identitaires et de rassemblement qui suscite en même temps une valeur citadine. III. I. a. Le désir de légitimation du régime : le retour du Prince ou de son avatar III. I. a. 1. Les symboles pour réaffirmer la légitimité Avec l’édification du buste de Kaysone Phomvihan dans tous les districts du Laos, dans la première moitié des années 1990, le culte de la personnalité est l’étape préliminaire de la construction identitaire et symbolique du régime dans l’histoire nationale et dans l’espace. La spatialisation idéologique en question s’impose à la mémoire du peuple sans avoir acquis la légitimité historique et identitaire nécessaire : la preuve en est que l’installation du buste n’a pas été accueillie avec grand enthousiasme, c’était même avec une discrète indifférence. L’opinion officielle dialogue ainsi seule avec elle-même. A partir de l’année 2000 l’utilisation des symboles ou les actions entreprises pour se rapprocher de l’histoire, se fondre en elle, acceptées comme elle dans la continuité nationale, se clarifient davantage dans la politique du régime. Vers 2005, c’est la statue du roi F’a-Ngoum qui est créée et installée dans le jardin de l’entrée nord de la ville. Cette fois-ci, la statue fait de l’effet sur la foule. Peu importe les traits physionomiques de la statue, peu importe l’intention politique du pouvoir, ce qui semble important, c’est ce que cette statue représente. La mise en œuvre de ce symbole historique fort, qu’est la statue du fondateur du Lan Xang, a été mûrement réfléchie par le pouvoir. Elle réchauffe le cœur du peuple avide de retrouver le sentiment de fierté nationale, au sortir d’une période difficile, où le pays est qualifié d’un des plus pauvres du monde, sollicitant les aides internationales. L’image de F’a-Ngoum parle au peuple. Pour lui, elle raconte son histoire parmi les plus brillantes des nations. Elle explique aussi au peuple que le régime, qui a plus que cautionné l’installation de la statue, est réconcilié avec son histoire et s’inscrit dans la continuité de l’histoire. En 2010, c’est un autre roi qui sera mis sur un piédestal, avec la construction du Parc Anouvong et l’érection de son immense statue. Le pouvoir entame un autre dialogue avec le peuple, celui du nationalisme, corrigeant le fait qu’il n’avait pas pu le faire en usant l’idéologie marxisteléniniste. Le langage nationaliste et les combats engagés par le passé durant les trente années de lutte révolutionnaire n’avaient pas pu exprimer le sentiment national aussi fort et n’avaient pas su susciter les passions individuelles, malgré les efforts déployés. Ainsi pour susciter les passions, il fallait aller chercher la figure de ce roi martyr. Si ces rois ont été érigés ainsi, c’est parce que leurs images ultérieures réinterprétées peuvent incarner l’esprit révolutionnaire, tel que le pouvoir le Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 102 - conçoit. Mais personne ne semble oublier qu’il y a là un paradoxe : d’abord ces rois appartiennent à l’histoire mais aussi au système sakdina, et pour exister aujourd’hui sur la place publique, ils doivent être dépouillés de leur appartenance sociale et arrachés à leur temps historique. Ensuite tout en appartenant à l’histoire, ils sont légitimés par leur appartenance sociale avant même d’exister dans l’histoire événementielle. Ils existent ainsi par eux-mêmes. C’est probablement cela au fond qui fait que leur image dépasse la manipulation idéologique du moment et participent à la construction de l’espace public de la cité avec aisance. Pour l’heure, si la continuité des dirigeants actuels avec les anciens monarques du Lan Xang est possible, la construction de ces symboles est pourtant réalisable, ceci, parce qu’il y a un compromis du temps, celui d’une époque et d’un peuple avide de symboles et de sens. III. I. a. 2. L’aristocratisation de la classe dirigeante À ces initiatives, ni la religion, ni le protocole ancien n’ont été mis de côté. Il y a un retour fort des rites religieux dans les cérémonies offielles de l’État, et les apparitions publiques des personnalités de l’État se sont aristocratisées. Les dirigeants révolutionnaires participent désormais officiellement aux cérémonies religieuses lors de la fête du That Luang. À n’importe quelle inauguration où la fête religieuse est de rigueur, on montre maintenant à la télévision les hauts dirigeants en position de prière devant les moines bouddhistes avec des objets rituels et des atours adéquats : tenues et écharpes en blanc lors de l’inauguration du chantier de Lak muang et lors de la quête des bonzes pour la fête du That Luang. Par bien des aspects, les gestes, les postures, le langage, tenus par les hauts membres du pouvoir, se rapprochent des gestes aristocratiques usités par les hauts dignitaires de l’Ancien Régime. Ce fait contraste encore beaucoup avec les réunions politiques au siège du PPRL et à l’Assemblée nationale, où les uniformes et les étiquettes de la hiérarchie du parti sont encore de rigueur. Il est probablement trop tôt pour saisir la transformation sociale et politique en cours. On peut seulement se poser la question d’un phénomène de “ dédoublement de la personnalité sociale ” chez les dirigeants politiques qui se prennent au jeu avec l’intégration des rois dans les valeurs révolutionnaires ; ou, s’il y a une vraie transition sociale par l’embourgeoisement et l’aristocratisation de la classe dirigeante qui emprunte à l’aristocratie ses gestes, son vocabulaire et sa manière d’apparaître en public. III. I. a. 3. L’effet du prince ou de son avatar dans la réalisation des projets Il apparaît inapproprié d’évoquer “ l’effet du prince ” lorsqu’aucun organisme ni aucun projet mécénat –privé ou étatique– n’a vu le jour. Il n’est pas apparu au Laos aujourd’hui de groupement d’élites soutenant les arts et la création. Le pays n’a connu ni la tradition de mécénat d’État à la française, ni la tradition de mécénat privé à l’américaine. La tradition locale du “ bon goût du prince ” a depuis longtemps disparu avec la disparition du Laos ancien, bien avant la colonisation française. Avant de pouvoir qualifier ou pas “ d’effet du prince “ les projets publics, réalisés ces dernières années, définissons brièvement ce qui peut se rapprocher de “ l’œuvre du prince ” dans la perception historique laotienne de la production architecturale et urbaine. Comme nous l’avons noté dans un autre paragraphe, le plus marquant projet du prince était l’ensemble monumental du That Luang et le dernier projet était le Vat Sisaket. Dans le premier projet “ l’effet du prince ” est incarné par le lien du that avec le courant de production artistique de son temps et avec la région entière où un échange incontestable avait dû avoir lieu entre les pouvoirs. Il est incarné aussi par son caractère incontournable, la nécessité de son existence : on ne peut imaginer ce site proéminent dans l’ancien parc royal avec une autre construction que ce grand that. La construction du monument rassemblait les efforts du peuple, ses aspirations dans la longue durée. Elle rappelle la générosité du prince et sa foi : l’homme aspirait atteindre l’état supérieur et extérieur, le nirvana.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 103 - Il est de même pour le projet de construction du Vat Sisaket du roi de Vientiane. Fondu dans le contexte et la nécessité de son temps, le projet semble avoir été construit dans l’esprit de sacrifice et de modestie, de liberté et de sincérité. Vers 1815, le pays était pauvre tiraillé par un Daï Viet agressif et un Siam dominateur auxquels le royaume de Vientiane de Chao Anouvong devait payer lourdement des tributs.160 Sous le Padésaraj du Siam, toute construction au Laos devait avoir l’aval du suzerain de Bangkok, y compris les projets royaux. On peut imaginer alors que la construction du Vat Sisaket a dû être réalisée dans des conditions politiques et économiques difficiles. Répondant à ces aspirations les œuvres construites en portent les marques et touchent ceux qui avaient fait des dons et participé à leur construction. Les conditions et la nécessité, que nous venons d’évoquer, contribuent-elles à « la beauté inoubliable des ouvrages » ? En tout cas, “ l’effet du prince ” n’est pas seulement visible dans la composition de l’esthétique des édifices. Au-delà de la description architecturale, formelle et esthétique de l’art et de l’architecture patronnée par l’aristocratie, la beauté semble ici demeurer attachée à l’impalpable condition et nécessité de leur construction. Les grands projets d’aujourd’hui marquent indéniablement “ effet du prince ”, dans leur grandiosité. Cependant, les impalpables nécessités manquaient pour en faire des projets chargés de sens et de symboles. La surcharge d’images, de langages, des espaces inutiles, n’allant pas à l’essentiel, condamne ces projets à rester dans la mégalomanie. Ils ne peuvent traverser le temps qu’ils sont censés servir et représenter. Comme le prince, les commanditaires des grands projets possèdent le pouvoir politique et économique de commanditer, mais à la différence du prince, ils ne possèdent pas l’essentiel : la capacité de les rendre nécessaires et incontournables, inoubliables. On se souviendra encore dans des centaines d’années à venir de l’architecture monumentale du XVIe siècle incarnée par le That Luang. On se souviendra de l’architecture religieuse du XIXe siècle à travers Vat Sisaket et son constructeur. Mais qui se souviendra des “ œuvres ” du début du XXIe siècle, du palais du gouverneur de Vientiane ou du complexe des bureaux du Premier Ministre construit en 2009, pourtant grandioses, coûtant cher à l’État ? Il n’y a donc pas le retour du prince, mais seulement la naissance de son avatar. III. I. b. La ramification spatiale aux valeurs de rassemblement et aux valeurs citadines et identitaires Mise à part l’édification des statues d’anciens monarques, leurs illustres noms ainsi que les événements historiques majeurs sont associés aux lieux et aux équipements publics : l’hôpital Setthathirat, les 450 ans de la fondation de Vientiane donnant le nom à la nouvelle route qui relie la N13 Nord et la route de berge de Dong Phosi et au nouveau marché qui longe le boulevard Khun Bourom. En ce qui concerne l’événementiel, il y a eu les 25e SEA-Games en 2009 et en 2010 de la grande fête inaugurant les 450 ans de la fondation de la capitale. Mise à part le désir de modernité et de son intégration dans l’ASEAN, ces événements ont pour but de susciter le rassemblement de la population autour d’une valeur nationale et de montrer au monde que le peuple laotien est uni autour de son Parti-État qui possède des valeurs nationales légitimées, et ces valeurs de rassemblement sont là pour consolider le peuple au parti-État de façon durable. C’est surtout en s’appropriant des espaces publics et des lieux sensibles et symboliques que la valeur de rassemblement prend toute son ampleur. De fait, les places publiques, les lieux sensibles et symboliques ainsi que les événements, non seulement rassemblent, mais suscitent aussi une certaine 160 Les princes de Luang Prabang gardaient rancœur contre Vientiane pour les affronts commis quelques années auparavant par le père de Anouvong ; affronts que celui-ci tentait de réparer en leur envoyant des bannakhanes (Acte accompagné d’objets symboliques qu’un potentat envoie à un autre potentat, soit en signe d’allégeance, soit en signe d’amitié. Pratique ancienne effectuée par les pouvoirs des royaumes tai.) Les princes de Champassak ne cherchaient qu’à détrôner son fils qu’il avait placé à la tête de Champassak au prix de lourds tributs militaires payés aux Siamois durant les guerres birmano-thaïes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 104 - Fig. 17. L’espace public de That Luang valeur citadine qui apporte un changement significatif aux paysages urbains et aux rapports entre l’habitant et sa ville. Une certaine identité locale émerge. III. I. b. 1. L’appropriation des espaces sensibles et des espaces symboliques L’appropriation des espaces sensibles par des projets publics atteint directement le quotidien des habitants, leur pratique et leur vision des lieux, leur projection et leur mémoire individuelle et collective. Le pouvoir entame un double dialogue : d’un côté, il y a le dialogue entre le pouvoir et le peuple, et de l’autre, entre l’habitant et le gouvernant gestionnaire de la ville. Le premier dialogue agit sur l’univers politique et idéologique recadrant la mémoire et orientant la manière de penser du peuple dans l’axe voulu par le pouvoir. Le deuxième est une intervention dans l’univers du quotidien, répondant réellement aux besoins de l’habitant : lieux de consommation, de loisirs, d’agrément, de représentation, etc. Et seuls les lieux les plus sensibles et symboliques peuvent vraiment se prêter à ce double dialogue. À ce fait seule la capitale est concernée, parce qu’elle est le centre du pouvoir et détient le monopole des actions de l’État. Il convient d’identifier quels sont les espaces sensibles dont les contenus symboliques et spatiaux sont emparés par le pouvoir public actuel.161 Les espaces sensibles existent dans leur immatérialité et dans leur matérialité. L’immatérialité des espaces sensibles est liée à l’imaginaire historique et à la mémoire des lieux et des habitants, elle constitue l’univers des pratiques spatiales citadines et forge l’identité locale. En général, l’urbanisme moderne néglige de les interroger, parce qu’il ne possède pas de paramètres d’analyse et de compréhension de ce champ, parce qu’insaisissable de l’extérieur. L’univers local est formé de récits, d’anecdotes, de mythes et de légendes, mais aussi de vécus, tout ceci coïncide parfois avec ce qui peut être confirmé par les annales historiques. Quant à la matérialité des espaces sensibles, leur valeur est à la fois intrinsèque et construite. Ce sont des espaces qui portent en eux la puissance symbolique de la mémoire et la qualité esthétique et environnementale, les liens sociaux et parfois la fonction économique. La puissance symbolique des espaces sensibles Le site du That Luang et la berge du Mékong Vientiane possède deux espaces symboliques : le That Luang et son esplanade, la berge du Mékong et Don Chan. Le site du grand that a traversé les siècles et a été investi par un pouvoir en quête de légitimation et d’intégration dans l’histoire nationale, alors que la berge et l’île en tant qu’espace naturel et de paysages maraîchers, l’un des plus beaux de la vallée du Mékong, aux potentiels symboliques forts, subissent un sort moins heureux. Un complexe d’hôtellerie et un grand projet d’aménagement et de consolidation de la berge, accompagnés de la construction d’un parc public urbain dédié à Chao Anouvong, défigurent et bouleversent déjà ce lieu. Le paysage fluvial mouvant, qui guidait les premiers moments de la fondation de la ville et qui accompagnait les trames urbaines ultérieures, disparaît avec la fin des activités maraîchères en milieu urbain pour faire place aux nouveaux enjeux. Les intérêts politiques et économiques se sont emparés du rapprochement opéré entre la ville et le fleuve. Le pouvoir est hanté par deux options : consolider la berge, créer une avancée dans le Mékong et accentuer la figure de Vientiane comme avant-poste face à la Thaïlande. La première option est un argument d’ordre historique : Vientiane aurait déjà perdu sa rive droite aux Siamois, il ne faudrait pas perdre davantage la rive gauche par les affaissements des berges. La seconde restitue et affirme le rôle de Vientiane dans sa fonction de capitale face aux grandes villes thaïes au poids économique important que sont Udone Thani et Khonkaèn. Les arguments sont pertinents et justifient les prérogatives des projets, même lorsque ceux-ci entrent en contradiction avec le schéma directeur et les règlements d’urbanisme. Dans le 161 Cf., « Les espaces sensibles et les lieux patrimoniaux du développement urbain », Chayphet Sayarath, pp 441-451, in : Vientiane, architecture d’une capitale. Traces, formes, structures, projets, sous la direction de Sophie ClémentCharpentier, Pierre Clément, Charles Goldblum, Bouleuam Sissoulat, Christian Taillard, Ed. Recherches/Ipraus, Paris, 2010.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 105 - domaine économique, le prix du foncier du front de berge a augmenté très rapidement et cela tend à tirer le front de berge vers les activités uniques de services, de consommation et de commerce, ce qui réduira dans l’avenir sa fonction de résidence. Le jardin de Houa Muang Le pouvoir a récupéré l’entrée de ville où il y avait seulement la tête d’éléphant tricéphale, figure des armoiries du roi Fa-Ngoum qui était devenu le symbole de la monarchie lao et le drapeau national de l’Ancien Régime. Il était déjà aberrant que ce monument ait pu traverser les années 1975 sans être détruit. En érigeant la statue de Fa-Ngoum, le pouvoir actuel se relie à un passé glorieux et lointain. Par la même occasion, l’Ancien Régime et la monarchie de la période récente ont complètement été occultés du lieu, la tête d’éléphant tricéphale gardée devant la statue de FaNgoum nouvellement érigée symbolise le Lan Xang lointain et ne renvoie aucunement à l’Ancien Régime. Le pouvoir met ainsi un mot sur un symbole qui était resté jusque-là ambigu, du fait qu’il n’avait pas été détruit en 1975. L’axe urbain Lan Xang et Patouxay. La grande avenue Lan Xang a été structurée dans les années 1960. Bordée d’équipements de grande envergure, elle symbolise la nouvelle figure d’un jeune État indépendant qui croyait au progrès et au développement du pays. Le monument Anousavary a été construit également dans le cadre de cette structuration. L’ensemble monumental n’a pas changé de fonction avec l’arrivée du nouveau régime. Tout en demeurant le lieu de représentation du pouvoir, le nouveau régime a cependant changé le contenu symbolique du monument. Dédié aux patriotes morts pour la patrie, le nouveau pouvoir préfère en faire le symbole de la victoire. Ainsi, Anousavary, “ monument de commémoration ”, devient-il Patouxay, “ porte de la victoire ” et représente ainsi la victoire du PPRL sur l’Ancien Régime. Le lieu de l’indifférence Le Jardin Sri Savang Vong installé dans la pointe de jonction entre la rue Samsentaï et la rue Setthathirat a été construit dans les années 1970. La grande statue de Savang Vong n’avait pas été délogée de sa place. Le lieu a été préservé et embelli vers 1995 comme n’importe quel autre jardin public. Bien entretenu, il est pourtant traité avec indifférence et quasiment considéré comme annexe du Vat Simuang qui lui est adjacent. On remarque souvent des bougies, des cierges et des fleurs déposés au pied de la statue, et au Nouvel An des habitants viennent l’asperger comme ils arrosent les statuettes du Bouddha. Commémoration discrète des nostalgiques ou sacralisation coutumière ? Difficile à dire. En tout cas, les Laotiens ont l’habitude de vénérer les morts surtout les personnalités importantes – un roi, un prince, un grand moine. Ces morts peuvent devenir des esprits sacrés, et donc vénérés. La qualité esthétique et environnementale des espaces sensibles La qualité esthétique et environnementale peut se retrouver dans différents éléments bâtis du tissu urbain et de ses lieux : leurs compositions, leurs formes, etc. À l’échelle du bâti, les bâtiments qui présentent des typologies d’architecture intéressantes et qui apportent de la qualité au tissu urbain sont des espaces sensibles. La dynamique des parcours urbains née de la dualité idéologique, symbolique et spatiale entre la trame ancienne (Berge-route Nong Bone-esplanade de That Luang) et la trame moderne (esplanade de That Luang-Patouxay-avenue Lan Xang-Ho Kham), la composition des quartiers de berge qui donne de la dimension fluviale à la ville avec le rythme des crues et des décrues composent aussi l’espace sensible. La mixité fonctionnelle du bâti, la modestie de leur échelle et de leur gabarit, la mixité et la proximité entre végétal et minéral, forment un tissu et un paysage urbain exceptionnel. L’ambiance urbaine suscitée par les activités et le mode de vie, par la pratique habitante inscrite dans le territoire, par le visuel, l’olfactif et l’auditif, celle qui réveille les émotions et les sens, sensible et fragile, ne peut être construite et reproduite, échappant aux outils urbanistiques. La couverture végétale dans les lieux publics, privés ou Fig. 18. Le fardin de Houa Muang Fig. 19. Avenue Lane Xang- Patouxay. Fig. 20. Jardin Sri Savang Vong à Simuang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 106 - communautaires, les bois, les rizières, les grandes zones humides qui rafraîchissent l’air de la ville et qui empêchent souvent les inondations, etc., ce sont autant d’éléments sensibles de la ville. De même, les sous-sols de Vientiane – qui regorgent de vestiges archéologiques –, renferment son passé. Les fonctions économique et sociale des espaces sensibles Les éléments que nous venons d’évoquer possèdent aussi des fonctions économiques et sociales dans le sens où ils contribuent à l’organisation et au fonctionnement de la ville. Les canaux sont habituellement utilisés comme rivière par la population. Dans Nam Passak, autrefois, on s’y baignait et on y pêchait. Aujourd’hui, cette utilisation est menaçante pour la santé. Les zones humides, tout en fonctionnant comme des bassins de rétention d’eau fournissent à la population un lieu de vie : elle y récolte des plantes aquatiques, y pêche des poissons et des grenouilles, même si aujourd’hui les eaux usées de la ville s’y déversent. Mais avant l’agression de ces zones par une urbanisation sauvage et incontrôlée, les zones humides avaient leur capacité d’auto-épuration. Les mares de That Luang et de Nong Douang étaient de beaux exemples du genre. La ville qui s’étend, réduit les territoires ruraux et agricoles qui l’entourent. La zone maraîchère de Done Chan qui fournissait de bons revenus pour ses exploitants et ses habitants n’est plus qu’un souvenir. Chaque habitant de l’île gagnait en moyenne 280 USD par an, le quart retirait entre 440 USD et 760 USD des ventes des produits,162 sachant que les activités maraîchères n’étaient pas leurs seules activités. Le revenu moyen de 280 USD n’est donc pas négligeable comparé au revenu moyen par habitant qui était, en 2003, évalué en moyenne à 320 USD. L’île Done Xiengsou en amont du centre-ville qui reste le dernier bastion de l’activité maraîchère n’est plus dans une situation sûre. Contrairement à Done Chan qui avait une liaison aisée avec la berge, l’isolement de Done Xiengsou par rapport à la berge la protège pour le moment de l’engouement foncier, car il faut s’y rendre en pirogue même à la saison sèche. Mais l’île est déjà visée par les grands groupes d’investisseurs étrangers qui approchent l’autorité de la ville de Vientiane pour d’éventuelles concessions de toute l’île. C’est probablement une question de temps et de moyens proposés pour que l’île soit cédée en concession. Du point de vue social, les espaces sensibles, dans leur variabilité, participent au maintien et à la préservation de certaines valeurs, au travers des pratiques sociales attachées aux lieux. Il y a des liens entre les communautés qui font des activités de pêche ou qui cultivent sur la berge et ceux qui en consomment les produits. Les jardins des monastères étant à fréquentation publique, sont aussi des terrains de jeux pour les enfants. Les activités religieuses quotidiennes et le bon entretien des monastères reflètent l’harmonie entre le village et son monastère, la solidarité des villageois entre eux. Enfin, parmi les espaces sensibles, les marchés de proximité doivent être mentionnés. Ils traduisent bien les habitudes de vie des habitants, leurs pratiques spatiales, leur santé économique, leur culture alimentaire. Ils participent à la différentiation des quartiers et leur donnent une identité. La question de pérennité des espaces sensibles dans la démarche de leur appropriation. Le processus de développement, qui s’approprie ces espaces, conditionne la pérennité, la survie et le devenir des espaces sensibles de trois façons majeures : les implications des projets urbains et architecturaux, la démarche patrimoniale, la pertinence dans le choix du développement en général. Sachant que le développement urbain se résume dans les premiers temps (à partir de 1995) à la construction et à la réfection des infrastructures routières, réseaux de drainage, consolidation des berges, équipements et complexes, les projets ne sont pas précédés préalablement 162 Enquêtes réalisées dans le cadre des travaux de terrain de l’Atelier du Patrimoine en 2003. In : « Rapport d’étude de l’Atelier du Patrimoine » ; in : Vientiane, portrait d’une ville en mutation, Chayphet Sayarath, Col. Les Cahiers de l’Ipraus, Éditions Recherches, 2005.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 107 - d’études et d’analyses de site, du point de vue social, paysager, esthétique et environnemental, analyses qui auraient permis de prendre en considération les impératifs locaux. Les projets urbains sont souvent des projets parachutes indépendant de l’environnement. Cela modifie de manière irréversible les ambiances urbaines les plus qualifiantes. L’extension et l’étalement urbain menacent les zones sensibles, que ce soit par le développement progressif des habitations privées ou par la construction des équipements de grande envergure. L’exemple de la construction du centre Lao ITEC, par exemple, agresse la mare de That Luang et fédère d’autres projets du même type. La densification de la ville afin d’économiser les coûts des infrastructures et des équipements est nécessaire. Elle doit se faire par resserrement du bâti, par l’amélioration de la gestion parcellaire, le contrôle des permis de construire, une réutilisation optimale des terres en friche ou en déshérence et des bâtiments vétustes. Malgré ce constat fait dans les études urbaines (schémas directeurs, POS), les dispositifs n’ont pas pu être mis en œuvre pour contrôler et accompagner efficacement le développement de la ville. On construit parfois dans une parcelle déjà densément bâtie. On construit de nouveaux bâtiments remplaçant d’anciens démolis, tout en surchargeant l’emprise au sol des surfaces bâties. Les surfaces plantées diminuent alors considérablement. La fragmentation et la répartition fonctionnelle par zonage proposées dans les plans urbains sont à l’œuvre dans la plupart des villes laotiennes. Fonctionnel et rationnel équivalent à la modernité, on cherche donc à séparer les fonctions : déplacer les épuipements et les administrations à l’extérieur de la ville, fermer les marchés de proximité, etc. On ouvre des supérettes pour distribuer les produits importés, contre quoi les produits locaux – notamment les produits maraîchers de Done Chan – ont disparu du quai F’a-Ngoum. La minéralisation complète des canaux et la négation de leur usage comme rivière entraînent leur dégradation environnementale. Leur monofonctionnalité en tant que canaux n’exploite pas pleinement leur capacité et ne s’adapte pas à leur usage par certaines populations qui vont encore y pêcher. On voit que le mauvais usage des ressources peut être une menace pour la santé de la population. Dans leur ensemble, l’appropriation des espaces sensibles par les projets de développement urbain et économique n’a pas été faite dans un esprit d’intégration pour le maintien de la qualité de l’espace de la ville, pour la conservation d’une meilleure cohésion sociale, pour assurer une amélioration économique à l’échelle de l’habitant et des foyers locaux. Il semble que les autorités publiques n’ont pas su relier les intérêts locaux aux processus d’internationalisation et de macrosystème à l’œuvre. III. I. b. 2. Le nouveau lak muang de Samneua et les that de Oudomxay et de Luang Namtha, une identité retrouvée À partir des années 1995, des projets de réalisation de plans de ville ont commencé à être mis en œuvre dans tout le Laos. À terme, les plans de développement urbain163 des petites villes et des villes moyennes doivent être réalisés. La capitale et les villes secondaires sont soumises à des programmes spécifiques et prioritaires. Les villes petites et moyennes ne possédaient pas jusqu’alors de plan détaillé, ni de programme de développement. Lorsque certaines d’entre elles étaient munies des plans en question, elles avaient fait l’objet de restructuration importante en particulier avec le programme d’équipements publics : construction de nouvelles routes de liaison et 163 L’Institut des Transports et des Travaux Publics (depuis 2008), anciennement Institut de Recherche en Urbanisme (entre 1999 et 2007) et Institut des Études Techniques et Urbaines (entre 1987 et 1999) est chargé de réaliser des relevés et des plans de développement urbain. Actuellement les plans des petites villes ne sont pas prioritaires mais restent des objectifs futurs, sauf lorsqu’il y a une demande du pouvoir local. En ce cas, celui-ci doit émettre sa demande au gouvernement central qui confiera la charge à l’Institut tout en lui attribuant un budget spécifique. Pour certaines villes moyennes, les études et les réalisations de travaux sont en partie achevées, pour d’autres elles sont en cours. Pour les villes secondaires, les études sont achevées et certains volets du programme des travaux le sont également.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 108 - réfection de celles qui existaient, construction des bureaux administratifs des provinces et des districts, marchés, écoles, dispensaires ou hôpitaux. Mais la majorité des plans urbains obéissaient à une forte répartition fonctionnelle par zonage et à un souci exagéré de “ fonctionnalité ”, isolant la plupart des projets de toute réalité et surtout de leur ancrage historique. Effectivement, aucune étude historique ou relevée analytique de l’existant, aucun sondage de terrain n’ont été réalisés. Les plans étaient dans la plupart des cas d’une rigidité exemplaire, mais étaient petit à petit mis en application, d’abord avec la réfection ou la construction des routes, ensuite avec la construction des équipements, et plus tard avec la mise en application très théorique des règles d’urbanisme. Cela a déstructuré inévitablement les centres qui sont dans la majorité des cas de petites structures. À partir de la fin des années 1990, des cas de villes restructurées, sur la base des plans urbains en question, peuvent déjà être observés. Nous constatons que les marchés qui étaient à l’origine le lieu de fréquentation et de vie des villes et des petits centres de province disparaissent de leur lieu habituel. Les marchés qui se tenaient dans le périmètre de la ville, si ce n’est en son centre, se retrouvent désormais à l’extérieur. Il est de même pour les gares routières et les bureaux de l’administration locale. Les villes s’étalent, s’égrainent partout là où il y a des possibilités, permis par les nouvelles routes et les nouveaux équipements décentrés. Si la “ délocalisation ” des équipements (les plus imposants en terme d’emprise) est justifiée pour certaines villes (notamment pour les plus grandes où un aménagement et une restructuration raisonnée en terme spatial est nécessaire) elle ne l’est pas pour les autres villes plus petites. En se restructurant selon le plan standardisé, issu du programme et de la stratégie du pouvoir central, les petites villes, dans leur ensemble, se retrouvent sans noyau et sans vie, sans point fort autour duquel elles vivent, où avec l’image de laquelle elles sont représentées et rendues visibles et compréhensibles depuis l’extérieur. Bien qu’il n’y ait pas eu d’études officielles d’évaluation et de suivi après réalisation des projets,164 le constat des centres dévitalisés par le décentrage des équipements a été reconnu de manière globale par les planificateurs. Cela peut être traduit, du point de vue politique, au niveau local et central, par la tendance générale à rechercher un certain équilibre. Un “ reste historique ”, dont l’existence a d’abord été ignorée, a donc été recherché. On cherche en fait à mettre en valeur ou à reconstruire un monument qui serait représentatif de la ville et de son histoire. Mais l’essentiel a souvent été oublié : “ ce reste historique ” n’est pas un lieu précis, mais un ensemble de lieux, un maillage d’espaces, une mémoire diffuse individuelle et collective, ancrée dans les structures anciennes et dans les pratiques de certains espaces qui n’ont pas été comprises et qui ont tendance à être détruites trop vite au départ, ceci, parce qu’elles semblent gêner la fonctionnalité de la ville. Que ce soit un acte conscient ou un acte inconscient, aussi pour redonner vie et sens à ces villes nouvellement “ restructurées ” ou “ déstructurées ”, opportunément les vestiges de monuments anciens qui ont été négligés deviennent-ils intéressants après coup. Dans la majorité des cas, ce sont de vieux that dont l’emprise occupe une situation privilégiée. Ces monuments, dont il ne reste souvent que des débris, seraient alors bien en vue sur une colline, une fois mis en valeur. Des actions en faveur de leur réhabilitation, voire, de leur reconstitution et parfois de leur reconstruction (de toutes pièces) sont alors mises en œuvre afin de donner une certaine image et une histoire à la ville. Ainsi, dans les deux villes, les that reconstruits étaient à l’origine sur l’emprise des that d’époque ancienne, vraisemblablement du XVIe siècle. À Oudomxay, nous pouvons admirer un grand stupa dès l’atterrissage, car il est sur une colline près de l’aéroport. De même pour Luang Namtha, il est situé sur la colline visible depuis la gare routière. Cependant, leur intégration dans la ville qui serait induite par une certaine pratique spatiale des habitants, dans ce nouveau contexte urbain, est encore à rechercher et à redécouvrir. À l’heure actuelle, nous ne savons pas s’il s’agit d’une pratique spatiale et religieuse retrouvée ou réinventée, 164 D’après les agents de l’Institut des Travaux Publics et des Transports qui ont réalisé la majorité des plans de développement urbain des villes de province, des missions d’évaluation et de suivi n’ont jamais été réalisées. Et pourtant la question a été soulevée à plusieurs reprises. Fig. 21. Les stupa de Oudomxay et de Luang NamthaDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 109 - dans la mesure où il y avait entre les années 1970 et les années 1980 un renouvellement important de la population dans ces deux villes, induisant une perte ou un relâchement de la pratique religieuse et spatiale qui leur était anciennement liée. À travers ces deux exemples, nous comprenons le rôle des that et leur caractère monumental, même s’ils sont dans la majorité des cas de taille modeste, et quel que soit le contexte dans lequel ils se trouvent. Qu’ils représentent une centralité idéologique et religieuse ou qu’ils génèrent des espaces de type villageois ou urbain, qu’ils incarnaient ou qu’ils participaient au XVIe siècle à “ la régionalisation culturelle ” en faisant lier les villes laotiennes à une culture religieuse et artistique régionale, ou qu’il y ait postérieurement (aujourd’hui) une tentative de leur donner un rôle structurant et symbolique pour les villes qui ont perdu le sens et la cohérence spatiale, l’importance de la fonction spatiale des that et de leur permanence ne fait que se confirmer. III. I. b. 3. L’identité religieuse et l’identité locale de Muang Phouan La reconstruction de l’ancien that à Ban Naxay qui existait dans les abords de l’esplanade de Muang Khoun sur son ancien emplacement est un cas différent des deux exemples précédemment évoqués. Ce that serait à l’origine construit autour du XVIe - XVIIe siècle. Il aurait été la réplique du That Luang de Vientiane. Sa représentation aurait permis aux habitants de Muang Khoun de fêter chaque année le grand that sans se déplacer jusqu’à la capitale. Ce that dont parle Charles Archaimbault, qui aurait déjà été détruit au moment où il mena son enquête, n’aurait pas complètement disparu en fait. Il serait resté son soubassement, mais sans doute recouvert de terre comme il l’avait noté. L’objectif de cette reconstruction, qui a eu lieu vers 2005-2006, n’est résolument pas de redonner de la cohérence spatiale à la ville, mais bien son identité religieuse et historique, et en de çà, sa structure symbolique. Nous allons voir dans la deuxième partie de notre recherche, combien cette esplanade était importante dans l’histoire de Muang Phouan. La destruction de la plupart des monuments de la ville au moment de sa mise à sac par les Pavillons Noirs à la fin du XIXe et ensuite par les bombardements américains dans les années 1960 et 1970, ont privé ses habitants de la représentation symbolique du That Luang de Vientiane dans leur ville (ici miniaturisée). Sa reconstruction tardive redonnerait, en quelques sortes, vie et sens spirituel à la ville longtemps meurtrie par la guerre. Il est à remarquer que cette reconstruction émane non pas d’une commande publique, comme ce fut le cas des that de Oudomxay et de Luang Namtha, mais de commandes privées et communautaires. Les fonds proviennent non seulement des habitants de Muang Khoun, mais surtout des Phouans éparpillés dans d’autres régions du pays et du monde, notamment de France, des États-Unis et d’Australie. III. II. Le regain des occupations anciennes et des centres historiques Le regain des centres historiques et des établissements anciens joue aussi un rôle important dans la recomposition de la ville. Mise en corrélation avec le centre ancien, la recomposition de la ville est une forme de recyclage spatial. Les fonctions ainsi que l’état de conservation des éléments bâtis sont réorganisés, réaffectés, réhabilités ou renouvelés. La recomposition urbaine met en mouvement de nouveaux mécanismes spatiaux que nous proposons d’examiner. En fait, le regain des centres anciens contribue à l’apparition des instruments de développement urbain et de mise en valeur du foncier. Ensuite, il met en perspective l’émergence du réseau des sites patrimoniaux sous leurs différentes formes. Et enfin, lorsqu’il est poussé à son paroxysme et gagné par la fonction touristique mal harmonisée avec les autres fonctions, ce regain des centres anciens dans la vision patrimoniale peut se cristalliser dans une monofonctionnalité stérile. III. II. a. La patrimonialisation et le développement urbain Fig. 29. Le Monument de la ville de Sam NeuaDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 110 - Les occupations anciennes (comme les villages anciens ou bien, les sites archéologiques) et les centres anciens (centres historiques des villes, qu’ils soient des centres plus anciens ou plus récents, ou bien coloniaux) connaissent un regain nouveau, dans le sens où le développement urbain et du territoire s’est opéré à l’intérieur des aires anciennes, ou du moins, il s’est appuyé sur ces éléments et les données qui sont en rapport avec les espaces anciens. Le regain des occupations anciennes est suscité par les intérêts que l’on porte à leurs vestiges archéologiques mis au jour : les sites sont dégagés, parfois des fouilles sont effectuées et des visites organisées, de nature scientifique ou touristique. Et souvent, la nature touristique s’est emparée des sites avant que les chercheurs aient pu rassembler un corpus suffisant de connaissances du lieu. Les intérêts portés aux anciens établissements peuvent effectivement susciter la mise en œuvre de la recherche archéologique ou du moins, la nécessité d’indiquer son importance de ce point de vue. La recherche est ensuite mise aux profits de la conservation, de la mise en valeur et de la gestion du patrimoine. Quant au regain des centres anciens, il est suscité à la fois par les intérêts portés à leurs patrimoines et par les intérêts portés à leurs activités mises en sommeil qu’il s’agit de revivifier. Des actions opérationnelles liées plus directement au développement urbain et à la vivification des activités peuvent être commerciales ou axées sur les actions publiques et civiques, ou les deux à la fois. À la différence de certaines situations des occupations anciennes où les interventions ont lieu dans un “ espace mort ”, les actions dans les centres anciens sont intervenues dans un milieu encore en activité. Les actions doivent respecter l’intégration patrimoniale tout en préconisant la notion de rénovation et de mise en valeur foncière et de développement économique. Les deux doivent aller de paire. III. II. a. 1. Les faits archéologiques et la patrimonialisation Au Laos, il y a des anciens établissements qui sont mis au jour régulièrement mais de manière partielle, voire, qui ont seulement fait l’objet de notes d’intérêt et de signalement, les programmes de recherche et de fouilles préventives étant très aléatoires ou inexistants. Les mises au jour vont de simples artefacts à des objets jusqu’aux traces d’habitat plus conséquentes qui auraient pu permettre des découvertes d’établissements plus importants. Dans la majorité des cas, les populations locales enregistrent déjà ces éléments et ces sites dans leur mémoire, sous forme de légendes ou d’histoires locales. La “ découverte ” est donc un fait scientifique dont l’intérêt est de confirmer ou de nier la littérature orale locale existante. Pour certains sites, déjà connus, dont les données ont parfois déjà été collectées auparavant, les intérêts se confirment.165 La nature des sites et leur histoire respective étant différenciée, les sites acquièrent une importance inégale. Ainsi, les sites des mégalithes de Houaphanh et des jarres de Xieng Khuang, déjà connus et fouillés, se confirment par leur importance dans l’histoire archéologique du pays. Ils font l’objet de fouilles soutenues par les programmes nationaux, internationaux ou multinationaux (Unesco et CNRS, entre autres). Même si leur conservation du point de vue scientifique et leur mise en valeur du point de vue culturel et touristique ont été effectuées, ce qui fait que leur patrimonialisation n’est pas menacée en soi, leur connaissance, leur mise en valeur et leur gestion ne constituent pas à ce jour un acquis. Quant au site de Vat Phu, de facture pré angkorienne et vieille connaissance du monde archéologique mondial, il connaît une vivification importante par son classement au patrimoine mondial de l’Unesco. Les soutiens qui lui sont apportés sont plus importants. 165 Les travaux d’enquête de l’équipe de l’EFEO, menée par M. Lorillard, ont été surtout effectués dans le Nord du Laos et ils touchent plus généralement le domaine des inscriptions. Dans le Sud, le site de Nong Hua Thong sur la Xébangfay (province de Savannakhet) inspecté par Christine Hawixbrock promet peut-être l’existence du légendaire royaume de Sikhotthabong. Réf. Sa conférence à l’Institut français du Laos, le 30 janvier 2012.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 111 - Vat Phu est le seul cas de site archéologique du Laos où ont été mis en œuvre des programmes de conservation et de recherches scientifiques accompagnés de programmes de gestion et de mise en valeur et de développement touristique plus importants. Il démontre aussi comment un site archéologique – un ancien établissement – assume-t-il sa patrimonialisation avec le développement touristique, urbain et territorial qui l’intègre ou qu’il intègre : comment protéger et développer en même temps la petite ville de Champassak qui figure dans son périmètre de protection ? Comment intégrer l’ensemble du site patrimonial qui couvre un grand territoire dans le développement territorial de la région sud qui entame sa régionalisation, notamment avec la construction des infrastructures routières pour la relier plus aisément à Paksé, à la Thaïlande et au Cambodge ? Le statut des établissements anciens de ce type dans le développement et dans la régionalisation constitue à ce jour un enjeu majeur et pose un problème du choix et de modèle de développement (on aura l’occasion de traiter de la question du modèle de développement dans un autre chapitre). D’autres sites, par contre, ne bénéficient pas de soutien particulier. Il s’agit par exemple des sites dans la région du Haut-Laos, à Luang Namtha, Bokéo et Phongsaly, où la mémoire locale n’est pas moins intéressante et peut susciter des nouvelles découvertes, notamment lorsque celle-ci évoque les Kheü et les Khou (fortification en forme de montée et de déblai de terre) qui auraient entouré plusieurs établissements antérieurs disparus et qui auraient été repérés à plusieurs endroits dans la région de Luang Namtha. À la question de mémoire locale seule la fortification de Vieng Phu Kha a fait l’objet d’inspections archéologiques par les responsables du ministère de la Culture et de l’Information en concertation avec les responsables locaux. Mais les fouilles proprement dites n’ont pas été effectuées. Dans ce même questionnement et de manière plus poussée, le site de Xieng Saèn (Tonh Pheung) a été en partie dégagé. Ceci, parce que le site lui-même a été agressé par les défrichages de la population qui y a aménagé ses habitations et ses terres agricoles, faisant émerger directement du sol sur les champs de maïs des vestiges archéologiques tel des têtes de bouddha, des soubassements de constructions, de la poterie et autres objets qui ont été pillés. Le cas de Tonh Pheung montre que lorsqu’un site suscite partiellement des intérêts archéologiques, dans le sens où le champ de la connaissance archéologique et historique a pris du retard dans son identification, la patrimonialisation fait lentement son chemin et les phénomènes touristiques s’en sont accaparés sans que la question de protection ne trouve encore sa référence et son appui opérationnel ; d’où l’abandon, l’agression et le pillage qui s’en suivent pour ce site. Une particularité est à noter également sur le site de Tonh Pheung. Le patrimoine thaïlandais de la cité de Chieng Saen (rive droite du Mékong) a connu une mise en valeur bien avant Tonh Pheung. Lorsqu’il est permis aux Thaïlandais de visiter la rive gauche, les interprétations historiques concernant l’ancienne cité de Xieng Saèn a été rapide : le côté laotien a été interprété comme la suite ou faisant partie de la même histoire que la cité de la rive droite. Une société thaïe a pu ainsi demander “ l’exploitation touristique” de la cité à Tonh Pheung, sans que les recherches archéologiques sur ce site soient approfondies. Or, on ne peut se permettre de placer les deux sites sur le même degré de connaissance. Alors que le site thaï de Chiang Saèn est bien “ rodé ”, le site laotien Xieng Saen venait à peine d’être exhumé, qu’il s’expose déjà aux visites occasionnelles avec des mesures de protection et de gestion assez sommaires, ne pouvant pas stopper les vols, les pillages et les dégradations du site.166 III. II. a. 2. L’intégration patrimoniale dans le développement urbain et économique 166 Un projet a été mis en place le 9 mars 2005, approuvé par le circulaire N°001/05/Gouverneur de Bokéo. Il concerne la protection de la zone archéologique et paysagère de Tonh Pheung, planifiée pour une période de 15 ans, 2005-2020. La zone conservée couvre 350 hectares et les vestiges (en ruine) protégés sont au nombre de 42. Sur 100 hectares 14 petits sites ont été dégagés (nettoyés ?). Les opérateurs sont : le Service Culturel de Bokéo, le Service touristique de Bokéo et la société Houamphathana. Le projet a commencé le 1e juin 2005.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 112 - Les centres anciens que sont les villes anciennes elles-mêmes, ou une portion restant des centres anciens des villes maintenus actifs, suscitent des actions opérationnelles liées au développement urbain et des activités culturelles et économiques. Celles-ci peuvent être commerciales ou orientées vers des actions publiques et civiques avec des programmes d’équipements, ou les deux à la fois. L’espace – dans lequel subsistent des composants anciens – étant en activité et en permanence en recomposition, pose alors la question de l’intégration patrimoniale des éléments anciens. L’intégration en question, à la différence des sites archéologiques, doit s’opérer à travers la notion de rénovation et de mise en valeur foncière et de développement économique, afin d’éviter “ la ghettoïsation patrimoniale ” et ensuite la “ ghettoïsation touristique ” de l’espace, qui aurait cristallisé le patrimoine dans une certaine stérilité. C’est ce qui menace la ville de Luang Prabang, classée au Patrimoine mondial, à la fois bénéficiaire et victime de la mise en valeur de son patrimoine (nous allons le voir dans le paragraphe qui suit.) Contrairement à Luang Prabang, Vientiane ne connaît pas le processus de patrimonialisation de son centre ancien, mis à part certains édifices qui ont bénéficié de l’attention patrimoniale particulière : classés comme monuments nationaux par décret du ministère de la Culture et de l’Information ou comme World monument (notamment Vat Sisakhet).167 Les études d’inventaire, effectuées par la Direction des Musées et de l’Archéologie en 1994 et celles de l’Atelier du Patrimoine réalisées en 2002, ont proposé une liste de protections des bâtiments ordinaires (non-monumental). Celle-ci n’a pas été approuvée à ce jour. Pourtant, les propositions de prescriptions de protection de son centre ainsi que de ses sites paysagers remarquables ont été réalisées à travers des règlements d’urbanisme, peu sévères par rapport aux outils règlementaires des sites patrimoniaux proprement dits. Le règlement qui a été proposé par l’Atelier du Patrimoine est proche des ZPPAUP (Zone de Protection du Patrimoine Architectural, Urbain et Paysager) français. Il développe la zone ZPP (Zone de Protection du Patrimoine) instaurée habituellement dans les règlements du POS (Plan d’Occupation des Sols), mais de manière plus fine, plus harmonieuse au contexte local. Le PSMV (Plan de Sauvegarde et de Mise en Valeur, appliqué à Luang Prabang) est jugé trop sévères pour le centre de Vientiane, hétérogène et en changement rapide. Par ailleurs, la mise en œuvre des opérations proposées aurait été plus efficace si elle est orientée vers la création des PRI (Périmètre de Rénovation Immobilière), afin d’accompagner à la fois, la mise en valeur foncière et la rénovation, restauration, réhabilitation des éléments bâtis et des espaces publics du centre de la ville qui se mettait à l’œuvre dès le début des années 2000. Mais malgré les efforts préconisés par l’IRU qui dirige l’Atelier du Patrimoine (mandaté pour les études en question) et malgré la souplesse des outils proposés, l’intégration du patrimoine dans le développement urbain et économique est défectueuse pour Vientiane, et rencontre de multiples problèmes. C’était probablement une question de choix. Le choix du type de développement à l’égard de la conception de la conservation du patrimoine pour les acteurs publics et privés a été autre. Le périmètre du centre ancien est devenu « abstrait » dans la revivification actuelle du centre : parmi les compartiments de la période coloniale, des années 1950 et des années 1970, beaucoup ont été démolis, les arbres dans les alignements des façades abattus, les ambiances et les paysages urbains dévalorisés. La limite des hauteurs d’immeuble à respecter ne l’est plus dans la pratique. On construit dans le centre, censé être réglementé, comme on construit sur l’avenue Lan Xang ou sur la route N13 nord, ou dans n’importe quels quartiers périphériques. Seule demeure la notion de centre en tant que créateur de proximité et d’activités citadines, en tant que valeur foncière et immobilière. Devenant plus rare et plus cher, le centre se resserre sur lui-même. Comme un serpent qui se mord la queue, pour construire sa valeur de centre actif attrayant, il finit probablement par détruire ce qui fait la valeur et l’essence de son attractivité et de sa centralité. 167 Décret portant le classement des monuments nationaux.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 113 - III. II. b. La cristallisation des établissements anciens dans la vision patrimoniale et touristique Nous avons évoqué le cas de Luang Prabang en tant que centre ancien dans son contexte local, où il fait figure d’exception en différents domaines, notamment du fait qu’il soit à la fois bénéficiaire et victime de la mise en valeur de son patrimoine. Luang Prabang est un cas typique d’une conservation relativement réussie, dans la mesure où le centre de la ville a été effectivement revalorisé. Le sévère PSMV constitue l’outil de contrôle et de gestion du développement de la ville qui impose à la population des contraintes : les édifices les plus remarquables, le tissu urbain et les paysages ont été restaurés, mais des effractions, comme des constructions illicites, ont également été commises. Le centre s’est doté d’activités culturelles et économiques fructueuses. La ville revit de son rayonnement culturel et de son art de vivre. Elle occupe de nouveau une importance régionale de ce point de vue. Parallèlement au programme de mise en valeur des sites remarquables de Luang Prabang soutenu par l’AFD et mené par la Maison du Patrimoine et le service culturel de la province, sous le haut patronage de l’Unesco et du Comité National du Patrimoine, les diverses activités culturelles et artistiques reprennent vie grâce aux différents acteurs, publics et privés : reconstitution de l’ancien ballet royal, reprise d’activité pour les fabricants de masques et d’instruments de musique. Les petits ateliers se montent à domicile, les orfèvres et les anciennes brodeuses de fils d’or retravaillent à nouveau, etc.168 À côté de la revivification des arts qui servent d’abord les Lao (diaspora ou locaux) qui occupent une petite part, les touristes sont ses principaux visiteurs et consommateurs. Les activités sont orientées exclusivement vers ce secteur d’activité, d’autant plus qu’elles occupent la partie la plus centrale de la ville et négligent de se répartir dans l’ensemble du territoire environnant. La péninsule est ainsi surchargée d’activités de services touristiques. Cela commence par la rue principale avant d’investir les ruelles et les routes de berge du Mékong et de la Nam Khane. Le tourisme et ses activités appellent une nouvelle pratique commerçante, une amélioration de la production de l’artisanat et des produits de services touristiques. La demande impose aux offres ses exigences. Les objectifs des standards internationaux se mettent peu à peu en place, mais avec un mûrissement assez lent dans la mentalité des locaux. On reprochait par exemple à Luang Prabang dans les années 1995 son manque de logements pour accueillir les touristes, la qualité médiocre de ses productions artisanales, etc. On lui reprochait aussi le manque d’activité et de sites pour divertir les touristes. Peu à peu la ville rattrape le nombre des chambres de guest-houses qui manquait et les productions artisanales se diversifient, mais uniquement à destination touristique (papier po sa, tissage de coton et soierie, broderie hmong, lampions en papier, algues du Mékong, etc.) Les sites naturels aux alentours de Luang Prabang sont également aménagés : chutes d’eau de Tad Khuang Si, Pak Ou, Ban Sang Haï, etc. Vers les années 2005, les spécialistes des sites patrimoniaux constatent qu’il manque toujours des chambres pour accueillir les touristes, alors que les chambres dans les guest-houses sont vides la moitié de l’année. En fait, cette fois-ci, il s’agit des établissements de luxe qui semblent faire défaut. D’après les études et les estimations, il manquerait 5 000 chambres de haut standing chaque année. C’est-à-dire des chambres qui coûtent plus de 100 USD la nuit, alors qu’il y avait trop de chambres en dessous de 60 USD. Les offres du standing inférieures à 50-60 USD ont pourtant été celles des locaux. Pour passer le cap et atteindre le standing dicté par les tour-opérateurs, peu de locaux ont pu y participer. Quelques-uns parmi eux, avec les connaissances acquises à l’extérieur du pays, ont pu passer le cap. Pour le reste, les hôtels de luxe qui ont été construits après 2005 sont le fait des investisseurs étrangers ou expatriés 168 La broderie aux fils d’or est une des spécialités de la ville. Les fils d’or viennent d’une manufacture de Lyon, en France. Elle retrouve son succès d’autrefois auprès de la diaspora lao. Actuellement, les femmes de la bourgeoisie politique apprécient ces broderies, utilisées dans la confection des cols de chemisier croisé portée lors des cérémonies officielles.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 114 - occidentaux installés à Luang Prabang, occupant ainsi une grande partie du marché de luxe qui manquait. On peut quasiment parler de l’occidentalisation et de la mono-fonctionnalité du centre de Luang Prabang qui accompagne le tourisme et les activités qui le sert. Cela entraîne la surenchère des produits et du coût de vie, mais surtout du foncier. Ce phénomène, joint au manque de savoirfaire des locaux pour accueillir le tourisme de luxe, fait que ces derniers se sentent hors course. Beaucoup préfèrent ainsi vendre leurs biens en ville à des prix très élevés pour s’installer à l’extérieur. La décentrification de la population originaire de Luang Prabang a de multiples conséquences sur la vie sociale et culturelle citadine, dont l’une est constatée dans l’altération de l’entretien des monastères et dans l’ambiance urbaine. La tradition du kham vat (pilier du vat, ou soutien du vat), qui consiste pour chaque foyer d’entretenir sa paroisse en apportant des soins et de la nourriture aux moines, ou de parrainer un jeune bonze depuis son noviciat jusqu’à sa grande ordination, tend à disparaître. À un moment donné les moines ne peuvent plus compter que sur la quête du matin pour vivre et nourrir toute la communauté. Le tiang han sao et le tiang han phèn (repas du matin et repas de 11 heur apportés à la pagode) se réduisent au peu de nombres de personnes âgées qui continuent encore à pratiquer. Or, la valeur qui fonde le classement de Luang Prabang au patrimoine mondial, c’est sa culture et son art de vivre en communion avec ses traditions et ses rituels. L’altération de cette valeur contredit ainsi le principe même de l’existence de Luang Prabang en tant que patrimoine de l’humanité. L’accaparement du secteur touristique de la péninsule qui apporte des déséquilibres sociaux et culturels tend aussi vers la mono-fonctionnalité des lieux. En 2005, lorsqu’on regarde les activités (la nature des commerces notamment) de la rue centrale de la péninsule, on peut très vite constater une trop forte concentration des mêmes activités servant le tourisme : restaurants, boutiques de souvenirs et d’artisanat, internet café, spa, etc., qui sont par ailleurs européanisés, consommés et utilisés par les touristes mais aussi souvent tenus par des Occidentaux. Ce fait altère les caractères qui fondent la valeur de Luang Prabang. La diversification des activités, l’arrêt de la décentrification des habitants originaires auraient été bienvenues pour redonner au centre son caractère résidentiel et local : les touristes peuvent très bien vivre avec les habitudes locales. Et les locaux n’ont pas besoin de se transformer et transformer leur manière de vivre pour s’adapter aux habitudes et exigences des touristes. Ces vœux restent anecdotiques. L’offre et la demande font leur loi, Luang Prabang tend à devenir à l’image de son tourisme. 15 ans après son classement, on est déjà à se demander aujourd’hui qu’est-ce que Luang Prabang offre au monde qui le visite et quelle mémoire culturelle, quel patrimoine garde-t-elle encore pour le pays. Il est encore probablement tôt pour dresser des bilans définitifs. III. II. c. L’émergence du réseau des sites patrimoniaux, approche comparative Pourtant les sites patrimoniaux sont nombreux, malgré les contraintes et les difficultés à les faire vivre et à les vivre pour les populations concernées. Force est de constater qu’il est difficile pour le pays de respecter le standard de la convention de l’Unesco, mais aussi de profiter des retombées financières du tourisme. La question est en général la suivante : en se soumettant aux principes extérieurs du patrimoine comment laisser les synergies locales naître de leur propre source. Comment préserver sans figer ? Comment développer sans modifier ? Comment restaurer les objets “ autonomes ” dans la valeur ancienne sans tentative de séduction idéologique ou séduction mercantile ? Comment offrir et communiquer au monde les valeurs dignes de durer sans se transformer, perdant son identité initiale et son état de conservation ? Ayant du mal à respecter les règles et étant les plus difficiles à se plier aux contraintes de l’Unesco (rappelons que Luang Prabang a été menacée d’être retirée de la liste du classement) les pays du Sud-Est asiatique continental aiment pourtant que leur patrimoine soit classé par l’Unesco, sauf très probablement le Myanmar. Le contexte patrimonial birman et son traitement interpellent les questions posées dans les autres pays limitrophes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 115 - Le pays n’étant pas signataire de la convention de l’Unesco, aucun de ses sites n’est classé, et les Birmans eux-mêmes ne semblent pas s’en offusquer outre mesure. Et pourtant, la Birmanie regorge de bien des sites qui peuvent offrir des exemplarités, aussi bien du point de vue de leur constitution historique, que du point de vue des savoir-faire dans la conservation et restauration de leur patrimoine national. Par rapport aux pays limitrophes avec lesquels il partage bien des traits culturels et historiques et sur lesquels il a exercé des influences considérables, en particulier les Thaïs et les Lao. La première question serait de demander comment font les Birmans pour restaurer et gérer tant de sites, alors qu’aucun n’est classé. Ensuite, le côté vivant des sites religieux et patrimoniaux ne semble pas nécessiter d’affectation de programme de gestion qui aurait été dicté après la restauration de tel ou tel monument. Les Birmans démontrent que leur patrimoine est une affaire intérieure, les meilleurs conservateurs sont les acteurs locaux, les premiers utilisateurs de ce patrimoine. Au-delà du caractère nationaliste avéré de ces affirmations, on doit constater qu’il y a une réelle maîtrise des biens patrimoniaux chez les Birmans. Il est difficile d’apporter des réponses à cette question, des études très approfondies du domaine et de la pensée patrimoniale doivent être entreprises pour poursuivre ce questionnement.169 III. III. Le mouvement de stratégies résidentielles : un centre mort ou un centre vivant ? Comme nous l’avons évoqué pour Luang Prabang, une des caractéristiques résidentielles est la décentrification du choix résidentiel. Cependant, ce n’est pas la dévitalisation du centre qui fait qu’on le quitte, mais ce sont les activités de service de proximité et la surenchère foncière qui créent cette situation. Les arguments peuvent être les suivants : quitter le centre parce qu’il est permis de vendre des biens très chers pour acheter des biens à l’extérieur, moins chers et plus grands, mieux adaptés aux activités agricoles, par exemple. Après avoir consacré une partie des fonds provenant de la vente des biens en ville, il reste encore des fonds pour investir dans des petites affaires familiales créant des revenus. D’après les discussions que l’on a pu avoir avec les habitants (sans enquête structurée) ce choix ne concerne que des habitants qui vivent à Luang Prabang depuis peu ou qui ne sont pas de souche ou qui possèdent préalablement des terres à l’extérieur de la ville ou encore qui n’ont pas d’activité en liaison directe avec les services et le tourisme. Vivre à l’extérieur de la ville alors que celle-ci connaît une dynamique et offre des opportunités diverses, cela semble ne concerner que Luang Prabang. Dans les autres villes du Laos, la situation est différente. Nous pouvons cependant prendre les critères d’évaluation du choix résidentiel utilisés à Luang Prabang comme paramètre pour comprendre les autres villes. Dans ce paragraphe, nous allons évoquer les critères qui touchent le domaine des activités en liaison avec les offres d’emploi et le foncier, entre le centre et la périphérie, ce qui a contribué au fait de quitter ou de revenir dans le centre. Nous allons voir également que la particularité de la situation géographique de certains sites urbains (par exemple, le rôle du Mékong à Vientiane) peut être le point de rapprochement avec la question de centralité ou peut donner une certaine qualité à la centralité, et ensuite avoir une influence sur le choix résidentiel de certaines catégories de population. III. III. a. Quitter ou rester dans le centre : les emplois et le foncier dans le centre et dans la périphérie Quitter ou rester dans le centre est une question qui ne peut être posée qu’aux citadins qui vivent déjà dans le centre ou qui y avaient vécu, car il est aujourd’hui difficile, voire impossible, pour les autres de venir résider dans le centre, si ce n’est en sa périphérie et profiter à distance de la revivification de ce dernier. La rareté et la cherté foncière ne le permettent pas. Par contre, les 169 Mes observations en 2004 ont été trop brèves sur place pour pouvoir construire un raisonnement plus solide portant sur ce sujet.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 116 - possibilités d’emploi sont devenues plus nombreuses dans le centre, ce qui attire momentanément les gens de la campagne ou des villages périphériques ruraux ou semi-ruraux. Dans ce cas, ces derniers viennent travailler dans le centre et louent leur habitation en périphérie dans laquelle se constituent peu à peu des petits centres, devenant le second choix résidentiel. Des petits centres d’abord auxiliaires du centre ancien, les quartiers périphériques acquièrent peu à peu une certaine autonomie, conjoint aux mesures de déconcentration des équipements en périphérie des villes, tels les marchés, les hôpitaux, certains équipements administratifs, etc. Les offres foncières y sont également les plus intéressantes. Il s’agit notamment pour Vientiane des quartiers comme Sikhai, Thongpong, Nong Buk (au nord), Nongtha, Houay Hong, Phonetong (au nord-est), Nong Gnyang, Dong Dok, Done Noun (plus à l’est). Beaucoup de ces petits nouveaux centres se dotent d’équipements commerciaux (comme à Nong Gnyang). On y trouve des magasins de produits de finition et d’équipements pour la construction. Dans une moindre mesure, ces équipements commerciaux aident à fixer la population dans les quartiers périphériques par les emplois créés. Ils équilibrent un peu le mouvement quotidien entre le centre ancien et les centres périphériques : entre ceux qui travaillent sur place en exploitant les lambeaux de rizières et de vergers restant de l’étalement urbain, ceux qui partent travailler dans le centre ancien ou dans les autres centres périphériques semblables, et enfin ceux qui trouvent un emploi de vendeur, de manœuvre ou d’ouvrier dans les magasins qui s’installent à proximité de leur lieu de résidence. Mis à part ces centres périphériques, il y a ceux qui tournent autour du centre ancien : ce sont des quartiers de Dong Palane, Phone Sinouane, Thong Khankham, route Phonethane, etc., qui deviennent des nouveaux centres. Peu importants, il y a encore quelques années, ils se densifient beaucoup aujourd’hui avec leurs activités et l’augmentation spectaculaire de leurs habitants. Ces péricentres sont même devenus le premier choix de résidence qui combine l’habitation et le commerce de service par rapport au centre ancien qui est jugé soit trop saturé, soit plus spécifiquement destiné aux touristes. Effectivement si le centre avec ses activités est plus tourné vers la consommation touristique, les péricentres semblent aux yeux des habitants avoir une stabilité plus grande et plus durable pour le commerce local : ces quartiers étant fréquentés quasiment que par les locaux. La mobilité des activités commerciales est notoire comme la mobilité résidentielle. Par exemple, après avoir ouvert deux ou trois années une boutique à Thong Khankham et constatant que celle-ci ne fonctionne pas très bien le commerçant change de lieu. Il va s’installer à Dong Palane et ouvrir une autre activité. Cette mobilité est probablement liée à la facilité des baux contractés avec les propriétaires des bâtiments, compartiments et immeubles, mais aussi à la facilité administrative des patentes qui s’est beaucoup assouplie au cours des 4-5 dernières années. Les personnes concernées sont souvent des jeunes, habitant des quartiers péricentres ou parfois venant des quartiers du centre ancien qu’ils jugent aléatoires, car trop lié au tourisme. Ils préfèrent viser le marché intérieur, porté par les quartiers péricentres comme Dong Palane. En ce sens, les jeunes entrepreneurs constituent un baromètre pour mesurer l’offre et la demande intérieures des consommateurs locaux et leurs tendances. Ils affirment souvent que le marché intérieur –nouveau et jeune– est beaucoup plus important que le marché extérieur et touristique. La question “quitter ou rester dans le centre” que nous posons pour comprendre une des caractéristiques du centre ancien d’aujourd’hui, trouve ici sa réponse : seuls les quartiers péricentres peuvent vraiment être la balance pour quitter le centre ancien. Ce fait est confirmé par l’accaparement des quartiers péricentres par une population jeune et entreprenante. III. III. b. Le Mékong occupe-t-il ou pas une centralité ? L’engouement pour le Mékong est une réalité urbaine pour la ville de Vientiane, plus que pour les autres villes du pays. La raison semble liée au fait qu’elle est née à partir du Mékong, depuis ses premiers moments de fondation et plus tard durant son évolution, alors que d’autres villes du pays, nées aussi du Mékong, ne suscitent pas ce même engouement. Au-delà du mythe de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 117 - fondation lié au Mékong et en-deça des effets de mode, le développement actuel de Vientiane semble témoigner d’un double intérêt pour le milieu fluvial. D’abord, il y a l’intérêt pour le fleuve comme un retour aux valeurs primitives, voire, écologiques des premiers établissements humains, qui traduit la quête des voyageurs et des habitants avertis et sensibilisés à l’environnement et à la quête des sens. En suite, l’intérêt semble être purement foncier : la référence aux valeurs ne se concrétise ni dans les actes et les conceptions des aménageurs et décideurs de la ville, ni dans la majorité des projets des habitants et des autres acteurs de la ville. Ceux-ci tendent à considérer la présence du fleuve comme un acquis inaltérable et inépuisable : le souci pour préserver le paysage du fleuve et son environnement est absent de la majorité des projets et des usages du fleuve (manque d’entretien et abandon des jardins potagers, minéralisation et urbanisation abusive des berges par des projets de route, de digues, de construction des nouveaux quartiers, comme à Donechan par exemple. Le développement urbain et territorial du Laos d’aujourd’hui a comme priorité la mise en liaison, le déblocage des régions, le développement des infrastructures routières (intérieures et extérieures) qui manquaient au pays et qui constituait son handicap. La politique de développement urbain et territorial axée sur les infrastructures atteint aujourd’hui plus que jamais ses objectifs. L’émergence et l’amélioration des routes partout dans le pays réduisent considérablement l’importance du fleuve, son utilité ancienne et récente comme moyen de liaison interne et externe, même si elle ne l’a été que de manière mesurée. L’amélioration des infrastructures routières rentre en contradiction avec l’idée du rapprochement des villes au milieu fluvial, du moins le fleuve ne joue plus son rôle d’élément de liaison. Perdant son utilité, il devient quasi abstrait. Seul son rôle de lieu contemplatif et paysager semble alimenter l’idée du retour au milieu fluvial des villes. Prenons l’exemple de Vientiane. La route nord qui longe le Mékong, autrefois impraticable, vient d’être améliorée. Elle relie maintenant la province de Vientiane à Paklay (il faut toujours prendre une barge pour rejoindre le tronçon supérieur de la route, bien qu’elle se prolonge – encore difficilement – jusqu’à Luang Prabang.) Cette amélioration entraîne déjà la fermeture du port de Kaolyo d’où partent les bateaux pour Paklay et Luang Prabang. Il n’y a plus qu’un seul speed boat pour le nord une fois par semaine et encore celui-là vient de Paklay. Et il n’y a plus qu’un seul grand bateau qui accepte encore occasionnellement de faire Vientiane-Paklay-Luang Prabang, lorsque les clients le demandent au prix forfaitaire par voyage.170 « Les gens ne veulent plus prendre le bateau, il préfère maintenant les mini-vans de 12 places qui peuvent les emmener jusqu’à Paklay et Luang Prabang plus rapidement », nous dit un ancien batelier converti en chauffeur de mini-van. Les routes causent ainsi la mort des bateaux mais aussi du rôle ancien du fleuve. Le rapprochement entre la ville et le fleuve suscite bien des questionnements de la part des riverains et des flâneurs de passage. Le grand parc qui accompagne les grands travaux de consolidation de la berge du Mékong aménage des vues panoramiques et dégagées sur le fleuve, mais doublées d’une route-digue de berge. Le Mékong est là, mais on ne le touche pas, on n’y accède pas, on le contemple depuis le parc ou depuis la voiture lorsqu’on roule sur la digue. L’ensemble du projet fonctionne comme s’il constitue l’élément qui vient protéger la ville contre le fleuve. La centralité de la ville combinée avec le fleuve perd ici toute sa pertinence. À la question, le Mékong occupe-t-il une centralité, il serait plus pertinent d’apporter des réponses à partir de deux raisonnements. D’abord dans une certaine approche, le Mékong occupe une centralité symbolique dans la mesure où il est indissociable du centre primitif de la ville : on vient dans le centre ancien comme on vient sur la berge du Mékong pour le contempler. Par ailleurs, la création du parc Chao Anouvong offre une possibilité d’approche différente. D’un usage individuel et communautaire du fleuve (pêche, jardins potagers à la saison sèche, etc.) on passe à 170 Le prix forfaitaire d’un trajet à l’aller pour Luang Prabang serait de 8 à 12 millions de kip. Et le bateau peut prendre entre 30 à 50 voyageurs. Fig. 23. Les travaux sur les Berges du mékong.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 118 - l’usage public : l’État aménage aujourd’hui un usage contrôlé du fleuve. Son approche appartient désormais au domaine public. La manière dont il est aménagé (il est prévu de commercialiser une partie du quai en louant des espaces commerciaux qui seront plus tard construits), empêche un accès facile au fleuve. Il ne semble plus possible d’aller sur sa plage, d’aménager une culture maraîchère en contre-bas de la berge à la saison sèche, de pêcher et d’accoster une pirogue. À l’heure actuelle, les aménagements ne sont pas encore terminés. Une fois mise en service, il n’est pas improbable que les habitants vont s’approprier et pratiquer autrement ce lieu. À moins que les autorités urbaines ne verbalisent les accès, n’imposent des règles et des restrictions. Dans ce cas, il faudrait pour la population apprendre à pratiquer autrement le Mékong, si jamais cette autre pratique existe. La centralité ancienne et la pratique habitante certainement millénaire vont-elles survivre à ce grand tournant urbanistique qui impose une autre approche du fleuve ? Le Mékong ne semble plus occuper une centralité dans la pratique spatiale : le fleuve s’éloigne du mode de vie des habitants en même temps qu’il est approprié par une fonction urbaine forte en devenant un des espaces publics de la ville. Cet éloignement est constaté à travers la rigidité avec laquelle les projets sont faits pour consolider la berge contre les innondations et aménager le front du fleuve : construction de la route de berge, aménagement de la mégastructure des ouvrages de protection. L’aménagement des accès est difficile ou rebute les piétons. Un déplacement et une descente plus douce et plus informelle comme autrefois ne sont quasiment plus possibles. Il est de même pour la ville de Paksé. Placée à la confluence entre la Sédone et le Mékong, on a pourtant l’impression qu’on n’est pas dans une ville ripuaire. Les aménagements des bords du fleuve donnent peu de place à la pratique individuelle et communautaire. Mais à la différence de Vientiane, les bateaux et pirogues à moteur continuent à exister car certains villages en amont et en aval de Paksé sont encore inaccessibles par la route, et ne pouvant être desservis que par le fleuve. Dans les proches années à venir la construction de la nouvelle route (qui vient d’être achevée) reliant Paksé à Champassak en 20 minutes va réduire incontestablement l’importance de la vie du fleuve. Pour Luang Prabang, il en est encore autrement : de nombreux villages dans les alentours et dans la région nord sont largement dépendants du fleuve pour accéder à la ville (que ce soit le Mékong ou la Nam Khan). L’aménagement des berges de l’ensemble de la péninsule, respectueux des pratiques locales et des paysages assure une durabilité à la pratique habitante du fluvial. Ces faits conjoints permettent au fleuve d’occuper une forme de centralité urbaine et d’évoluer avec la ville sans rupture d’usage. III. IV. Le mouvement du foncier Le mouvement foncier est l’un des indices majeurs qui, à la fois décrit le développement urbain et « pronostique » la croissance économique, que celle-ci soit artificielle ou durable. Si nous le comparons aux pays voisins qui connaissent la même période de croissance (sans en avoir le même niveau), tel que le Vietnam et le Cambodge, le mouvement de transaction et la flambée foncière dans ces pays semblent plus disproportionnés par rapport à la croissance réelle de leur économie. Alors que le domaine foncier du Laos connaît un mouvement relativement plus souple, le prix du foncier est moins élevé. Cependant, par rapport à sa situation interne et en particulier comparé à la période d’étatisation et de collectivisme précédente, ce mouvement foncier connaît une dynamique exemplaire et une augmentation de sa valeur relativement forte. Si ces indices sont à première vue naturels, car ils obéissent à la loi du marché foncier qui s’est peu à peu constitué, on constate que le mouvement et la valeur foncière sont aussi profondément liés à la problématique de centralité. Ici nous voulons souligner que la dynamique du domaine foncier ne peut être liée uniquement aux dispositifs et aux mesures menées par l’État. Les mesures ont été essentiellement le rétablissement du cadastre et la création des organes administratifs et techniques compétents. La libéralisation des biens fonciers et des formes de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 119 - transaction a permis l’instauration des taxes foncières constituant un revenu important pour l’État. Ce faisant, ces mesures touchent directement les questions qui ne sont pas forcément les premières priorités de l’État mais qui nécessitent à travers le foncier d’être réexaminées. Il s’agit d’abord des questions concernant les biens qui ont été gelés durant plus de trente années, ensuite il s’agit des principes de nationalité et de citoyenneté par rapport à la question de propriété et d’héritage. Ces différents principes et questions qui sont le résultant direct et indirect du fondement politique du nouveau régime durant les premières années (étatisation, collectivisation) s’étaient accumulés. Et depuis la réforme, au lieu de régler ces questions au plus vite, le gouvernement les a toujours différées à des échéances ultérieures. Sans doute parce qu’il n’y a pas urgence, et la pression foncière n’était pas encore à l’ordre du jour jusqu’au milieu des années 2000. Aujourd’hui, les enjeux économiques de ces biens sont devenus importants, et la reconnaissance de la propriété privée l’est également dans la crédibilité de l’ouverture du pays aux yeux de l’international. Il faut donc apporter des solutions afin de mettre pleinement en application la politique de libéralisation économique et de libération foncière, dont la reconnaissance du principe de la propriété privée est fondamentale. III. IV. a. Le rétablissement du cadastre Le rétablissement des plans cadastre a été préconisé d’abord à Vientiane puis dans les quatre villes secondaires et petit à petit dans toutes les autres agglomérations, bien que la réalisation de ces plans ne soit pas complètement achevée à ce jour. Le dernier cadastre délivré avant 1975 ainsi les documents graphiques utilisés pour immatriculer les titres de propriété dans les villages et agglomérations qui ne possédaient pas de cadastre officiel, ont été a priori remis en question ou simplement pas pris en considération après 1975, du moins, pas avant 1991. Cela peut être expliqué par plusieurs faits qui ont eu lieu dès les premiers mois de l’investiture du Nouveau Régime. À partir de 1976, la collectivisation, la réforme foncière, et un peu plus tard la réforme agraire, ont marqué la chute de l’ancien système de transaction foncière, ou du « droit d'action », 171 et mis fin pour un temps au développement de la ville. À titre d’exemple, en 1976 une villa qui aurait dû coûter près de 50 à 80 bat or avant 1975 (environ 20.000 USD à 35 000 USD taux de change de l’année 2005), ne se vendait plus qu’à 2 à 3 bat or en 1976 (soit 1200 USD, taux de change de l’année 2010)172 par des propriétaires pressés de quitter le pays. Les titres de propriété et donc les titres cadastraux ont été par principe abolis par le système collectiviste, et ensuite par les faits réels d’étatisation et de confiscation des biens, aussi bien de ceux qui quittent le pays que de ceux qui restent, mais « qui possèdent trop de biens ». Enfin, il y a aussi les biens que les habitants confiaient à leurs proches (familles, amis ou voisins) et les biens qu’ils ont abandonnés en quittant le pays en catastrophe. Les biens dans leur ensemble ont été soient squattés par les nouveaux venus, soient réutilisés par l’État. Les événements sociopolitiques qui avaient eu lieu durant les premières années du régime, ainsi que les différentes formes d’occupation de ces biens fonciers et immobiliers qui s’en suivaient brouillent le statut et l’immatriculation foncière des propriétés. Lorsque l’État préconise juridiquement la reconnaissance de la propriété privée à l’approche de la Réforme, les anciens titres cadastraux ont été parfois reconnus, avec l’appui des témoignages des voisins, de ceux qui habitent le même village et le même quartier. Et en attendant que les titres définitifs soient effectués à partir de 1998, l’immatriculation foncière se base sur les « certificats - titres provisoires » délivrés par l’administration. Mais le rétablissement du nouveau cadastre et du nouveau système d’immatriculation foncière devient vraiment nécessaire pour les administrations 171 karma sit. da,,tlyf. da,,t XlD dkodtme? T lyfmy XlD lyf? G lyf.odkodtme ; Karma (Sk, action), Sithi (Sk. droit) : droit d’action. 172 Le bat est l’unité traditionnelle de poids de métaux précieux (l’or et l’argent) utilisé au Laos et en Thaïlande. Un bat équivaut 15 grammes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 120 - désireuses de remettre de l’ordre, de la clarté et de la régulation, il est donc engagé de nouveau vers 2002, seize années après la mise en marche de « l'économie communiste de marché » 173 préconisée en 1986.174 Le redressement des cartes a commencé vers 1998 et s’est terminé vers 2002 pour Vientiane. La réalisation du plan cadastre proprement dite a donc commencé dès que les photographies aériennes ont été utilisables (redressées). Elle est accompagnée par des enquêtes de terrains qui se déroulent avec beaucoup de difficultés à cause des faits que nous avons signalés plus haut. Ainsi, la couverture du plan cadastral du pays est loin d’être achevée. Parallèlement, les décrets et les circulaires, portant l’enregistrement des titres fonciers et des taxes, accompagnent la réalisation du plan cadastre. L’un sert mutuellement à vérifier l’autre. Dans la première décennie de la mise en place de la première Constitution de la RDPL, nous voyons apparaître plusieurs décrets, circulaires et lois, visant la régularisation foncière.175 Ensuite, les autres décrets ou circulaires à partir de l’année 2000 vont apporter des ajustements sans en changer le fond, par exemple ceux qui vont définir le rôle des organismes de gestion des sols, etc., notamment l’organisme mixte de gestion et de développement foncier -Ongkane borihan lé phathana thidinh. Son rôle est de gérer et mettre en valeur les biens de l’État. L’importance du cadastre et le développement urbain Les cadastres sont des documents fondamentaux non seulement par rapport à la question foncière, telles la jouissance de la propriété privée et la liberté de la spéculation, mais ils le sont surtout pour le développement urbain, la planification et la gestion du territoire de la ville. Dès 1991 lorsque la loi de l’urbanisme ainsi que les règlements portant le permis de construire (N1512/MCTPC, 28/09/1991) ont été mis en place, le MCTPC signifie par une circulaire administrative, 1650/MCTPC en date du 28 octobre 1991, au ministère des Finances, le besoin du titre foncier légal pour le dossier des permis de construire qu’il a à instruire. Après quoi le ministère des Finances répond (lettre administrative N1574/MPF, du 22 novembre 1991) en expliquant que : « le décret du Premier ministre portant le droit foncier est encore en cours d’examen. Dans ce décret, il est indiqué que toutes les parcelles doivent être enregistrées dans le registre du village et après quoi, le titre foncier et cadastral sera attribué à chaque parcelle au nom du propriétaire qui en aura le droit en bonne et due forme. En attendant la mise en application de ce décret et donc du nouveau titre foncier, il est à considérer que les anciens titres sont encore valables, car ils témoignent du droit d’usage et de jouissance sur lequel le Service des cadastres de la préfecture de Vientiane se réfère actuellement pour mener des enquêtes afin de délivrer un certificat confirmant la conformité de ces titres. Donc provisoirement, pour s’assurer de la conformité des titres fonciers, nécessaire à l’instruction des permis de construire, les demandeurs doivent se munir de certificat de conformité de leur titre foncier (ancien) accompagné du plan parcellaire délivré par le service des cadastres de la préfecture de Vientiane, avec approbation de l’autorité du village et du service foncier du district.» Nous devons entendre par “ anciens titres ” les titres fonciers délivrés par l’administration de l’Ancien Régime. Cela confirme d’une part que les documents de l’Ancien Régime, conservés précieusement chez les propriétaires et non reconnus dans les premières années par le nouveau régime, sont devenus importants à ce titre ; et d’autre part, que les témoignages ainsi que les liens 173 Expression antinomique utilisée par Samuel P. Huntington, in. Le Choc des civilisations (ou The clash of civilisations and the Remaking of World Order.1996.), éd. Odile Jacob, 2000. 174 Le Chitanakan maï a été adopté lors du IVe Congrès du parti en 1986. In. Cinq leçons du parti révolutionnaire pour mener la Réforme, Comité pour la propagande et la Formation du Comité Central du Parti, Vientiane, 2000. 175 Décret N50/PM du 13 mars 1993 portant la taxe foncière, amendement du décret N47/CCM du 26 juin 1989, loi foncière N04/95/AN du 14 octobre 1995 et son décret d’application N72/PM du 22 mars 1996, décret N52/PM du 13 mars 1995 portant le transfert et l’enregistrement des titres fonciers, loi foncière N01/97/AN du 12 avril 1997 et circulaire N997/MF de 1998, portent sur l’enregistrement du droit d’usage des sols.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 121 - sociaux et familiaux au niveau du village sont un enjeu important et signifient qu’une certaine cohérence et consolidation sociale est maintenue d’une manière ou d’une autre autour de cette question foncière, malgré les turpitudes des ruptures politiques et sociales intervenues en 1975. Du point de vue technique et méthodologique, la révision du plan cadastre a commencé par un redressement et un relevé des parcelles, en partant des quartiers du centre vers les quartiers extérieurs, et parallèlement en partant du périmètre extérieur progressant vers le centre des agglomérations. L’échelle de travail du plan pour les parties extérieures est au 1/2000e , alors que l’échelle de la partie intérieure est de 1/250e à 1/1000e . La réalisation du plan se fait à partir des photographies aériennes prises et redressé par Film MAP, la société qui obtient le projet de réalisation de la carte de Vientiane et des autres agglomérations. Le service du cadastre, l’un des départements du Ministère des Finances en est le superviseur principal. Ce département a ensuite un pendant opérationnel, attaché aux autorités administratives déconcentrées de la Préfecture (pour Vientiane) et provinciales pour les autres provinces du Laos. À Vientiane par exemple, l’opération couvre la quasi-totalité de l’agglomération. Dans certains quartiers décentrés et éloignés ou présentant des difficultés particulières, les titres officiels n’ont toujours pas été à ce jour remis aux habitants. L’importance du cadastre sur le plan économique et politique Le plan cadastre utilisé actuellement est le troisième plan réalisé depuis l’existence du cadastre établi au Laos en 1912 par l’administration coloniale, le deuxième étant celui réalisé au début des années 1960. Il devrait non seulement devenir l’un des instruments de gestion urbaine et de régulation foncière, l’un des facteurs de développement de la ville, mais également l’un des outils financiers permettant de générer des revenus pour l’État. L’enjeu du cadastre n’est plus uniquement instrumental servant à contrôler, réguler et développer le territoire de la ville, il est aussi économique et politique, puisqu’il doit contribuer à l’autonomie financière de l’État à travers les taxes et les impôts, selon les conseils avisés de la Banque Mondiale (BM) et de la Banque Asiatique pour le Développement (BAD). Les projets d’établissement des titres fonciers et du plan cadastre, Land Titling Pilot project (Lao/ARE/0082), réalisés entre 1995 et 2002 au ministère des Finances, ont été financés par la Banque Mondiale et le gouvernement australien (fonds d’allocation et dons de 6,9 millions de dollars US). Conjointement, le projet Land Titling (Lao/ECO/0049) financé par un prêt de la Banque Mondiale est réalisé entre 1997 et 2004 avec 20,7 millions de US dollars. Aujourd’hui, nous pouvons considérer que l’enregistrement des titres fonciers se poursuit aussi dans les autres provinces, et le service du cadastre fonctionne maintenant de manière courante. La formation du personnel et l’amélioration des services sont nécessaires et sont à mettre à jour régulièrement. Car le contexte de dynamique foncière et urbaine liée au développement économique amène le gouvernement (ministère des Finances et les départements des Finances de la Préfecture de Vientiane et des provinces) à entreprendre des projets et des dispositifs juridiques et administratifs dans le domaine du foncier, notamment les projets de mise en valeur foncière et immobilière que nous allons voir dans les paragraphes qui vont suivre. III. IV. b. La libéralisation foncière Durant les premières années de mise en application du système communiste, de fait, le droit de jouissance des propriétés privées avait pu continuer à exister malgré tout, parce qu’il y avait une persistance et une survivance des traditions fortement ancrées dans la vie et dans les mentalités de la population concernant la question de la terre. Mais du point de vue théorique, nous pouvons considérer que la propriété foncière n’avait pas été reconnue en tant que telle. La période 1976-1979 montre qu’il y a une coexistence difficile entre, d’un côté, la théorie d’une société égalitaire où la jouissance de la propriété privée n’existerait pas, car les biens et la jouissance de ces biens ne devraient être que collective ; et de l’autre, le sentiment de liberté et d’indépendance lié à la Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 122 - possession des biens et de la terre qui donne aussi une certaine identité et un statut dans la structure sociale chez les Laotiens. Le sentiment de liberté et d’individualité liée à la possession de la terre est un sentiment fort chez les Lao et il résiste farouchement au collectivisme. En revanche, leur manière de vivre la jouissance de la propriété privée était souple, caractérisée par une sorte de communauté solidaire. Autrement dit, le système de communauté reconnaissant la légitimité de l’individu, donc de la possession individuelle des terres, résiste à la rigueur du système collectif. Le nouveau régime devrait peu d’années après se rendre à l’évidence et donc composer avec cette résistance. C’est pourquoi la jouissance de la propriété foncière n’a-t-elle pas été dans les faits complètement supprimée ? Entre 1979 et 1986, l’année de la mise en marche de la Nouvelle Mécanique Economique (NME), nous constatons que le régime devient relativement plus souple vis-à-vis de la question foncière. Le secteur commercial à petite échelle est autorisé aux initiatives privées. Le système de production collectiviste est remis en question, les terres sont partiellement et pratiquement rendues à la population en même temps que la reconnaissance de la propriété, etc. Puis à partir de 1986 la réforme va clairement mettre fin petit à petit au système de collectivisation et de contrôle de la production, du commerce et de la circulation des biens. Les entreprises d’État vont au fur et à mesure faire place aux entreprises mixtes État/privé et aux entreprises complètement privées. Le secteur foncier qui connait un statuquo, si nous ne considérons pas les petites transactions foncières “ clandestines ” sur lesquelles l’État “ ferme les yeux ”, revit après sa libéralisation. À partir du moment où les titres fonciers sont reconnus sur la base des documents anciens que les autorités vérifient et prennent en compte pour effectuer des certificats et titres provisoires vers 1991, et à partir du moment où l’État prélève des taxes foncières (Décrets N50/PM du 13 mars 1993),176 aussi peu importantes soient les perceptions qu’il a pu prélever, le mouvement foncier devient possible et effectif. Les impôts fonciers distinguent les terrains constructibles des terrains agricoles et des terrains à vocation commerciale et de service ou industriels. Avant l’établissement du nouveau cadastre de 2002, ces impôts étaient faibles et s’apparentaient davantage aux frais administratifs. Aujourd’hui bien qu’ils soient plus importants qu’auparavant, les recettes venant des impôts fonciers restent relativement faibles. C’est un vrai “ casse-tête ” pour le ministère des Finances et les bailleurs de fonds qui constatent que « l’État laotien n’arrive pas à prélever les taxes foncières de manière conséquente ». Mise à part la difficulté de mise en application et le manque de clarté du statut de beaucoup de biens fonciers en milieu urbain, il est fort probable que ce problème soit lié au statut traditionnel des terres et au particularisme culturel du rapport à la terre de la population locale. Il faut constater d’abord que le nombre des propriétaires est relativement important. La grande majorité des Laotiens sont agriculteurs de souche, ils cultivent les terres et donc possèdent des terres d’une manière ou d’une autre. Même des pauvres paysans sont généralement propriétaires de leurs terres, en défrichant auparavant les terres vierges de la forêt claire. Ceci renvoie au droit coutumier qui stipule que les droits d’usage sont accordés aux personnes qui défrichent et mettent en valeur la terre. La grande majorité possède aussi leur propre habitation. Car, si le fait de louer le sol pour augmenter la surface d’une exploitation était une pratique ancienne, être locataire d’une habitation est un fait relativement récent. Il faut remarquer ensuite que dans les deux cas des terres exploitées et des terres habitées, les terres n’étaient pas destinées à la “ sur-rentabilité ” : l’opulence traditionnelle des terres agricoles faisait que l’on ne cherchait pas à les surexploiter, ni rechercher des rendements audelà de leur possibilité naturelle. Le rapport à la terre est, pour ainsi dire, traditionnellement non spéculatif. 176 Le décret N50/PM est un amendement du décret N47/CCM du 26 juin 1989. Celui-ci porte essentiellement sur le système de taxes en général. Dans ce cadre la taxe foncière a été inscrite de manière très lâche et permet difficilement sa mise en application.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 123 - En ce qui concerne le domaine des contributions, aujourd’hui même s’il est tout à fait rentré dans les mentalités que la terre est spéculative et peut générer des richesses pour ceux qui la possèdent, et même si ces derniers pratiquent couramment cette spéculation, il est difficile dans les faits de leur faire comprendre et accepter la nécessité des contributions : « si la terre fait générer des revenus à leur propriétaire, il est normal qu’elle génère aussi des revenus aux instances publiques qui ont la charge de gérer le domaine national dans tout le pays ». Telles sont les explications simples que l’on peut donner à la population, mais ceci reste difficilement applicable. Il faut également noter que la faiblesse des revenus de l’État provenant du domaine foncier peut aussi s’expliquer par le fait que l’État est également le plus grand propriétaire des biens fonciers en milieu urbain, propices à la spéculation. Et ce qui appartient à l’État ou confisqué par l’État après 1975 ne connait pas de mouvement et ne génèrent aucune rente : ni taxe, ni impôt. Aujourd’hui, la transaction foncière bat son plein, à grande et à petite échelle, privée et publique. Il se réalise principalement sous trois formes : la transaction, le bail et la concession. III. IV. b. 1. Les transactions foncières La dynamique de la transaction foncière est aujourd’hui incontestable dans l’ensemble du pays. La spéculation est particulièrement vivace dans la capitale et dans les villes secondaires. Les titres d’usage foncier177 se vendent et s’achètent librement. La liberté de transaction permet à l’État de créer des recettes à travers les taxes de la transaction. C’est une politique fortement soutenue, voire, initiée par les bailleurs de fonds internationaux, telle la Banque Mondiale. A titre d’exemple, en 2004 la taxe de la transaction foncière était de 4% du prix des biens. C’est une perception qui s’additionne en fait aux impôts fonciers existant. Avec les 4% de taxe, l’État commence à avoir une perception plus conséquente d’autant plus qu’un véritable marché foncier et immobilier s’est constitué de manière sérieuse à ce moment-là : le pouvoir d’achat local s’est renforcé. Il y a ceux qui achètent, ceux qui vendent et ceux qui spéculent. Un petit marché financier s’est alors constitué autour des biens fonciers : posséder la terre, c’est posséder un pouvoir financier, car la terre devient solvable et hypothécable. Effectivement avec la dynamique de cette transaction, les terrains commencent dès le milieu des années 1990 à avoir de la valeur. Mais les effets pervers sont également apparus dans la méthode ou dans le manque de méthode d’évaluation des biens. Des vices de procédure existent dans de nombreux cas de figure, empêchant l’État de percevoir pleinement des recettes. Prenons en exemple un cas courant dans les années 1995 : par exemple, un bien est évalué au-dessus de sa valeur réelle, ensuite, il est placé en hypothèque à la banque nationale. Celui qui détient le titre foncier et à qui la banque prête de l’argent vient à faire faillite. Lorsque la banque saisit le bien, elle se rend compte que celui-ci n’a pas la valeur hypothéquée. Les premiers déboires du domaine foncier ont donc été essuyés par l’État dès les premières années de libéralisation de la transaction foncière.178 Aujourd’hui, la banque est plus prudente. Le marché foncier continue à bien se porter dans la plupart des agglomérations laotiennes : le prix des terrains augmente sans cesse et les biens ont toujours tendance à être surévalués. Un autre cas de figure concerne le contrôle des 4% des transactions et le prix réel des transactions. Les études de terrain montrent que l’État ne perçoit pas les recettes issues de la transaction de manière proportionnelle à la dynamique du marché foncier. Notons deux faits : le manque d’outils juridiques et des paramètres économiques. Premièrement, il n’y a pas de notaire pour la transaction foncière. L’acte de vente se fait devant l’autorité du village. Ensuite cet acte sera joint aux formulaires de demande de transfert du titre d’usage foncier –du nom de l’ancien propriétaire au nom du nouveau propriétaire– qui seront 177 Ce terme est par les faits l’équivalent du “ titre foncier de propriété ”: le terme en Lao n’existant pas. 178 Le phénomène n’a pas été volumineux, mais a causé le renvoi des postes de direction au sein de la banque nationale.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 124 - faits et notifiés par le service des cadastres de la préfecture ou de la province, en passant par les sceaux de l’autorité du district. Les 4% de taxes peuvent être payés soit au village, soit au district, qui ferait remonter vers le service affairant des instances supérieures, c’est-à-dire le département des finances de la Préfecture. Il est courant que le prix réel de la transaction ait été volontairement réduit au tiers, voire au quart, en commun accord entre le vendeur et l’acheteur. Ceci, afin de réduire le montant issu des 4%. Par exemple pour un terrain vendu à 33 000 USD, déclaré à 10 000 USD, le vendeur paiera 400 USD de taxe au lieu de 1 320 USD. Comment cela est-il possible ? Le prix des terrains a pourtant été attribué par zone dans toutes les villes par le Ministère des Finances. La réponse serait multiple, mais celle qui peut être notée ici, c’est le manque de ressources humaines compétentes, de méthodes et d’outils efficaces pour effectuer des vérifications et dresser des contraventions. Le constat de ces pratiques notoires de détournement met en doute la part réelle de perception du Ministère des Finances. En 2008, la faille a commencé à être comblée. L’affectation des prix au M2 qui a été réalisée par zone ou par village a été renouvelée et mise en application, le taux de 4% a été révisé et réduit à 1%. Mais cette fois-ci, le document sert de référence au moment de la demande de transaction. Les agents du bureau du foncier se réfèrent au document officiel des prix au M2 qui ont été déterminés. Par exemple à Ban Khounta-Tha, le M2 est fixé à 1 800 000 kips.179 L’État prélève donc 1% au lieu de 4%, du prix officiel au M2. Lorsque le transfert des titres se réalise entre deux personnes ayant un lien de parenté, le taux appliqué sera de 0,1% au lieu de 1%. Dans tous les cas, désormais le prix déclaré et affiché par les acheteurs et les vendeurs qui déclarent en dessous du prix de vente réel afin de payer moins de taxes, ne sera plus pris en compte, seul le prix au M2 par zonage constitue la base de calcul. Deuxièmement, un bien est parfois réellement mal évalué malgré tout, dans le sens où il est difficile de connaitre la valeur des biens. Le manque d’outils et de paramètres économiques réels d’évaluation attire notre attention et explique en partie pourquoi le marché foncier au Laos est particulièrement aléatoire. En fait, personne ne regarde, ni n’utilise vraiment le prix officiel affiché dans le plan de zonage foncier, à part les agents qui s’occupent du transfert des titres pour le calcul des taxes. Ce marché fonctionne en fait comme un jeu d’enchère entre l’acheteur et le vendeur. Celui qui n’a pas besoin d’argent met le prix de ses biens très haut et au contraire celui qui en a besoin les brade souvent au prix inférieur parce qu’il a besoin de liquidité et donc pressé de vendre. Partant de ce principe, si les terrains à Vientiane restent chers proportionnellement à son développement économique, c’est qu’il y a plus d’acheteurs que de vendeurs, dans le sens où il y a plus de besoins d’acheter que de besoins de vendre. À cette idée, il faut se référer au fait que la proportion des populations qui sont propriétaires est plus importante que la proportion des populations qui sont locataires ou autres.180 Et que parmi ces propriétaires, il y a un nombre important de ceux qui possèdent d’autres biens fonciers et immobiliers en plus de leur propre logement. Ce qui devrait sous-entendre notamment que les opérations immobilières, telles que constructions de logement et de lotissement, ou autres, à vocation locative à l’origine ne sont pas très courants. Et s’ils peuvent devenir un fait courant, c’est dans un contexte particulier et nouveau et à destination d’une population majoritairement extérieure, comme nous allons le voir à travers la question des baux et des locations. Nous verrons également dans une autre partie de notre réflexion que cela peut donner une empreinte particulière à l’ambiance des villes laotiennes et un indice à son mode de vie citadine. 179 Taux de change en juin 2009 est de 1USD/8450 kips. 1.800.000 kips pour 213 USD. 180 Connaître le statut de la propriété des biens est particulièrement délicat. Les enquêtes de terrain sur la question ont montré que cela touche la susceptibilité, la sensibilité et la dignité des habitants. Les habitations peuvent effectivement avoir des statuts très variés : habitation privée, habitation louée, habitation squattée, habitation confisquée par l’État et allouée provisoirement à l’habitant, habitation dont l’habitant à seulement la garde, etc. Si les propriétaires peuvent répondre sans réserve, les autres types d’habitant n’aiment pas répondre aux questions touchant le statut foncier de leur habitation.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 125 - Une étude sur les bâtiments susceptibles d’avoir de la valeur patrimoniale et donc d’être protégés a été menée dans le centre de Vientiane entre 1999 et 2002. Ainsi sur environ 300 bâtiments intéressants au titre patrimonial inventoriés, nous avons pu recueillir les informations portant également sur le statut d’occupation des bâtiments. Signalons qu’à ce titre les quartiers centres de Vientiane, ne sont sans doute pas exemplaires. Puisqu’ils étaient habités majoritairement par les commerçants, par les gens qui occupaient une position importante dans la société et dans le gouvernement de l’Ancien Régime, et par les “ habitants de souche ” qui ont en majorité quitté le pays en 1975. Notre enquête nous confirme que beaucoup de ces maisons ont été confisquées par l’État, cas que nous pouvons repérer sans trop de difficultés. Par contre, les maisons confiées à la famille ou squattées peuvent parfois être identifiables mais difficilement confirmées ou vérifiables. Car les gens sont réticents aux questions posées. Sur la question de la confiscation des biens, le décret N129/PM du 18/11/1979 a été mis en application pour légaliser les actions de l’État. Il porte sur les maisons et les terres des patikanes (réactionnaires) que le tribunal populaire a condamné, les individus qui s’étaient enfuis et/ou envoyés aux séminaires. L’arbitrage s’était basé d’abord sur le principe politique et idéologique, que l’autorité politique avait ensuite intégré comme une légalité. On peut le voir subsister à travers la loi foncière N01/97AN du 12/04/1997, l’article 62, alinéa 4 : « celui qui peut perdre le droit d’usage des terres est celui qui a été condamné par la cour populaire à perdre ce droit » ; l’article 63, alinéa 1 et 2 : « celui qui renonce de son propre gré au droit d’usage des terres », « l’État (étant le propriétaire de toutes les terres se donne le droit ) récupère les terres aux privés pour en faire un usage public ». III. IV. b. 2. Les baux et les concessions Les baux de longue durée et les baux de courte durée font l’objet de taxation différente. La location de courte durée est plus onéreuse, elle concerne surtout les habitations. Elle peut aller de quelques mois à une ou plusieurs années renouvelables. Les baux à moyens termes concernent les biens à destination commerciale et aux activités tertiaires, à plus longs termes, ce sont des biens à fonction industrielle ou des équipements à fréquentations publiques. Dans le cadre des baux à courts termes, les locataires interviennent de manière très limitée dans les éléments bâtis. Les propriétaires s’occupent encore des biens qui font l’objet de baux. Ce type de bail est le plus souvent une affaire entre privés. Alors que les concessions sont en majorité les affaires entre l’autorité publique (le gouvernement laotien) et les sociétés privées, très souvent étrangères. Les biens qui font l’objet de concession appartiennent pour la majeure partie à l’État, en partie ou en totalité, qui concède aux sociétés privées. Dans l’ensemble, la durée des différents baux varie de 20 à 95 ans, renouvelables. Il s’agit des biens fonciers de grande ampleur en milieu urbain, et des vastes terrains de plusieurs dizaines ou centaines d’hectares. Il peut s’agir d’un grand territoire comme ce fut le cas des concessions de Botèn et de la zone économique de Savanh-Seno (1e partie. I. II. b-c.) En ce cas l’État peut être lui-même partenaire. Le foncier, qui représente souvent 30% des investissements (pourcentage fixé entre les deux parties) en devient alors la part d’investissement de l’État laotien dans la plupart des projets. Lorsque l’État donne en concession, ces biens, l’État n’intervient pas dans l’aménagement et la gestion de ces biens. Les sociétés sont assez libres dans leur manœuvre. Dans la quasi-totalité des concessions, aucun cahier des charges n’a été annexé au contrat. Pour les concessions moins importantes, elles sont soumises à une “obligation de principe ” : les sociétés doivent réaliser les projets pour lesquels elles ont obtenu la concession dans les cinq années après la signature, en défaut de quoi les contrats peuvent être annulés par l’État. C’est le cas de l’ancienne trésorerie coloniale à Vientiane. Le vaste terrain avec une vieille bâtisse coloniale est situé dans un lieu prestigieux puisqu’il jouxte le palais présidentiel et donne sur deux rues principales, la rue Sethathirat et le quai F’a-Ngoum. Étant un bâtiment figurant sur la liste de l’inventaire de 1994 du Département des Musées et de l’Archéologie du ministère de la Culture et de l’Information, et sur celle de 2002 réalisée par l’Atelier du Patrimoine et proposé par l’institut de Recherche en Urbanisme, l’édifice doit être normalement conservé. Mais lorsque la concession a été accordée à Tab. 2. Durée des baux et des concessionsDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 126 - ST groupe, il n’y a pas de cahier des charges annexé au contrat pour la conservation et l’obligation de restaurer le bâtiment, celui-ci a été ainsi démoli dès l’obtention du contrat. Et au bout de cinq années ST groupe, n’ayant toujours pas réalisé les projets comme il était prévu, l’État menace de lui retirer la concession. Aujourd’hui, nous constatons que ST groupe possède toujours cette concession, puisque un kiosque de banque ST groupe y a été installé. L’installation de kiosque bancaire de 10 m2 semble suffisante pour que la société échappe aux “ obligations de principe ” et continue à jouir de son droit.181 Depuis le milieu des années 2005, l’État préconise de mettre en valeur ses biens fonciers qui ne lui généraient aucun revenu, jusqu’alors : il prévoit donc de donner en concession de nombreux ensembles fonciers en sa possession en lançant des appels à proposition et des appels d’offres. Si ces appels sont discrets et ne sont pas toujours connus des habitants qui habitent dans les lieux concernés, et qui seraient touchés par le relogement éventuel lorsque les projets l’exigent, ils sont bien connus des investisseurs et spéculateurs locaux et internationaux. Taxe sur les revenus fonciers Afin d’avoir un aperçu sur l’importance que peuvent avoir les baux et les concessions dans les revenus de l’État, intéressons-nous à titre d’exemple aux taxes sur les revenus générées dans ce cadre. Le principe établi est de distinguer d’abord le locataire laotien et le locataire étranger, vient ensuite la nature des biens loués. Le gouvernement taxe entre 25 et 30% les revenus générés par la location des maisons.182 30% si la maison est une villa en dur et 25% si la maison est à moitié en dur à moitié en bois ou entièrement en bois (type maison lao pagnuk). Et ceci, lorsque le locataire est de nationalité laotienne. Lorsque le locataire est étranger la taxe est calculée selon les m2 des surfaces habitables : l’emprise de la maison comprenant la cuisine, le garage et autres constructions annexes, à l’exception des clôtures. III. IV. c. Questions sur les biens gelés durant trente ans et questions de propriété, d’héritage et de nationalité des Laotiens de la diaspora A partir de plusieurs faits convergents en ce qui concerne le plan de développement urbain et socioéconomique, l’État ne peut que constater l’importance que peuvent générer les biens fonciers et immobiliers qu’il possède, et se rendre compte que ces biens sommeillent durant de longues années. Nous avons déjà évoqué le fait que même au niveau des taxes ces biens ne généraient aucune recette pour l’État, pire, ils tombent en ruine et nécessitent des coûts importants pour leur entretien. Nécessité que l’État laisse de côté par manque de moyens. Même en possédant tous ces biens l’État “ reste pauvre ” parce que ces biens ne sont pas taxables, n’ont pas été mis en valeur et n’ont pas été solvables. L’ouverture économique bien entamée, il est constaté qu’il est temps que les biens qui ont été gelés puissent produire des rentes et des bénéfices à l’État. Pour ce faire, plusieurs questions restent à éclaircir. Des problèmes d’ordre du droit et des libertés, mis en sommeil depuis 1975, émergent et appellent à être réglés. Et ce sont des questions que l’État laotien ne peut pas toujours évacuer de manière expéditive. Son adhésion à “ l’état de droit ” et son intégration dans la communauté des nations, la reconnaissance de la propriété privée qui est chère à la population et qui devrait garantir une des libertés fondamentales et une paix civile durable, obligent à la prudence. Ainsi, on ne peut évoquer le mouvement du foncier sans évoquer les trois questions corollaires que sont les faits concernant les biens qui ont été gelés depuis plus de 30 ans et les questions de propriété, d’héritage et de nationalité laotienne de la diaspora. 181 En 2011 le site a été octroyé à la Banque Mondiale pour la construction de son siège. 182 Décret présidentiel N01/RDP du 28/09/1998, article 4, portant les modifications des taxes sur les revenus générés par la location des biens fonciers et immobiliers. Décret du premier ministre N241/PM en date du 25/12/1998, article 5. Lois des contributions N0495/AN, en date du 14/10/1995. Tab. 3. Taxe des Baux fonciersDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 127 - La légalisation des terres confisquées Lié à la difficulté de l’immatriculation foncière, il y a un autre fait à éclaircir : il existe un nombre très important de parcelles, isolées ou groupées en quartier, dans le milieu urbain de Vientiane qui n’ont pas de titres cadastraux, n’ayant pas pu être immatriculées et attendent une attribution statutaire. Ce sont des parcelles qui ont été confisquées, aux personnes qui ont quitté le pays entre 1975 et 1982183 et aux personnes qui en “ possèdent trop ” et qui ne sont pas parties, et données par l’État aux tiers. Ce sont aussi des parcelles abandonnées par leurs propriétaires, squattées sans autorisation. Par la suite, ces biens font l’objet de procès entre les anciens propriétaires qui n’ont pas quitté le pays ou la famille de ceux qui sont partis et les nouveaux occupants. Ces derniers n’ayant ni témoins, ni anciens titres fonciers au moment des enquêtes pour l’immatriculation des titres, ne peuvent faire valoir leur droit d’occupant et ne peuvent faire immatriculer les biens qu’ils occupent. Devant de tels conflits entre les occupants effectifs et les propriétaires juridiquement légaux, les litiges sont à traiter cas par cas. En tous les cas, les problèmes laissent ouverts à tous les abus possibles : faux papiers, vice de forme et de procédure, corruption et abus de pouvoir, etc. Chacun cherche par tous les moyens à faire valoir ses droits. A partir de 2007-2008 l’État finit par trancher par un arbitrage, non pas pour mettre fin aux problèmes mais pour pouvoir enfin immatriculer ces “ terres à problèmes ” [fuo,u[aoskF fuo7qo38o], puisque les anciens problèmes subsistent et des nouveaux apparaissent, comme nous venons de le souligner. Lorsque quelqu’un occupe depuis près de 30 ans un bien foncier et immobilier, il aurait désormais le droit de le conserver, du moins de procéder à son immatriculation. Ceci à condition que ce dernier paie un droit à l’État, au prix fixé par lui, au cas par cas. Ce qui équivaut à l’achat pur et simple des biens à l’État, avec une petite différence près par rapport à la fluctuation du marché foncier qui se pratique généralement. Effectivement alors que le prix du marché est complètement aléatoire, le prix fixé par l’État pour ces biens spécifiques semble plus stable. Pour acquérir définitivement les biens, l’occupant acquéreur doit payer 100% du prix fixé par l’État. Mais lorsque l’occupant acquéreur est fonctionnaire, il ne paiera que 10 à 30%, selon les cas. L’avantage accordé aux agents de l’État est une forme de compensation pour les services rendus et pour les bas salaires de ces derniers. Mais il crée aussi des effets pervers. Par exemple, lorsque l’État réussi “ à vendre ” un bien foncier qu’il avait autrefois attribué à des familles ; pour libérer ces biens, l’État ou le nouvel acquéreur doit payer une somme conséquente aux familles pour les déloger. Beaucoup de familles qui habitaient dans des habitations attribuées par l’État continuent alors à y “ habiter administrativement ” en installant un membre de la famille, même s’ils ont déjà une autre habitation ailleurs. Ceci, afin de bénéficier du droit d’indemnisation. N’ayant pas de fond pour cette indemnité, l’État n’a pas pu vendre ou donner en concession, certains biens ; ou, ne voulant pas payer cette indemnité qui ne relève pas de sa responsabilité, l’acheteur abandonne et décline souvent les offres. Au résultat, beaucoup de bâtiments restent délabrés et continuent à tomber en ruine par manque d’entretien. Les biens les plus prestigieux continuent à “ dormir ” ainsi et ne rapportent rien à l’État. Le développement urbain et la mise en valeur des centres sont liés aussi à ces problèmes. Il semble clair, tant que les problèmes fonciers et de rénovation immobilière ne sont pas approchés et intégrés en tant que tel, le développement urbain et la protection patrimoniale ne peuvent être réalisés de manière harmonieuse et durable. De la reconnaissance de la propriété à la reconnaissance du droit d’héritage, par rapport à la question de nationalité laotienne de la diaspora La reconnaissance de la propriété et des droits qui en est issue a été un grand pas que le gouvernement laotien a su franchir. La culture et la jouissance des terres des Lao, leur rapport historique à la possession des terres étant un symbole de “ liberté ”, le retour vers cet acquis 183 Décret N192/PM en date du 18/11/1979 portant les terres et les maisons des réactionnaires (patikhane) que le tribunal populaire a condamnés ; les biens de ceux qui ont fui le pays et de ceux qui ont été envoyés aux séminaires.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 128 - fondamental était suffisant pour arrêter peu à peu la fuite de la population vers l’étranger. Elle a permis à la population de se rapprocher un peu plus du régime, voire, de se conformer de fait à son système, le désir de la population étant peu exigeant et peu revendicatif. A cette question, exposons des problèmes inextricables pour les autorités du gouvernement laotien : deux lois entrent en collision et soulèvent un malaise politique et social profond touchant le droit et des libertés fondamentales des personnes. Constat 1 : la loi concernant le droit de succession et d’héritage Après la reconnaissance de la propriété, l’État formalise sa reconnaissance du droit de succession. Confirmé par la Constitution de 1991 (article 14 et 15, chapitre 2, portant le régime économique et social), l’État a institué les droits et les libertés d’hériter en stipulant que : « l’État protège les droits de propriété et le droit de succession des biens des organismes et des individus. Quant à la terre, propriété de la communauté nationale, l’État en garantit les droits d’usage, de cession et de succession conformément à la loi ». Dans les faits, la jouissance de la propriété et de l’héritage qui n’a jamais vraiment disparu des pratiques, même durant les premières années du régime où idéologiquement l’héritage était considéré comme la survivance des privilèges, une pratique considérée comme appartenue à la classe sakdina que le régime combattait. À contrario, de fait et de droit, l’État reconnaît que toute personne a le droit d’hériter de ses biens familiaux. La reconnaissance juridique de l’héritage sera visible aussi à travers les impôts sur l’héritage inscrit brièvement dans l’article 60, alinéa 5, de la loi foncière de 1997. Constat 2 : la loi concernant la propriété des terres et le droit des étrangers. Il est stipulé dans l’article 72, 73, 75 (Partie III, chapitre 4) de la loi foncière de 1997 que : « l’État ne reconnaît pas les droits et les réclamations pour les terres dont l’État a confié la garde et la jouissance au peuple durant la révolution » (art. 72) ; « l’État ne reconnaît pas les droits et les réclamations des terres par les anciens propriétaires qui ont quitté leur terre durant la révolution » (art. 73) ; « l’État ne reconnaît pas les droits et les réclamations des terres de ceux qui ont quitté le pays pour aller à l’étranger » (art 75). L’article 72 met l’accent sur l’aspect inviolable des décisions de l’autorité publique. L’article 73 semble concerner ceux qui ont quitté la zone libérée avant 1975 et ceux qui ont migré durant les événements de 1975. Quant à l’article 75, il ne concerne pas les étrangers proprement dits, mais les étrangers d’origine laotienne qui ont quitté le pays entre 1975 et 1982, condamnés ou pas par la cour populaire. Ces trois catégories de population ne peuvent réclamer leurs anciens biens, ils ont perdu définitivement leur droit de propriété et d’usage. Devant la loi foncière, les étrangers d’origine laotienne se rangent dans la catégorie des étrangers. Et la loi stipule que, ces derniers n’ont pas le droit de posséder ou de tenir le titre kamma sit des terres, c’est-à-dire le droit de propriété qui comporte le droit de garde, d’utilisation, d’usufruit, de cession, de transfert et de succession (art. 5). « Le sol appartient à la communauté nationale (…) l’État le gère de manière centralisée (…). Il confie aux individus, aux familles et aux organismes le droit de l’utiliser (le titre de kamma sit) et aux étrangers le droit de le louer » (art. 3). Point de collision Le problème qui se pose est que l’histoire sociale issue des événements de 1975 a créé un phénomène spécifique : les Laotiens qui ont quitté le pays et qui étaient des réfugiés politiques acquièrent par la suite la nationalité des pays qui les ont accueillis. Ils forment une très importante diaspora à l’étranger et sont des “ étrangers ” (de nationalité étrangère) devant la loi laotienne. N’ayant pas complètement coupé des liens avec le pays, ces étrangers, tout en étant ou pas des patikane –“ réactionnaires ”, sont potentiellement des personnes qui ont le droit naturel et fondamental d’hériter des biens appartenant aux citoyens laotiens –leur famille du Laos. Ils se relient par cet héritage “ fictif ” à leur identité et à leur histoire individuelle, familiale et nationale. Par la légitimité et le droit naturel, les personnes quelles qu’elles soient peuvent hériter et la constitution stipule que « l’État protège (…) les droits de succession des biens (…) des individus ». Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 129 - Cependant étant de nationalité étrangère ils ne peuvent jouir du droit de propriété (kamma sit), accordé seulement au citoyen laotien par la loi. En un mot, ils ne peuvent posséder ce qu’ils ont hérité. III. IV. d. Le marché foncier de Vientiane et des centres provinciaux Bien que la flambée foncière proprement dite soit un phénomène complexe qui ne peut être traité dans le cadre de notre étude, nous pouvons cependant dans la limite de notre questionnement l’attribuer à la croissance économique générale, que celle-ci soit forte ou relativement faible, comme c’est le cas du Laos. Effectivement, cette flambée n’est pas spectaculaire si nous la comparons à une progression naturelle que le pays devrait normalement connaitre sans les trente années de statuquo, voire, de récession en ce domaine. La flambée foncière que connait actuellement Vientiane est en fait un simple phénomène de rattrapage de son statut de capitale, car celle-ci a été atrophiée par la ruralisation durant la période de transition que nous avons située entre 1975 et 1995. Dans les débuts de cette période, il n’y a aucun mouvement de transaction officielle des biens. Par contre, si nous considérons cette flambée dans la continuité et par rapport aux trente années de récession, elle est relativement spectaculaire. De manière générale, la valeur foncière commence à prendre de l’ampleur avec la constitution de la capacité locale à investir. Dans les capitales provinciales, le phénomène semble plus lié aux projets de développement qu’au phénomène de rattrapage comme c’est le cas de Vientiane. Effectivement en province il existe une “ ambiance ” de “ prospections et d’anticipation ”, par ailleurs pas toujours justifiée, mais qui justifie les intentions d’investir. Par exemple à Savannakhet, autour du futur campus universitaire –projet de constructions qui a été planifié et dont l’opération a été lancée en partie– les habitants qui ont les possibilités d’investir disent que : « le centre va être là, parce qu’il va y avoir une grande université pour toute la province. Il serait opportun d’investir dans le foncier et dans l’immobilier dans cette zone : construire des compartiments à louer, des commerces et du logement pour les étudiants. Car les chambres du campus ne suffiraient pas. Cette zone va être plus animée que le vieux centre de Savannakhet…». Peu à peu, la motivation tout à fait intéressée et anticipée fonde la constitution d’un éventuel futur centre autour d’un futur équipement. C’est par cet optimisme, cette vision prospective plus ou moins justifiée que le marché foncier se construit. Mais souvent, par manque de budget ou autres, un certain nombre d’équipements n’a pas été construit, les personnes trop enthousiastes et mal informées ont alors “ perdu ” de l’argent en achetant des terrains qui vont rester des années inutiles. C’est le cas par exemple des hectares de terre autour du futur aéroport au kilomètre 18-21 de la route numéro 13 (à Vientiane) qui restaient depuis plus de 15 ans inutiles tant que la construction du nouvel aéroport ne devienne effective. A Vientiane la planification d’un nouvel axe qui relierait la future gare –se trouvant derrière la mare de That Luang dans la zone où devrait se construire la “ ville nouvelle chinoise ” (parmi autres projets prévus)– à la route numéro 13, active bon nombre de projets d’investissements privés. L’administration urbaine exproprierait une bande de 150 mètres pour l’emprise de cet axe aux propriétés se trouvant sur son tracé : 50 mètres pour l’emprise proprement dite de la route et 50 mètres de chaque côté pour être parcellisés et vendus dans le cadre du développement de la ville nouvelle. Inquiets, de peur d’être expropriés sans indemnité ou alors très symboliquement indemnisés, certains propriétaires vendent rapidement leurs terres. Les sociétés ou les privés “ bien informés ” qui veulent investir dans l’immobilier achètent ces terrains en connaissance de cause. Pis, ces mêmes investisseurs “ font circuler le bruit ” d’une mauvaise indemnisation du gouvernement pour que les riverains vendent au plus vite et aux prix qu’ils fixent. Après quoi, nous supposons que ces sociétés négocieront les “ indemnisations ” avec le gouvernement sur les 50 mètres d’emprise de chaque côté de la route, ensuite ces 50 mètres seraient parcellisés et vendus par Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 130 - leur soin et à des prix bien supérieurs une fois la route construite.184 Les acheteurs seraient éventuellement les investisseurs étrangers qui installeraient des industries dans le cadre du corridor économique. Car cette route de 21 kilomètres (entre le croisement Dong dok et la route du Mékong à Dong Pho Si) ferait partie des réseaux économiques transversaux régionaux. Quelques mois après l’annonce de ce projet de ville nouvelle, le projet a été abandonné au début de l’année 2009 : 185 la ville future serait déplacée ailleurs, vers les kilomètres 16 à 21 sur la route numéro 13 Nord-est. Cependant la question d’en faire un projet de promotion foncière dont l’État serait lui-même l’opérateur (plus que de projet de développement proprement dit) dans la bande d’emprises des 150 mètres demeure, puisque la route des 450 ans de Vientiane y est construite actuellement, reliant le grand périphérique de Dong Dok au nouveau complexe sportif construit pour le SEA (Sud East Asia) Game en 2009. Dans le cas où les propriétaires n’ont pas vendu leurs terres qui font l’objet d’expropriation avant la construction de la Route des 450 ans, nous constatons que les opérations ont été réalisées dans des conditions pas très compréhensibles pour la population : le manque d’information et de dialogue fausse probablement le principe réel du projet. Car, si les informations que nous avons reçues sont exactes, nous voyons que les propositions du pouvoir public ne sont pas complètement inintéressantes pour les propriétaires. Examinons le cas : Le prix courant des terres dans la zone avant la construction de la route était entre 6 à 15 usd le M2. Le prix au mètre carré des bandes de 50 mètres des deux côtés de la route des 450 ans après construction serait fixé à plus de 50 dollars. La route apporte donc de la valeur ajoutée aux terrains de près de 334%. Cela veut dire que l’État aurait empoché 50 dollars nets le M2 s’il n’indemnise pas les propriétaires. C’est ce qu’avaient compris “ les expropriés ”. Or ce schéma ne serait pas tout à fait exact, la situation aurait été la suivante : 1- Sur le principe que la route construite par l’État met en valeur les terres, du point de vue foncier, en leur faisant gagner 334% de leur valeur d’origine, c’est-à-dire de 6 à 15 dollars ils seraient passés à plus de 50 dollars le M2. 2- L’État veut, de fait, jouer le rôle de promoteur mais ne possède pas de fonds pour le faire. 3- L’État commence alors par exproprier sans indemniser les propriétaires. 4- L’État demande ensuite aux expropriés de lui racheter les terres une fois la route construite à 15 dollars le M2 (c’est-à-dire à peu près le même prix qu’au départ). 5- L’État fixe après le prix minimum des terres à 50 dollars, le M2, que les expropriés sont libres de revendre mais à ce prix minimum. Cela veut dire que l’État gagne 15 dollars, le M2, et les propriétaires 35 dollars, le M2 au lieu de 6 ou 15 dollars. Dans ce schéma, d’un côté, l’État récupère certains fonds pour financer la construction de la route, et de l’autre les propriétaires gagnent trois fois plus que le prix initial de leur terrain grâce au projet public d’infrastructure viaire. Bien que les 15 dollars ne puissent pas financer la construction d’un M2 de chaussée de route et en conséquent bien que nous ne puissions pas dire ici qu’il s’agit d’investissement privé dans le réseau public d’infrastructure, nous pouvons cependant considérer que les riverains participent à un certain degré 184 Une enquête menée auprès d’une famille de propriétaire qui a vendu 10 hectares à Ban Sok à une société vietnamienne pour un peu plus d’un million de dollars US. a démontré clairement qu’une spéculation foncière à grande échelle est à l’œuvre, et dont le mécanisme et les modalités échappent aux riverains, comme le contrôle de l’espace urbain échappeant aux autorités de la ville. 185 Nous n’avons pas accès aux informations officielles concernant l’annulation du projet de “ ville chinoise ”. Mais nous avons deux explications de façon non officielle : 1- Le projet de ville nouvelle et de concession chinoise a suscité de violentes polémiques et devient au fil du temps franchement impopulaire. Au delà du mécontentement populaire -qui, habituellement, n’aurait rien changé- il y aurait des conflits dans le milieu décisionnel et politique, entre les partisans du projet et les anti-projet qui sont en outre anti chinois. Le lobbying anti-chinois aurait été plus fort permettant l’annulation du projet. 2- L’investissement serait trop colossal par rapport aux profits espérés par les investisseurs : les indemnisations foncières seraient importantes et demandant un temps de retour d’investissement long.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 131 - à leur construction, et que par l’élaboration du projet, l’État aide à la mise en valeur foncière de la zone. Cette situation locale induit potentiellement une extension urbaine par d’éventuelles constructions de nouvelles zones. Un large étalement urbain serait alors à prévoir lorsque la nouvelle zone sera reliée à la ville. De ces éventualités, le domaine foncier serait le facteur principal du développement urbain à grande échelle, reliant la ville de Vientiane aux grandes métropoles asiatiques continentales, voire insulaires si nous considérons les cartes des corridors économiques.186 Ce schéma de “ partenariat ” paraît idéalement équitable, mais dans la pratique sa mise en œuvre est complexe et demande une compréhension et un rapport de confiance entre les deux parties. Or malgré le côté qui semblerait “ équitable ” (si les informations que nous avons reçues sont justes), les procédés de mise en œuvre du projet ont été mal compris par la population et donc durement critiqués. Sans doute parce qu’ils ont été mal appliqués et la population mal informée. Celle-ci considère qu’il y a un abus de la part du pouvoir public. Or ceci semblerait être dû plus à l’incompréhension qu’à un véritable abus. Nous comprenons ici que l’insuccès de certains projets touchant le foncier, lorsqu’il s’agit de bons projets, provient plus de la forme que du fond et nécessite un dialogue approfondi et soutenu entre le pouvoir public et la population. D’une manière globale, l’exemple de Savannakhet montre que les “ centres extérieurs ”, s’ils se développent, se rapprocheraient de l’exemple de Vientiane, là où nous voyons qu’il y a idée de constitution de centres périphériques autour des équipements, constituant ainsi des polarités fonctionnelles locales. Mais à Savannakhet les investissements autour de ce nouveau campus universitaire ne seraient que de petite taille et ne concerneraient que les privés. À moins que ne vienne s’y superposer le Corridor Economique, notamment le site de l’école d’agriculture de Savannakhet qui a été intégré dans le projet SaSez. Et effectivement, selon le Master plan de la SaSez la zone du futur campus universitaire est aussi à proximité immédiate de l’une des zones de développement. Par contre, l’exemple de Vientiane explicite le fait que les projets génèrent une spéculation foncière à grande échelle, dont le mécanisme et les modalités échappent souvent aux riverains, comme le contrôle du développement urbain échappe sous certaines formes aux autorités de la ville. Et personne, ni l’autorité publique et ni les privés, ne peuvent être complètement responsables. À l’évidence, cela met l’accent sur la défaillance de la mise en application des outils de contrôle et de régulation foncière, sur le manque de transparence des projets publics et d’action participative des citoyens dans le développement de la ville. Dans les deux cas, la spéculation –à petite échelle ou à grande échelle– si elle n’est pas orientée par un cadre général et détaillé de projets urbains programmés, accompagnés de campagne d’information transparente, capable de répondre au devenir de la ville : quel environnement de vie, quel quartier, quel type de ville, etc., le mouvement foncier ne ferait qu’être un indice économique et ne peut constituer l’un des composants forts et constructifs du développement durable. Cela sousentend que nous interrogeons la fonctionnalité et l’efficacité des organismes publics et administratifs et des outils de gestion et de développement urbain qui sont ici mis à l’épreuve. A ces questions, il semble qu’il y a matière à réflexion sur deux faits. D’abord, sur le fait que les outils techniques et administratifs de contrôle et de gestion foncière sont encore en cours d’expérimentation et font encore preuve de faiblesse certaine, telle la création en cours de la municipalité et de son appareil technique, administratif et politique responsable. Il est alors inimaginable d’affronter l’extra-territorialité que semble préparer les grands projets dans le cadre des réseaux et du Corridor économique ou du développement de la capitale. Ensuite, le fait que les 186 Carte des réseaux et corridors économiques, Christian Taillard.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 132 - analyses urbaines préalables (analyses sociologiques, économiques, historiques etc., et surtout paysagères) pour les projets urbains (grands ou petits) n’ont pas été réalisées avant chaque projet, explicite forcément des réponses biaisées et donne lieu à des projets urbains pauvres et dépourvus d’idées porteuses et prospectives, et qui ne répondent donc pas aux contextes économiques locaux du moment, et ne s’intègrent pas dans l’environnement urbain et paysager des villes. Qu’ils restent mesurables ou contrôlables, locaux ou extra-territoriaux, les points d’intérêt se sont, en tous les cas, déplacés globalement vers les nouveaux centres qui se trouvent en périphérie de la ville ou à l’extérieur de celle-ci : “ vers l’université ”, “ autour des marchés ”, “ à côté des hôpitaux ”, vers le ou les futurs sites où seront implantées “ les zones d’activité ou des villes nouvelles ”, etc. De même, le prix des terres autour de ces nouveaux centres connait une augmentation sans précédent. Ce mouvement signifie qu’il y a un engouement réel pour les quartiers périphériques. Même pour Vientiane l’intérêt pour son centre ancien reste mitigé jusqu’à l’année 2005-2006. Le mouvement des acquisitions foncières s’opère principalement en périphérie ou autour des nouvelles routes, telles que les routes T2 et T4, la route Phone Sinouane-Kosko, et les anciennes routes revivifiées telles que la Nationale 13, l’axe Dong Palane, etc. En 2004, les terrains constitués autour de la route T2 (construite sur la mare de Nong Douang vers 1999), coûtaient 3 fois plus chers qu’un terrain à Ban Khounta-Tha, un village de berge, côtoyant immédiatement le centre de la ville. Pourtant, la qualité environnementale ainsi que les ambiances à Khounta-Tha sont beaucoup plus intéressantes. Sur la route T2 où l’environnement est plutôt déplorable de par la destruction de la zone humide de Nong Douang qu’elle traverse, les activités commerciales et industrielles légères sont ses principaux intérêts. Et ce sont précisément ces activités qui donnent de la valeur au foncier et qui créent, d’une certaine manière, la nouvelle centralité. De ce fait nous pouvons dire que Vientiane prime ses activités commerciales et industrielles (légères) puisque les terrains les plus chers se basent sur ces critères. Dans le cas contraire, au même moment, Luang Prabang qui donne le privilège à ses activités touristiques, le prix foncier va suivre les critères des activités touristiques : les terrains les plus centraux, les plus chargés d’histoire et de qualité patrimoniale seront dix fois plus chers que les parties périphériques. Pour son statut exceptionnel en tant que patrimoine mondial, le minuscule centre péninsulaire est fortement prisé au détriment des quartiers plus décentrés. À partir de 2005-2006, c’est toute la ville qui sera fortement demandée au détriment de la province qui reste l’une des plus pauvres du Laos malgré le fait que la ville de Luang Prabang attire plus de touristes qu’ailleurs. En fait, les revenus liés au tourisme ne sont pas répartis dans la province. Aujourd’hui, les critères de centralité forte et persistante associée au quartier ancien du point de vue foncier, semblent ne concerner que Luang Prabang. Ce n’était pas le cas de Vientiane avant le début des années 2000. À partir de 2006-2007, Vientiane tend à rejoindre Luang Prabang, mais toujours de manière plus relative, accompagnant la renaissance progressive des activités commerciales dans les quartiers centraux de la petite enceinte, en particulier entre le palais présidentiel et le quartier Anou et entre la rue Sam-Saèn-Tai et le quai F’aNgoum. Mais l’expansion récente des quartiers excentrés lui est relativement concurrentielle. Effectivement à partir de 2007 il y a un retour très sensible vers le centre ancien. D’abord, les compartiments qui étaient restés vides depuis les années 1975 sont peu à peu réoccupés par des activités commerciales. Ensuite, certains bâtiments datant des années 1930 et des années 1960, sont démolis pour faire place à de nouvelles constructions de compartiments contemporaines ou d’immeubles à R+3 ou à R+4, plus hauts et plus rentables. En 2007, le prix dans le centre a triplé pour rattraper et dépasser certaines zones décentrées chères que nous venons de citer. En milieu de l’année 2008, les nouveaux compartiments à R+2 se vendent à 100 000 USD l’unité. Au début de 2009, ils auraient déjà coûté 120 000 à 140 000 USD. Chaque unité occupe environ une parcelle de 80 M2, c’est-à-dire environ 4 mètres de large et 20 mètres de profondeur. Aujourd’hui, nous remarquons régulièrement dans le centre de Vientiane, en front de rue les dents creuses dont les anciens compartiments ont été fraichement démolis pour faire place aux immeubles en compartiments contemporains plus hauts. Fig. 24. Plan de VientianeDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 133 - En ce qui concerne les initiatives de l’État en 2008 (dont nous avons développé le contenu dans le point précédent), afin de mettre en valeur et rentabiliser ses biens fonciers et immobiliers, elles ne font que confirmer la reprise de la valeur du foncier en général, et en particulier pour les biens dans le centre ancien. Selon les enquêtes de l’organisme en charge de la gestion et du développement foncier de la Préfecture de Vientiane [vq’dko[=]ysko c]t rafmtokmuJfuo],187 les terrains au bord du Mékong dans le périmètre le plus urbain par exemple coûterait 800 USD/M2, contre 500 USD/M2 dans le quartier Anou. Et cela promet le maintien des prix et sans doute aussi une augmentation importante dans les cinq années à venir. Tout en maintenant le cap sur ces niveaux de transaction, le prix des biens peut être également très aléatoire et instable. Les quartiers de berge du Mékong semblent être les plus aléatoires, car ils sont les plus convoités : le prix au mètre carré peut varier de 100 à 500 dollars, voire 1000 dollars et plus, cela dépend de la situation du quartier et de ce que veut le propriétaire et du statut de l’acheteur. La bonne situation de certains terrains peut faire monter l’enchère. Pourtant, dans les circulaires très récentes portant sur la taxe de transaction foncière, le prix officiel du M2 de terrain fixé pour le calcul des taxes est légèrement en dessous de celui pratiqué par le marché. Par exemple pour le terrain au bord du Mékong à Ban Khounta-Tha le prix au M2 est fixé à 1 800 000 kips/M2, alors que le prix réel peut atteindre le double, voire, le triple. Et si certains terrains peuvent être moins chers que le prix officiel, c’est que ces terrains ont des contraintes particulières, tel le manque de voie de desserte pour les quatre roues et comportant seulement une venelle de desserte pour deux roues et piétons, etc. Pour Savannakhet où le rôle du Corridor Economique intervient pour renforcer le mouvement logique donc nous venons de constater les faits, les investisseurs étrangers puis locaux considèrent que les zones du kilomètre 7 au kilomètre 11 et la zone de SENO seraient “ les centres de demain ”, le centre historique reste donc moins intéressant pour ces derniers. Dans ce schéma la ville existant ne deviendra intéressante et importante sans doute qu’en deuxième temps lorsque la zone du Corridor étendra son périmètre jusqu’à la ville et la touchera ou l’annexera. Mais était-il dans l’objectif des autorités de prévoir ce dessein pour le vieux Savannakhet. En éloignant le pont (et donc le Corridor) à 7-11 kilomètres de la vieille ville, n’ont-elles pas prévu de créer volontairement cette distinction, entre celle-ci et le Corridor économique, dont l’évolution et le développement ne devraient pas poursuivre le même parcours. À cette question, nous constatons que la réponse est latente, elle concerne non seulement la capitale régionale comme Savannakhet, mais aussi Vientiane. Mais elle n’est pas concrètement explicitée dans les schémas directeurs d’urbanisme. Il est mentionné à plusieurs reprises, dans les rapports d’étude pour les extensions urbaines, que Vientiane devrait créer une ville administrative nouvelle et celle-ci se situerait du côté de la route numéro 13 Nord-est, entre Donoune et Thang-Ngone. III. V. Mouvement péricentre et périurbain, renforcement d’une polycentralité Comme nous venons de le voir, notamment à travers le mouvement de stratégies résidentielles et à travers le marché foncier, la recomposition de la ville est corollaire aux intérêts portés aux centres anciens et aux quartiers péricentres de la ville. Si ces intérêts paraissent être des faits non planifiés et libres de toutes directives et planifications de l’État, ils n’en sont pas moins l’une des résultantes des dispositifs que l’État a mis en place. Effectivement à travers, par exemple, le déplacement et la construction des équipements en périphérie, on peut dire que les efforts de la planification se sont surtout concentrés sur les espaces périphériques, et moins, sur les quartiers centraux. Bien que les objectifs ne fussent pas d’abandonner les centres, mais plutôt de les désengorger. Au résultat, les intérêts se sont déplacés et plusieurs petits centres se sont formés en 187 Interview de Monsieur Sounthonne en 2008.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 134 - périphérie autour des équipements. Une sorte de nouvelle centralité apparaît, et interroge la définition de la centralité elle-même. III. V. a. Question de centralité : ancienne centralité, nouvelle centralité La question de centralité demeure le composant majeur de la ville. Du moins, certains éléments de constances qui composent la centralité demeurent dans la composition des nouveaux centres périphériques, d’autres disparaissent et de nouveaux éléments apparaissent. Ne pouvant pas s’apparenter au centre ancien, ni le reproduire, les centres périphériques acquièrent de nouvelles identités, mais la recherche de la centralité demeure. La définition de la centralité est, en quelque sorte, double : la centralité ancienne et la centralité nouvelle. Nous avons évoqué précédemment le fait que les monuments, tels que les stupas, occupent une centralité dans le sens où ils peuvent être générateurs d’espace. Aujourd’hui, ce sont les équipements qui sont, en quelques sortes, générateurs et créateurs d’une certaine centralité. Donc, il y a une ancienne centralité qui serait caractérisée par un centre unique (monocentre) et une nouvelle centralité qui serait caractérisée par plusieurs centres (polycentre). La recherche d’une certaine centralité peut être autrement qu’historique, puisque le centre historique des villes qui donnait traditionnellement de l’identité à ces centres a été bouleversé de manière profonde (comme nous l’avons développé tout le long de cette première partie de notre recherche). Cette centralité est donc forcément nouvelle, forcément “ ailleurs ” et forcément “ plurielle ”. Mais cette recherche de centralité est surtout nécessaire et vitale, elle persiste. Car le sentiment de l’habitant et son besoin de se retrouver dans “ un lieu animé, habituel et familier, commun et accessible ”, concentrant un maximum de services, qui seraient parmi les critères de centralité, n’ont pas disparu pour autant, avec l’altération fonctionnelle des centres anciens ou historiques, même si le contenant spatial de cette centralité recherchée, changerait de nature ou se retrouverait ailleurs. La naissance de nouveaux quartiers et la croissance de ceux qui existent fonctionnent autour d’un ou des équipements comme un centre nouveau. Même si le cœur n’est pas de la même nature que les centres anciens, ces nouveaux centres donnent de nouveaux sens et inventent de nouvelles approches et considérations à l’idée de centre et de centralité en question. Effectivement, les équipements génèrent de nouveaux centres, car les quartiers se créent autour d’eux : hôpitaux (exemple des hôpitaux 150 lits et de 103 lits), centres universitaires (Sok Paluang et Dong Dok), etc. Une fois construite et avec le temps ces équipements amènent peu à peu des habitants et des activités autour d’eux. Et dans la mesure où les habitants trouvent l’essentiel de leurs besoins quotidiens autour de ces équipements, la vie des habitants se consolide au fur et à mesure et se déroule plus activement dans le même site pour ainsi former un quartier. C’est pourquoi nous voyons qu’à travers la question foncière les intérêts se sont déplacés, voire, se sont “ entichés ” des zones périphériques autour des équipements ou des zones de développement, déjà entamées ou encore au stade de planification. Parce qu’ici aussi la centralité n’est pas de l’ordre de l’impossible. Il est intéressant de voir, sur plus d’un exemple, comment ces zones périphériques et ces équipements peuvent-ils créer de nouvelles centralités autrement. Ces nouveaux centres reproduisent par bien des aspects le centre traditionnel, car les mêmes besoins de proximité avec les biens et les services s’expriment de la même manière, les liens sociaux tendent à se caler sur le même schéma, même si ces liens semblent moins solides que dans les centres anciens, du fait de la provenance sociale des nouveaux arrivés et aussi de leur mobilité. Les nouveaux arrivés dont la provenance sociale est repérable aussitôt sont ceux qui arrivent généralement pour les emplois, ou aussi parce que le prix foncier est parfois avantageux. La mobilité est plus importante chez les personnes à la recherche d’un emploi que chez les autres, car ils dépendent des offres et des opportunités. Ils vivent essentiellement dans des logements tels les compartiments locatifs plus ou moins à faibles loyers, etc. De ce fait, nous pouvons remarquer que les compartiments à rez-de-chaussée et les compartiments à R+1 et à R+2 se construisent beaucoup un peu partout dans les quartiers et villages périphériques de Vientiane. Les petites maisons en bois Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 135 - et bambou sur pilotis ou à même le sol que nous rencontrons parfois parmi les habitations à faibles coûts des années 1970 et 1980, deviennent rares et disparaissent. Les compartiments couverts de tôle, avec des cloisons en bambou et en contre-plaqué à Rez-de-chaussée à très faibles coûts existent également et logent une population pauvre avec revenus faibles et vivant quasiment à la limite du seuil de pauvreté et dont les conditions d’hygiène et d’espace de vie sont déplorables. La question de centralité est aussi corollaire à la composition sociale des habitants. Autrement dit, le contenu social de la centralité possède sa spécificité. Il y a aujourd’hui une distinction, bien que cela soit dépourvu de toute discrimination sociale, entre les habitants qui arrivent dans le quartier en provenant des zones révolutionnaires après la révolution (on les appelle “ les gens venant de la zone libérée ”), les nouveaux arrivés de la campagne, et les nouveaux habitants récemment arrivés dans le quartier. Puis il y a les anciens occupants qui sont appelés par un terme spécifique “ Kon Peun Thane ” [7qorNo4ko] qui signifie “ gens de fondation, gens de base ” qui s’auto définissent comme ceux qui amènent une certaine cohésion sociale au quartier. Ces “ gens de fondation ” se retrouvent souvent parmi les membres du comité des sages, Néo-Hom [co;3I,] 188 qui existe dans tous les villages du Laos, même les plus reculés, qu’ils fassent partie ou non du Comité du Parti au niveau du village. C’est ainsi autour de ce fait que nous retrouvons l’idée de centralité sociale des quartiers. III. V. b. De la ramification des quartiers périphériques à la délocalisation des équipements vers l’extérieur Comme nous allons le voir, dans la troisième partie de notre recherche, les décisions et actions initiatrices dans le domaine du développement urbain et territorial entreprises autour des années 1994-1995 sont dues à la réforme de 1986 qui a de nombreuses implications dans plusieurs domaines. Le besoin de ramifier certains quartiers qui se sont constitués dans la périphérie lors de la période de “ l’auto gestion ” de la ville est fortement explicite au début des années 1990. Ceci concerne surtout la ville de Vientiane. Les autres villes ayant rarement de quartiers périphériques, mais plutôt de petits villages à proximité immédiate des chefs-lieux. C’est pourquoi, même si la délocalisation des équipements vers la périphérie devient une pratique appliquée aussi dans les villes secondaires cela ne répond pas au même besoin. Pour les villes secondaires, d’abord, il est tout simplement jugé adéquat d’y faire appliquer le standard des outils administratifs de la capitale, ensuite la construction des équipements n’a pas pour objectif de ramifier les quartiers périphériques, mais de fonctionnaliser, moderniser et donner une meilleure visibilité aux villes en tant que centre vis-à-vis des restes de la province qui lui sont attachés. Nous évoquons ici particulièrement le cas de Vientiane parce qu’il sert de modèle et que les résultats sont quasiment les mêmes par rapport aux centres provinciaux, avec quelques variants près. La ramification passe entre autres par la création des infrastructures viaires afin de mieux relier les quartiers disparates de la périphérie au centre. Cependant, cela entraîne un autre phénomène : celui de voir apparaître de nouveaux fronts urbains auxquels il faut donner un minimum de services et donc construire des équipements, etc. Et par la même occasion, le centre sera “ désengorgé”. La délocalisation des équipements est dans la majorité des cas inscrite dans les plans urbains standardisés suite à la mise en place des outils de planification urbaine dans tout le Laos, ou alors indépendamment de cette initiative. Ces plans vont être peu à peu rendus opérationnels au gré des rétributions accordées par le budget central ou les crédits accordés par les bailleurs de fonds internationaux. Les plans standard sont caractérisés par l’importance qu’ils accordent aux réseaux des infrastructures viaires, aux zonages et aux compartimentages 188 Néo-Hom du village est une annexe locale du front d’Edification Nationale. Celui-ci est l’une des émanations du Parti du Peuple Révolutionnaire Lao.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 136 - fonctionnels du territoire urbain. La délocalisation des équipements est donc très liée aux infrastructures viaires. Tous les faits induits par les choix résidentiels, commerciaux, l’emploi, puis ceux issus de décisions politiques et administratives successives depuis la période de l’établissement de petits quartiers dans la périphérie de la ville à partir de la fin des années 1980, jouent un rôle important d’abord dans l’étalement urbain, ensuite en second temps dans la création de nouveaux petits centres. Ceux-ci fonctionnent plus ou moins bien, plus ou moins de manière homogène. Nous pouvons décrire le processus de la manière suivante : lorsque les petits quartiers se sont constitués, disparates et non règlementés dans la périphérie de la ville, les autorités administratives se retrouvent comme devant “ un fait accompli ”. Le besoin de ramifier ces quartiers était nécessaire dès le début des années 1990. Cette ramification passe entre autres par la construction des trames viaires à partir de la seconde moitié des années 1990. Mais la construction des trames viaires, au lieu de ramifier et solidariser les quartiers à la ville et à ses services, elle entraîne la constitution inévitable de nouveaux fronts urbains encore plus importants qui compliquent davantage les tâches des décideurs. Les nouveaux fronts urbains constitués acquièrent un aspect “ suspect ” par leur insalubrité : manque d’infrastructures et de services de base, de réseaux d’alimentations et d’évacuation diverses, etc. Cela donne à cet ensemble une image inachevée et sous-développée, ce qui n’est pas bon signe pour le pays dans sa dixième année d’ouverture. Pour y remédier, il a donc fallu munir d’équipements ces nouveaux quartiers et fronts urbains, d’où la délocalisation des équipements qui constitue l’un des dispositifs. III. V. b. 1. Construction et réfection des trames viaires La réhabilitation des anciennes trames viaires et surtout la création de nouvelles liaisons, étaient une nécessité ressentie dès l’investiture du nouveau régime.189 Mais leur construction ou leur réhabilitation ne devient effective que vers le début des années 1990, aidée par les diagnostics et les études du Schéma Directeur d’Urbanisme de 1991 réalisés par l’IETU et le Groupe Huit.190 La poussée sauvage de la croissance urbaine interne à l’intérieur des quartiers et dans les zones d’extension urbanisées, dans les terrains en friche et dans les rizières enclavées ou se trouvant en périphérie, conduisent les autorités vers la mise en place de nombreux projets d’amélioration des infrastructures : projets d’élargissement de l’emprise des voies dans les quartiers anciens, projets de constructions de nouvelles rues et routes de liaison inter quartiers et de déviation du centre, tel notamment le « projet des 6 routes + 1 », l’un des projets qui va jouer un rôle important dans le changement de la configuration urbaine de Vientiane.191 À Vientiane, où la croissance de la population est plus significative par rapport aux capitales provinciales, ces voies périphériques se transforment très vite en voies de desserte pour de nouveaux fronts urbains qui se constituent coup après coup chaque fois que de nouvelles routes se construisent. Ces voies définissent en quelque sorte les nouvelles limites, puisqu’elles deviennent le support pour la naissance de nouveaux quartiers qui s’accrochent à elles par remblai. Ceci conduit à une logique d’étalement urbain linéaire. Trois exemples décrivent cette logique : la route T2 à Nong Douang, le projet de la périphérique T4 et la route N13 Nord-est devient tendanciellement des axes industriels légers. 189 Les différents points ont été inscrits dans le texte du plan de trois ans (1978-1980) qui comporte essentiellement six points. Dans le point 1, le transport et la communication ainsi que la construction des routes ont été évoqués comme une nécessité : « (…) construire une partie des infrastructures routière les plus importantes, construire les routes locales et les routes rurales. » In : Pages historiques de la lutte héroïque du peuple lao, Comité de Propagande et de Formation du CCP, Vientiane, 1980. 46 pp. 190 L’étude du SDU de Vientiane a été réalisée par le Groupe Huit en 1998 dans le cadre du programme des Nations-Unies pour le Développement/Centre des Nations-Unies pour les Etablissements Humains-Habitat. Le SDU a été achevé et approuvé en 1991. In : Schéma Directeur d’Aménagement et d’Urbanisme de Vientiane, programme de développement urbain de la préfecture de Vientiane : Lao/85/003, Groupe Huit/IETU/MCTPC, 1989-1991. 191 Chayphet Sayarath, Vientiane portrait d’une ville en mutation, p 103. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 137 - Quant à la réfection des voies d’accès et de liaisons internes, elle modifie avant tout l’ambiance des quartiers : la capacité des rues à recevoir les passages d’automobiles s’accroit et la qualité de la chaussée nouvellement goudronnée ou bétonnée “ incite ” également les automobilistes à rouler plus vite. Dès lors, la perception de la ville et en particulier du centre commence à changer. Cela modifie aussi petit à petit le comportement des habitants : les riverains s’approprient moins la rue du fait de la promiscuité impossible entre automobilistes et piétons. Par ailleurs, le fait que le pouvoir public s’est réapproprié des rues et des trottoirs afin de remédier à l’envahissement désordonné des fronts de rue par les enseignes publicitaires et le débordement de la terrasse des restaurants, des cafés et des boutiques, cela change aussi les comportements des riverains. Il faut rappeler qu’avant la grande réfection des rues commencée vers 1995, même si ces domaines appartiennent de droit au domaine public et donc devant être gérés par le pouvoir public, les riverains avaient l’habitude de se les approprier quasiment par la tenue de leurs activités commerciales diverses. Ceci, parce qu’ils étaient les seuls à les entretenir, au moment où il y avait défection du service public et en conséquence de la défaillance des services urbains (ramassage des déchets, nettoyage des rues, etc.), longtemps substitués par les travaux collectifs.192 Un autre point important à souligner, c’est que l’élargissement des rues et la nouvelle construction des routes accompagnent aussi l’augmentation des moyens de transport individuel : (automobiles et deux roues). Les études menées en 2003 par l’IRU et financé par JICA évaluent une augmentation importante à l’horizon 2010 et 2020 du nombre d’automobiles, afin de calibrer et organiser les voies de circulation et les trafics urbains. Nous signalons ce type d’étude parce qu’il justifie la décision du gouvernement d’investir dans la construction des routes et des voies. Mais beaucoup d’entre elles sont surdimensionnées. L’emprise des voies élargies, libérant des places de stationnement, change complètement le statut de la rue et de son rapport avec le front bâti : désormais (pour Vientiane) les places de stationnement sur la chaussée marquent une extra-localité plus forte entre la rue et le front bâti. Pour les villes de province où le nombre des automobiles est moindre, les voies larges déstructurent l’échelle locale du front bâti et les cœurs d’îlot. Cette altération de l’espace local n’a pas été ignorée des aménageurs –souvent, des experts internationaux– travaillant au sein du VUDAA ; nous le voyons à Vientiane à travers les efforts faits pour la réfection des voies des quartiers centraux et pour l’aménagement des espaces publics qui l’accompagnent. Il y a une volonté de préserver l’ambiance des rues en donnant plus de places aux piétons : élargissement des trottoirs, utilisation de la brique apparente pour leur pavement, etc., une tentative de retrouver l’esprit local des quartiers. Ces projets ont été financés majoritairement par la BAD. Ajoutons également les projets de signalisation et de désignation des noms de rues, les projets de contrôle des trafics urbains des feux rouges financés par l’AFD.193 Ces volets sont 192 Durant près de 25 années –après 1975– il n’y a pas de service urbain au Laos mais les villes laotiennes restent relativement propres, même si l’état des routes et des équipements publics laisse à désirer. L’État imposait aux villages les travaux collectifs d’entretien des routes, des rues, des caniveaux et des canaux. Des villages entiers sont mobilisés. A partir des années 1995, Vientiane et les villes secondaires se dotent peu à peu des services urbains. Du moins les UDAAs (Autorité Administrative pour le développement Urbain) sont créées et des bureaux s’occupant de certains services urbains ont été créés au sein des UDAAs. Ceux-ci mandatent des sociétés mixtes ou privées pour réaliser l’entretien de la ville (jardin et square, ramassage d’ordures) et des bureaux spécifiques pour le contrôle de l’espace public (trottoir, stationnement, enseigne, etc.). Pourtant aujourd’hui encore, les rues internes des quartiers ne font pas l’objet d’entretien par la ville. Quotidiennement les habitants devraient nettoyer le tronçon de rue devant chez eux, et de temps à autre (une ou deux fois par an) ils continuent à se mobiliser pour le nettoyage collectif de leurs voies et rues de desserte intérieure. Mais ce système ne fonctionne pas bien en milieu urbain. 193 Ce qui a permis de préserver le nom en français de certaines rues, datant de la période coloniale et de transcrire en français le nom autres rues nouvellement créées. Bien que cet aspect ne soit pas directement lié au fait que le financement est français, il est du moins lié à l’adhésion officielle du Laos à la francophonie et à la nature historique francophone de la culture urbaine du Laos et de son administration locale. L’histoire urbaine récente des villes lao est liée à la méthodologie urbanistique française par bien des aspects. Remarquons deux faits concernant ces questions. D’abord il y a un décalage très grand entre deux générations à l’intérieur de l’administration laotienne. Une génération francophone et une génération anglophone ou simplement non parlant une langue étrangère. Officiellement il faut que les panneaux soient en français et donc transcrire les noms qui sont habituellement en anglais ou prononcés en anglais. Or la nouvelle génération technicienne qui crée les panneaux, dans le meilleur des cas ne parle que l’anglais. La transcription est donc un vrai problème. Par exemple faut-il écrire “ Route de l’ANASE ” ou ASEAN Road. Le résultat est que le nom de la T2 comporte des fautes dans les deux transcriptions : “ Route de l’ASEANE ” : le premier mot en français et le dernier en anglais avec Fig. 25. Trottoir, quartier du centre de VientianeDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 138 - intégrés dans un programme composé de cinq projets clefs que l’AFD finance dans le cadre de la coopération française du secteur urbain, où 20 millions d’euros y ont été affectés pour cinq ans. Les cinq projets sont axés sur « l’amélioration de vie des populations urbaines, permettant un meilleur fonctionnement des réseaux publics urbains, confortant les structures de gestion municipale ». A Luang Prabang l’amélioration des conditions de vie s’est concrétisée par un programme de réhabilitation du patrimoine bâti et paysager et des édifices remarquables, accompagné de la réhabilitation-construction des réseaux d’assainissement, de drainages, d’électrifications et de voirie. À Vientiane les projets sont plus axés sur la distribution de l’eau potable dans les quartiers de Vientiane en cofinancement avec JICA, auxquels s’ajoutent les volets concernant l’assistance à la gestion urbaine et à la gouvernance, Capacity building.194 Il est considéré qu’après les phases d’investissement (en infrastructure et en réhabilitation), aussi bien à Luang Prabang qu’à Vientiane, la question de municipalisation et de gestion municipale est à partir de 2008 devenu le volet principal pour la coopération internationale, dans laquelle la coopération française occupe une place importante. III. V. b. 2. Déplacement et construction des équipements en périphérie Comme à Vientiane, le déplacement des équipements publics du centre vers la périphérie qui a été programmé pour la totalité des villes secondaires et des villes moyennes, conduit à la démolition des anciens marchés et des marchés de proximité qui donnaient une cohésion et une certaine centralité aux villes. Il conduit également à la dévitalisation des centres anciens. L’interdiction, pour un temps, des marchands ambulants, ne fait qu’accentuer les faits. Les marchands ambulants qui avaient l’habitude de transporter quotidiennement fruits, légumes, viandes, poissons, dans les charriots à deux roues ou dans des grands paniers qu’ils portent en balancier sur les épaules, rendaient familier l’espace public et donnaient une certaine vitalité à la rue. Ce petit marché mobile existait aussi bien dans les villages ruraux qu’en centres urbains. Les trois villes secondaires195 Paksé, Savannakhet et Thakek (sauf Luang Prabang) sont représentatives de cette politique de planification. La dévitalisation des centres par le déplacement des équipements, tels les marchés, modifie la pratique de l’espace des citadins. Elle inverse souvent les pratiques en usage et induit de nouvelles nécessités et de nouveaux besoins. Le rallongement du temps de parcours quotidien ainsi que le changement de moyens de déplacement entre le lieu de résidence et le marché, entre le lieu de résidence et le lieu de travail se sont accrus considérablement pour ceux qui travaillent dans les administrations qui ont été déplacées. Les besoins en réseaux de transport public se font ressentir. Aussi, pour rejoindre ces marchés ou les lieux de travail à l’extérieur de la ville, les anciens réseaux de bus ne suffisent plus et nécessitent une restructuration. Car rappelons-le vers la fin des années 1980 en début des années 1990, les réseaux qui existaient dès le début de l’investiture du nouveau régime et qui étaient le fruit des efforts focalisés sur les services publics propres aux pays socialistes, sont vieux et mal entretenus. À partir de la seconde moitié des années 1990, avec le soutien des pays donateurs comme le Japon, les réseaux de transport en commun délabrés ont été en partie restructurés. Même si ces réseaux sont relativement bien distribués et bien répartis, ils restent insuffisants en termes de place et ne peuvent répondre aux besoins réels des habitants. Face à ces un « E » de trop. Pour être dans la logique il fallait opter pour “ Route de l’ANASE ” ou “ Route de l’ASEAN ”. Ensuite, il y a une autre difficulté pour donner un nom à une voie publique. Cela ne relève pas seulement du vocabulaire mais de la méthodologie et de l’analyse urbaine : comment qualifier une trame viaire comme rue, boulevard, route ou quai ? 194 Projet VUISP-Capacity building-VUDAA organization, dans le cadre du programme ADB/ AFD N°n°21/ 12946/ 86814. 195 La hiérarchisation des villes a été formalisée lors de la mise en place du plan de la planification urbaine des villes du Laos. Les “villes secondaires”, tout comme les “villes moyennes”, possèdent certains critères. Le décret N40/AMC- 04/04/95 marque la création du VUDMC (Vientiane Urban Development and Management Committee) qui concerne les 100 villages urbains de Vientiane, et la création des UDMCs pour les quatre villes secondaires. Ces villes sont prioritaires dans la mise en œuvre du plan de développement. Fig. 26. Plan directeur de VientianeDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 139 - besoins les investissements privés ont peu à peu pris le relais, mais souvent sans cahier des charges, sans recommandation, ni passation de marché en bonne et due forme. Les habitants ont simplement trouvé par eux même les moyens de transport sans norme et peu soucieux de l’environnement, mais qui deviennent le moyen le plus courant et faisant partie du paysage urbain des villes. Il s’agit des Touk-touk et des Jambo, autorisée au début des années 1990 à être importés de Thaïlande. C’est un moyen de transport pratique et rapide qui a très vite trouvé le succès auprès des usagers urbains,196 même si ce n’est pas le moins cher. Les courses des Touk Touk se font surtout dans le périmètre urbain mais peuvent également dépasser les 40 kilomètres autour de Vientiane. Ils restent, jusqu’à l’explosion des mobylettes importées de Chine à partir de la fin des années 1990 ou fabriquées sur place dans les usines coréennes, le moyen de transport le plus utilisé et le plus imposant en termes de places de stationnement et en termes de pollution. III. VI. Recherche d’outils de développement, de maitrise et de gestion urbaine La constitution de la ville au Laos d’aujourd’hui passe par une phase de recomposition importante où la question de centralité a été plus que jamais bouleversée et nécessitant d’être redéfinie. Cette recomposition est visible à travers plusieurs faits et dispositifs, nous l’avons vu : retour des symboles comme une volonté d’intégration historique du pouvoir politique actuel ; regain des centres historiques ou anciens sous leurs différentes formes, interrogeant au passage la place de l’architecture dans l’espace urbain, autrement dit, la production architecturale et urbaine. Nous avons vu également que les mouvements du foncier et les mouvements de stratégie résidentielle sont des éléments qui participent à la recomposition de la ville et posent la question d’un centre mort ou d’un centre vivant, tout en donnant à ces recompositions urbaines la définition de nouvelles centralités exprimées à travers la constitution des polycentres dans les quartiers péricentres de la ville. De ces recompositions spatiales découle nécessairement une recomposition de la gouvernance urbaine avec ses outils vis-à-vis de la question de maitrise du territoire qui se pose avec de plus en plus d’acuité. La recomposition de la gouvernance urbaine se réalise ici en deux temps. D’abord, c’est en terme “ technique ” et d’efficacité de gestion de ce territoire recomposé qu’il y a processus de création d’une autorité administrative spécifique. Ensuite, en terme de conduite de la politique urbaine, corollaire au pouvoir local, la question de municipalité et de la politique municipale a été pensée. Cette question est au cœur des recompositions spatiales et des politiques de la ville. Elle est porteuse de deux réalités divergentes : la première concerne la réalité du terrain et les difficultés rencontrées, la deuxième est la volonté extérieure des bailleurs de fonds internationaux eu égard à la modernisation structurelle du Laos, nécessaire pour son intégration régionale. III. VI. a.Processus de création d’une Autorité Administrative pour le développement urbain Tôt, au milieu des années 1990, il y a la volonté des bailleurs de fonds de conduire des réflexions sur la nécessité de créer une institution locale de type « municipalité » et de ses services urbains, tentant ainsi de décharger la responsabilité gouvernementale dans la conduite de la politique urbaine et d’encourager les secteurs privés à prendre part dans la gestion de la ville. Donc inévitablement la question de la capacité décisionnelle et financière locale surgit au cœur de cette réflexion. Or la capacité décisionnelle locale est liée au système de pouvoir local (qui est, partout dans le monde, généralement élu), à sa capacité financière dans les investissements et dans la 196 Tardivement, une association corporatiste des Touk-touk a été mise en place. Elle est placée sous le contrôle de l’administration de la Préfecture de Vientiane. Des règlements la concernant ont également été mis en place : taxe annuelle pour les chauffeurs de Touk-touk, fixation de prix par trajet, cotisation annuelle de membre pour stationner dans les points de réception de clients, etc. Mais aucune règle de sécurité n’a été fixée.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 140 - gestion des équipements et des infrastructures publiques de base. La capacité décisionnelle locale dépend aussi de ses compétences juridiques et institutionnelles dans le contrôle et la gestion des ressources locales, autrement dit la capacité du pouvoir local à posséder des ressources et d’être autonome financièrement. Bien que l’idée de la municipalité soit une conception acceptée par l’administration générale de la RDP Lao, ce type de “ pouvoir local élu ” n’existe pas dans sa Constitution et reste encore un concept inaccessible. Par contre (en signe de compromis ?) on accepte peu à peu l’idée de la perception locale des ressources financières qui a par ailleurs beaucoup de mal à se réaliser. Malgré l’incompatibilité structurelle, les bailleurs de fonds soutiennent quand même l’idée de la nécessité de créer une municipalité afin de mener à bien la politique de la ville. Cependant, une municipalité proprement dite serait trop tôt, voire inconstitutionnelle. Tout en gardant l’objectif vers lequel le Laos doit progressivement évoluer, un organisme intermédiaire est alors mis en place. D’abord c’est le Comité pour le Développement et la Gestion Urbaine de Vientiane (VUDMC) qui a été créé en 1995. Cet organisme avait surtout pour mission la gestion technique urbaine d’une partie du territoire de la préfecture de Vientiane. Et il est de même pour les villes secondaires. Il a conduit plusieurs projets pilotes à Vientiane : construction et réparation des routes, aménagement des parcs et jardins, assainissement des réseaux de drainage des quartiers, etc. Ensuite c’est l’Autorité Administrative pour le Développement Urbain (UDAAs) des quatre villes secondaires qui a été mise en place par décret N177/PM, en date du 2 décembre 1997, remplaçant VUDMC. En 1999, c’est l’Autorité Administrative pour le Développement Urbain de la ville de Vientiane (VUDAA) qui a été créée, par décret N014/PM. Pourtant, la création de VUDAA fait apparaître une certaine divergence idéologique dans sa conception. Pour les bailleurs de fonds internationaux, désireux surtout de créer une institution politique qui donnerait à la politique de la ville une indépendance par rapport aux autorités de l’État, il s’agit de créer une autorité politique locale propre au concept de municipalité, donc plus tard qui évoluerait vers un pouvoir local possiblement élu.197 À cette fin, le VUDAA serait en quelque sorte l’embryon. Que ce soit vu à travers la culture administrative anglo-saxonne ou française des experts internationaux qui y ont travaillé, cela signifie la création d’un organe politico-administratif qui tend à décentraliser le pouvoir et donner de l’autonomie réelle au pouvoir local. Une telle idée peut entrer en contradiction avec la conception du pouvoir politique unique, et du pouvoir administratif centralisé qui s’est renforcé encore à partir de 1991 avec la réforme fiscale. Cela serait même inconstitutionnel. Au Laos, la déconcentration du pouvoir peut être parfois assimilée à une décentralisation, parce que les gouverneurs ont tendance à mener à leur guise la politique de leurs circonscriptions. Ceci est dû à la confiance que ces gouverneurs ont vis-à-vis de leur position au sein du parti. Les divers Comités populaires locaux qui exercent également un certain pouvoir ne font que renforcer ce fait. Signalons que les personnes qui occupent le poste de gouverneur de province ou de Préfet peuvent acquérir une importance encore plus grande selon la position qu’ils occupent au sein du Comité Central du Parti. La structure du Parti est présente dans tous les échelons et dans tous les organes administratifs, exerçant un pouvoir local fort dans chaque district et chaque province. Dans les diverses décisions, que ce soit dans le gouvernement ou dans les administrations provinciales, le dernier recours n’émane pas du poste responsable auquel les décisions sont affectées, ni des postes les plus importants du gouvernement, mais de la hiérarchie la plus importante au sein du parti PPRL. Mise à part la place que tiennent le parti et le Comité Central 197 Pour simplifier, rappelons ici que nous définissons le pouvoir local sur deux critères principaux. Un pouvoir local est d’abord un pouvoir élu par les citoyens ; ensuite un pouvoir local est un pouvoir capable de décider de ses dépenses et possédant une certaine autonomie financière, du moins en principe, même s’il peut bénéficier aussi des rétributions centrales. C’est pourquoi quand nous utilisons le terme “ décentralisation ” entre 1986 et 1991, c’est à demi mot : le premier critère manque à cette désignation. Dans une certaine mesure, la structure villageoise est la plus proche du premier critère, et serait à même d’être désignée comme un pouvoir local élu. Même si notre définition est “ calée ” sur le modèle français concernant le statut des communes, le critère de l’élection municipale comme caractéristique du pouvoir local est un critère qui est également important dans le système général, assurant le statut d’un pouvoir local “ légitime ”.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 141 - dans les décisions, le pouvoir déconcentré fort semble par ailleurs provenir des anciennes habitudes de la période de décentralisation administrative entre 1986 et 1991. Période durant laquelle le gouvernement central demandait aux provinces de gérer elles-mêmes leur budget, voire à être autonome. Le gouvernement demandait également aux Comités Populaires locaux de gérer euxmêmes les affaires administratives y compris les litiges d’ordre juridique, politique et sécuritaire. Ainsi en fin de compte, malgré cette période de décentralisation administrative, nous insistons sur le fait que le pouvoir local proprement dit n’existe pas, ni institutionnellement, ni constitutionnellement, mise à part l’autorité du village –structure traditionnelle– qui ressemble le plus à la représentation du pouvoir local, le seul que nous pouvons imaginer au Laos. En acceptant de créer les UDAAs pour la capitale et pour toutes les villes secondaires – l’objectif étant de pouvoir en créer pour toutes les villes du Laos– le gouvernement accepte assez rapidement l’idée qu’il s’engage aussi dans la création de l’embryon d’un pouvoir municipal éventuel, élu ou non. Cependant, la nécessité d’apporter une réforme (un amendement) à la Constitution fait difficilement son chemin. En vérité, pour les autorités politiques laotiennes, la création des UDAAs n’avait pour objectif de départ que la création d’un service technique et administratif d’une éventuelle future municipalité, et non directement la future municipalité. Malgré tout, nous pouvons dire sans trop d’erreur que derrière l’apparence de divergence idéologique, il y a de fait un compromis bien établi entre l’État laotien et les bailleurs de fonds internationaux : l’existence des UDAAs permet par son fonctionnement de caler la réflexion concernant la municipalité sur les faits concrets et de voir les difficultés qui en découlent. III. VI. a. 1. Rôle et missions principales des UDAAs Les compétences institutionnelles Tout en fonctionnant avec les autres partenaires publics sur différents secteurs depuis leur création, gestion urbaine et réalisation de certains projets urbains ad hoc, etc., la compétence institutionnelle des UDAAs et du VUDAA est pourtant à ce jour, toujours en devenir. Les relations et le partage des responsabilités avec ses partenaires publics restent à clarifier. L’exemple de la structuration, VUISP –capacity building– Vudaa Organisation, a été étudiée et proposée en 2006 par le BDPA en association avec SMED, sur financement de l’AFD. Cette proposition a du mal à être mise en application, du moins certaines propositions, seulement, sont applicables. Le gouvernement a confié son étude et l’examen des propositions à une administration de l’État attachée au Cabinet du Premier ministre. Ceci, afin de le rendre conforme, sinon adéquat, aux organisations politiques et administratives nationales. Nous avons déjà mis en évidence dans le paragraphe précédent, sur quel point existe-t-il des inadéquations. Rappelons ici la proposition faite en 2006 à partir de laquelle le VUDAA devrait se caler, si non en partie réadaptée. Il s’agit en particulier du problème des recettes et des fonds qui manquent à son fonctionnement et à son autonomie et qui l’empêchent d’assumer les missions pour lesquelles il a été créé. Il est question effectivement d’aborder une approche juridique autrement que pour des décrets d’application ponctuels, d’affirmer toutes ses prérogatives et ses missions et de les rendre incontestables au niveau des procédures devant les tiers ainsi que devant les autres organismes publics. Mise à part la place institutionnelle du VUDAA dans la Constitution de la RDPL et dans le cadre de l’instauration de la municipalité –dont nous allons souligner l’importance dans le prochain paragraphe– et mise à part la nécessité de recadrage pour le long terme, les actions nécessaires proposées par l’étude de 2006 sont les suivantes : - Une loi-cadre définissant un échelon local et lui attribuant un pouvoir réglementaire concernant la possibilité de création d’un système fiscal et parafiscal local. - Une loi-cadre définissant la liste des ressources locales pouvant être instituées sur un territoire donné et l’autorité chargée de leur gestion. - Un décret du gouverneur de Vientiane déléguant cette compétence au Président de VUDAA pour les missions liées à son existence.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 142 - - Des décisions du Président de VUDAA définissant les différents composants du système fiscal et parafiscal, dont VUDAA est l’autorité responsable. Rôles, missions et cahier des charges des VUDAAs Le cahier des charges des UDAAs était surtout concentré sur les volets techniques (notamment gestion et autorisation des permis de construire, plan des trafics urbains, pilotage des projets de développement urbain), il ne permet pas aux UDAAs de prendre des décisions de manière autonome. En d’autre terme, les UDAAs n’ont pas de haute compétence décisionnelle, sauf en ce qui concerne quelques volets qui lui ont été préalablement accordés par décret. Toute décision doit d’abord avoir l’aval du Préfet (pour Vientiane) ou du Gouverneur de province (pour les villes secondaires), via le Vice-gouverneur qui est aussi le Président de UDAA par fonction. Et la décision de ces derniers, relève de celle du Premier ministre. Le jour où le Préfet deviendrait un élu (donc n’étant plus Préfet) et ne serait plus par conséquent le représentant du gouvernement mais désigné comme le maire et représenterait les intérêts de ceux qui l’auraient élu, la question du pouvoir municipal aurait atteint son objectif. Mais tant qu’il est toujours un personnage nommé, exerçant un pouvoir déconcentré, délégué par le gouvernement, le président des UDAAs sera toujours un simple relais technique, décisionnellement dépendant. Ceci laisserait toujours sur leur faim les partisans de la création d’une municipalité laotienne. C’est un bras de fer institutionnel que nous vivons dans ce soutien à la gouvernance. Ceci montre à la fois des compromis et la prudence de la politique laotienne à s’engager dans une véritable réforme, vers une démocratie participative plus grande. A l’heure actuelle le contexte institutionnel n’a pas beaucoup progressé pour permettre l’émergence d’une véritable municipalité. Faute de mieux, la présidence des UDAAs agit comme un amortisseur par rapport aux incertitudes statutaires des UDAAs dans le système politique de la RDPL, entre une compétence institutionnelle et politique encore déficiente et une compétence technique pourtant de plus en plus renforcée. La présidence des UDAAs semble être là pour débloquer lorsqu’il y a des décisions à prendre pour faire accomplir les missions ponctuelles qui ont été confiées aux UDAAs. En fait lorsqu’elle prend certaines décisions techniques et politiques au nom de son statut de présidence de UDAAs, elle assume des responsabilités de plus en plus hautes. Elle semble acquérir une compétence plus politique qui dépasse alors ses responsabilités techniques d’origine. Cependant aussi hautes soient les décisions et les compétences de la Présidence de UDAAs, celui qui aura le dernier mot reste le Préfet ou le gouverneur et ceux-là sont à leur tour responsables devant le Premier ministre. Le vrai pouvoir décisionnel des UDAAs est donc détenu par le Préfet ou le Gouverneur. Mais en aucun cas, le Préfet ne peut être assimilé au maire qui représente normalement le pouvoir local. Ce fameux élu constitutionnellement n’existe pas au Laos, autant qu’il n’existe pas de municipalité. En définitif, dans le contexte politique de la RDP Lao, le Gouverneur et le Préfet représentant du pouvoir de l’État, sous l’autorité desquels les UDAAs et le UDAA de Vientiane sont placés, ne sont pas élus mais nommés. De fait, ces derniers se substituent au rôle du maire pour mener la politique locale de gestion et de développement de la ville, par leur poste de Présidence. Les ressources des UDAAs Un autre point important qui explique cette substitution, c’est la capacité des UDAAs, sous tutelle du gouverneur et du Préfet, de se munir de certaines recettes, même si elles ne peuvent couvrir les dépenses pour leur fonctionnement de base. Par exemple à Vientiane, il est accordé au VUDAA –sur décision du Premier ministre– une recette calculée en pourcentage sur l’eau potable (Nam PAPA Lao) et sur l’électricité (Electricité du Laos EDL).198 Et depuis 2001 d’autres recettes et redevances lui ont été accordées. Malgré cela, ses fonds restent insuffisants pour couvrir les services qu’on lui demande, inscrits dans ses missions et ses cahiers de charges. Par ailleurs, sa 198 Décret N021/PM en date du 27 avril 2001. Tab.4. Les ressources du VUDAA entre 2000 et 2008. Tab.5. Les dépenses du VUDAA entre 2000 et 2008Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 143 - capacité réelle de prélever les recettes sur le terrain, auprès des usagers reste un problème de taille. Ses compétences, institutionnelle et juridique, ne sont pas assez claires et assez solides, cela réduit ses moyens de persuasion auprès des usagers et des contribuables. À titre illustratif, les tableaux cicontre dressent les différentes sources et dépenses de VUDAA entre 2000 et 2008. Nous pouvons remarquer que les ressources perçues par VUDAA sont nettement inférieures à ce qu’il aurait dû percevoir par rapport aux volumes potentiels des ressources. Lorsque nous avons interrogé le responsable du Bureau des Finances de VUDAA, la difficulté pour recevoir pleinement les redevances vient d’abord du fait qu’il n’y a pas encore de méthodes efficaces pour prélèver des redevances et qu’il n’y a pas non plus de mécanismes procéduraux établis. Les usagers sont parfois récalcitrants à payer les services, qu’ils considèrent souvent comme un dû. Ils ne comprennent pas pourquoi ils doivent payer telles ou telles sommes pour des services publics rendus. Et enfin, VUDAA ne possède pas assez de pouvoir juridique et institutionnel pour imposer des règles et contrôler leur application. Prenons par exemple le cas des ressources provenant des places de stationnement. Lorsque les places de parking sont devenues payantes et lorsque VUDAA a le droit de s’attribuer des ressources générées, étant donner que la charge de leur entretien et de leur réparation lui est confiée, VUDAA a sous-traité à l’Organisation de la Jeunesse la gestion du parc de stationnement dans les différents sites. VUDAA en récupère 60%, l’Organisation de la Jeunesse en récupère 30% et les 10% restant servent pour payer le personnel qui effectue sur les sites le ramassage quotidien des tickets. Ce mode qui a été appliqué la première année est sans succès. La deuxième année, toujours avec l’Organisation de la Jeunesse, VUDAA fixe une somme forfaitaire à 80 millions de kips par mois pour tous les parcs de stationnement à Vientiane. La deuxième expérience se montre également inefficace : la somme de 80 millions de kips par mois n’a jamais été atteinte. À présent, VUDAA fait appel à d’autres opérateurs, organismes et sociétés privées et fixe une somme forfaitaire pour chaque société qui partage la gestion des sites. Une sorte de mise en compétition des opérateurs, sans appel d’offres ni cahier des charges. Entre 50 millions et 60 millions de kips, sont les recettes forfaitaires mensuelles demandées par VUDAA aux concessionnaires pour tous les parcs de stationnement réunis sous sa gestion. D’après le responsable du bureau des finances, ce procédé semble pour le moment fonctionner, mais il espère trouver une autre forme plus efficace pour contrôler toutes les autres places de stationnement existant dans la ville qui ne font pas encore l’objet de redevance, mais dont l’entretien et la réparation sont placés sous la responsabilité de VUDAA. Parallèlement à un lent et difficile processus d’autonomisation de VUDAA, la mise en place des outils institutionnels poursuit son cours et soutenue progressivement par la mise en place des projets opérationnels. Parfois, ces projets anticipent et amènent des solutions à la structuration administrative en cours, ou du moins, certaines décisions de substitution. Quoi qu’il en soit les termes “ municipalisation ” et “ pouvoir local ” font partie aujourd’hui du vocabulaire administratif et semblent politiquement acceptés par les agents gouvernementaux dans le long terme comme une évolution possible du pouvoir administratif de la RDP Lao, même si la question constitutionnelle reste encore un grand blocage. À partir de 2005, la structure des UDAAs s’éclaircit davantage : ses missions deviennent de plus en plus concrètes et plus en phase avec les préoccupations et les besoins locaux. Ce qui permet également de voir que les actions menées au sein de chaque UDAA, se distinguent de plus en plus des missions du cadre général des UDAAs et de celles définies dans la stratégie nationale. Pour comprendre cette progression, il est important de consulter les projets qui ont été menés dans le cadre des UDAAs, avec les bailleurs de fonds internationaux. III. VI. a. 2. Décrets et projets réalisés dans le cadre des UDAAs et de VUDAA199 199 Cf. Tableau en annexe. Décrets – lois et projets dans les domaines politique et administratif, secteur de la stratégie urbaine, patrimoniale, taxes et foncier.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 144 - Les projets et les actions menées dans le cadre du programme STIUDP (Secondary Town Intégrated Urban Development Project.) et de VIUDP(Vientiane Integrated Urban Development Project) –le programme précurseur des UDAAs et de VUDAA– sont généralement des projets qui concernent le territoire des localités. Ils devraient relever des responsabilités des autorités locales. Ils devraient être politiquement, financièrement et opérationnellement autonomes, “ dignes ” des actions d’un pouvoir local ou d’une future municipalité. Or ce n’est pas le cas. Le terme “ autorité ” semble ici inapproprié puisqu’il possède un pouvoir très limité. Il ressemble plus à un grand service technique de la ville. Les projets réalisés ne peuvent ainsi se faire que par décrets spécifiques ou par décision attachée à chaque projet. Les projets et les initiatives institutionnelles prises et réalisés avant le décret N83/PM du 05 décembre 2005, portant la création du Comité Responsable de la Mise en place de la Municipalité de Vientiane et de Luang Prabang peuvent nous donner des éclairages sur le fait que l’Autorité Administrative pour le Développement Urbain (UDAAs) acquièrent peu à peu des prérogatives autres que techniques et qu’elle a besoin d’être consolidée politiquement et d’être plus autonome en ce qui concerne ses compétences institutionnelles et financières. Mais les données montrent que cette autonomie est encore à rechercher. Les décrets et les organismes promulgués et créés par le gouvernement laotien, ainsi que les projets et les programmes du secteur urbain, financés, initiés et mis en place (avant la création des UDAAs le 02 décembre 1997 par décret N177/PM) par les bailleurs de fonds et les partenaires extérieurs sont nombreux. Les projets et les programmes, dont les UDAAs sont plus tard en charge, répondent directement à la demande des bailleurs de fonds et des partenaires extérieurs. C’est pourquoi ils dépendent aussi d’eux. Mais après la création des UDAAs les projets à leur initiative deviennent rares, car d’après les bailleurs et les partenaires extérieurs, le gouvernement laotien doit aussi poursuivre les efforts pour la bonne gouvernance urbaine de manière autonome. Décrets, projets, programmes réalisés avant la création des UDAAs. Le gouvernement lao. Les partenaires extérieurs. 1995 : Décret N40/FAMC, 04/04/95. Création du VUDMC (Urban for Development and Management Comity) couvrant les 100 villages de Vientiane. Création du UDMCs pour les 4 villes secondaires. 1993 : la BAD finance l’initiation du projet VIUDP. (16 actions dans 100 villages de Vientiane.) 1993 : mise en place du projet des Infrastructures et des Services Urbains de Vientiane. VUISP. 1996 : la BAD finance l’Implantation et la mise en œuvre du projet VIUDP pour 4 districts de Vientiane : 16 actions 100 villages (1995- 2000). 1997 : Décret N0807/MCTPC, 27/03/97. Création du Comité responsable des projets de développement urbain des villes secondaires. 1997 : la BAD finance la mise en place du projet STIUDP 1997 : la BAD finance pour deux ans un projet de formation et de stage destiné à l‘établissement du système administratif municipal. BAD-VIUDP-TA2377, 1997-1999. 1997 : la BAD finance la mise en place du programme AUPM de la formation en planning et gestion urbaine, AUPM 1997-2000, MCTPC-IRU-BAD TA Project-AIT BKK. Il met en coopération l’IRU et l’Institut Asiatique de Technologie (AIT). Le programme couvre trois ans de formation destinée aux agents de l’État : les fonctionnaires du ministère et de la préfecture, les agents provinciaux responsables des affaires urbaines. Bien que ce programme n’ait pas été mis en place dans le cadre des UDAAs, ses agents ont bénéficié de cette formation.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 145 - Décrets, projets et programmes réalisés après la création de UDAAs. Les charges sont sous la responsabilité des UDAAs et du VUDAA. III. VI. b. La municipalisation Nous nous référons d’emblée à la question de municipalité au fait du pouvoir local élu, qui est l’un des principes fondamentaux du pouvoir local dans l’administration publique.200 Cependant, le statut de maire d’une municipalité, d’un élu n’existe pas, il est même en contradiction avec la Constitution de la RDP Lao. L’arbitrage administratif avant la mise en place de la première Constitution de la RDPL Rappelons que la constitution de la RDP Lao n’a été promulguée seulement qu’en 1991,201 soit seize années après la proclamation de la RDP Lao et cinq années après la proclamation de la Réforme. Ce qui veut dire que la direction du pays a été menée sous forme d’arbitrage du Parti PPRL durant seize années, aussi bien au niveau central que local. Dans cet arbitrage soulignons l’importance des Comités populaires qui avaient géré et encadré à peu près tous les secteurs dans les localités, car la structure administrative décisionnelle n’existant pas vraiment, la gestion et l’administration fonctionnaient sur décision collective. La distinction historique entre la ville-préfecture et la province Rappelons également entre 1976 et 1981 que l’administration de la province et celle de la préfecture ont été regroupées devenant une entité unique placée sous la direction du Comité Central du Parti PPRL à l’échelon de la Province, mais ayant son siège dans la capitale.202 Nous pouvons ainsi dire qu’administrativement la ville-Préfecture (l’agglomération urbaine) a disparu en 1976 pour ne réapparaître qu’à partir de 1981 au moment où la province a été séparée d’elle de nouveau. Donc, à partir de 1981 les provinces étaient placées sous la responsabilité de leur gouverneur de province respectif et de leur administration. L’administration de l’agglomération urbaine de 200 Ceprincipe trouve largement ses racines dans l’administration française. La culture administrative lao est incontestablement liée à celle de la France qui y avait introduit par son administration coloniale l’idée de municipalité et de commune, bien que les communes instaurées au Laos à l’époque coloniale ne soient pas pourvues de maires. En France l’autonomie, entre autres, financière des communes françaises est renforcée par la loi de la décentralisation de 1983. 201 Elle est ratifiée en 2003. 202 La Préfecture a été créée pour la première fois au Laos en 1960 pour se démarquer de l’administration provinciale. Le gouvernement lao Les partenaires extérieurs. 1997 : Décret N177/PM, 02/12/1997. Etablissement de l’Organisation de l’Autorité Administratif pour le développement Urbain, UDAAs. 1998 : la BAD finance un programme de formation spécifique destiné aux agents des UDAAs et de VUDAA. La formation et les stages couvrent deux années, 1998- 2000. BAD-VIUDP-TA 2973. 1999 : Décret N157/PM, 08/1999. Création du comité de pilotage du VUDAA. 1999 : Decret N1366/PVT, 09/1999. Nomination des membres du cComité de pilotage de VUDAA. 1999 : Décret N1836 et 1837/PVT, déc 1999. Transfert du service de l’environnement - déchet et création de service de maintenance de la voirie au sein de VUDAA.etc. 2000 : Ordonnance N/1804/P-VT, 25/12/00. Attribution des Fonds de fonctionnement de VUDAA. 2000 : Décret N141/PM, 31/05/00, confirmant le statut de VUDAA. Décret 171/PM confirmant celui des UDAAs comme division de la Préfecture/province. 2001 : Décret N21/PM, 27/04/01. Attribution des revenus à le VUDAA. 2005 : Décret N83/PM, 05/12/05. Création du Comité responsable de la mise en place de la Municipalité de Vientiane et de Luang Prabang. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 146 - Vientiane était placée sous la responsabilité d’un autre gouverneur, désigné plus justement sous l’appellation “ Préfet ”. Le Comité responsable de la mise en place de la municipalité de Vientiane et de Luang Prabang comme projet pilote L’idée d’un pouvoir local élu et donc des élections municipales reste encore une hétérotopie pour le Laos, du fait que les UDAAs fonctionnent simplement comme un service technique d’une municipalité virtuelle qui n’existe pas encore et qui n’existera sans doute jamais si une réforme institutionnelle et constitutionnelle ne vient apporter son secours. En attendant, vers 2005 le gouvernement consent à préparer officiellement la création de la municipalité que l’on appelle en lao Thésabane [gmflt[ko].203 Il crée par décret N83/PM en date du 5 décembre 2005, le Comité Responsable de la Mise en place de la municipalité [7totIa[zyf-v[dkolhk’8A’gmflt[ko]. Le processus de municipalisation ne concerne dans ce décret que deux agglomérations : Luang Prabang et Vientiane, en tant que projets pilotes qui devraient être répliqués dans les autres villes et provinces si les deux expériences se montrent concluantes. Institutionnellement, le Comité agit sous tutelle du Vice-Premier ministre et fonctionne comme un secrétariat du gouvernement affecté aux Affaires de l’Organisation Administrative Municipale. La mission et les cahiers des charges du Comité comportent huit points. Il s’agit : 1- du point de vue juridique et institutionnel d’apporter des réflexions à la question comment juridiquement les deux municipalités peuvent-elles être créées dans le cadre constitutionnel de la RDP Lao, 2- de rechercher une orientation et un plan d’action approprié pour mettre en place la structure des deux municipalités, 3- de proposer une structure administrative adéquate à cette organisation municipale, 4- d’établir toutes démarches et recherches de mise en œuvre en concertation étroite avec la Préfecture de Vientiane et avec l’administration de la province de Luang Prabang afin de mener à bien ces missions, 5- de régler tous problèmes et litiges qui peuvent survenir dans le processus de mise en place des deux municipalités, 6- en coopération étroite avec la Préfecture de Vientiane et avec l’administration de la province de Luang Prabang, d’élaborer le plan délimitant le périmètre physique des deux municipalités. Pour le périmètre municipal de Vientiane, il faudrait réviser ses limites : quatre districts parmi les neuf de la Préfecture de Vientiane, afin d’améliorer sa cohésion territoriale. Les 189 villages qui composent les quatre districts Chanthaboury, Sissatanark, Sikhottabong et Xaysetha, ainsi que les autres districts qui peuvent être concernés doivent faire l’objet de révision afin de savoir si tels ou tels villages doivent faire partie ou doivent être exclus du périmètre de la future municipalité. Il est de même pour Luang Prabang. Dans le cas où il serait inadéquat que certains villages en fassent partie, les villages en question devraient être transférés aux districts environnants, 7- en coopération étroite avec le Ministère des Finances, d’étudier le système financier (sources et perceptions, rétributions, gestion, fonctionnement, etc.) afin d’assurer l’autonomie des deux futures municipalités, 8- de rendre des comptes de l’avancement de leurs travaux, recherches et réflexion, au gouvernement de manière constante et conforme. Le Comité sera assisté par un secrétariat qui sera créé par le Département de l’Administration Générale. Le budget que le Comité aurait à son actif pour ses travaux de recherche ne serait pas inscrit au Plan budgétaire Général de l’État. Les membres du Comité désignés 203 Thésabane, gmflt[ko, peut être défini par « limite ou territoire qui se suffit à lui-même ».Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 147 - utiliseront leurs propres fonds de fonctionnement provenant de leur administration ou organisme respectif, duquel leurs postes sont détachés. Les membres sont ainsi composés d’un haut agent du Département de l’Administration Générale de l’État, du Vice-directeur de l’Administration du Comité Central du Parti, du Chef du Département des Affaires Administratifs Locales, du Directeur du Département Général de l’Habitat et de l’Urbanisme du ministère MCTPC (MTPT), du Vicepréfet de la Préfecture de Vientiane, du Vice-gouverneur de Luang Prabang, du Vice-directeur du Département des Budgets du Ministère des Finances.204 À ce jour, le Comité poursuit encore ses recherches. Nous ne savons toujours pas quels seraient la configuration exacte ainsi que le statut juridique et institutionnel de ces deux municipalités, leurs compétences, leurs attributions, leurs organisations dans la Constitution de la RDPL. Si le Comité effectue surtout des recherches sur la question d’intégration institutionnelle, la Direction Générale menée par le Vice-gouverneur de VUDAA a réalisé une étude axée sur les volets techniques. Un rapport a été présenté au gouverneur et au Premier ministre. Sachant qu’une autre étude a été proposée en 2006 par les experts français dans le cadre du projet VUISP-Capacity Building financé par l’AFD et la BAD. Quoi qu’il en soit nous avons vu que la création de la municipalité, avec un pouvoir local, doit être déterminée par la Constitution. Or, à ce jour, il n’est pas encore question de toucher à la Constitution pour cette fin, bien qu’elle ait bien été modifiée en 2003. La question de limite territoriale d’une municipalité En ce qui concerne Vientiane, la limite territoriale de la municipalité devrait d’abord comprendre les 189 villages, composant les quatre districts qui sont définis comme périmètre urbain de la ville. D’après les discussions du Comité, il est à présent question de l’élargir aux 202 villages. Les débats en cours (commencés depuis 2007) portent sur les limites physiques et sur la forme de l’administration de la future municipalité : faut-il ou pas créer quatre municipalités correspondant aux quatre districts les plus urbains parmi les neuf qui composent la Préfecture de Vientiane ; ou bien, faut-il créer une seule grande municipalité à partir de ces quatre districts. D’après la plus ancienne définition, la préfecture de Vientiane est composée de quatre districts à caractères urbains : Muang Chanthaboury, Muang Sissattanark, Muang Saysétha et Muang Sikhottabong. Les cinq autres muang restant sont considérés comme des districts plus ruraux. D’après la plus récente définition, la préfecture de Vientiane peut être composée de trois parties : la partie urbaine serait composée de Muang Chanthaboury et de Muang Sissattanark, la partie périurbaine serait composée de Muang Sikhottabong, Muang Xaythany et Muang Hatsayfong et enfin la partie rurale serait composée de Muang Naxaythong, Muang Sangthong et Muang PakNgum. La conception générale sollicite une grande municipalité unique comprenant les quatre districts les plus urbains, mais une question demeure : faut-il supprimer les unités administratives des quatre districts ou les garder en tant que petits districts ou arrondissements à l’intérieur de la grande Municipalité de Vientiane. La difficulté se situe aussi bien dans la suppression des quatre districts que dans le fait de les garder. Leur suppression semble difficile pour des raisons fondamentales. À ce sujet, certains agents donnent leurs points de vue en ce sens : « même si au niveau financier cela réduirait de manière considérable les frais de fonctionnement sur le long terme, d’autant plus qu’au niveau administratif les districts ne servent pas à grand chose, les supprimer ne serait pas une grande perte ». De ce point de vue, la difficulté ne semble pas être de l’ordre administratif, elle l’est de l’ordre historique et culturel. La suppression du muang et la conception ancienne du muang. 204 Article 1, portant membre du comité, décret N°83 du 05/12/2005.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 148 - Effectivement la conception du muang (district) fait partie de la culture administrative traditionnelle et correspond à une identité territoriale, au-delà de l’administration communale ou municipale introduite par l’administration coloniale. Cette administration traditionnelle ne s’est pas estompée et n’a pas disparu malgré les réformes qu’avaient connues l’administration et les territoires laotiens. Le muang est l’unité identitaire de la ville par excellence, tant du point de vue administratif que physique. Au début du XXe siècle par exemple, Muang Chanthabouri était le muang central qui abritait le chef-lieu de Muang Vientiane, la partie la plus centrale et la plus citadine. Au fur et à mesure que l’agglomération urbaine s’étend, les quatre muang finissent par se rejoindre et composer le muang-capitale de Vientiane. L’histoire du muang-capitale (ville-capitale) s’est forgée avec celle des muang qui la composent et qui formaient le muang-État (cité-État). La disparition de ces muang primitifs donnerait l’impression que Vientiane se désintègre de son histoire, de son assiette géographique et de son espace historique. Cette impression n’est pas une observation du pittoresque, mais découle d’une cohésion de l’ordre identitaire et spatiale que l’administration future de la municipalité aurait probablement tort de négliger. La future municipalité dont le sens primitif et historique correspondant est le muang perdrait tout son sens si les quatre muang primitifs sont supprimés. Par ailleurs “ district ” correspond bien au terme muang seulement du point de vue administratif. Du point de vue conceptuel muang correspond plutôt à “ municipalité ” ou “ commune ” ou “ ville ” ou “ pays ” (2e partie. II.II.a.) Dans le cas où on crée une seule municipalité tout en conservant les quatre districts dans leur intégralité administrative –comme arrondissement ou autre– les débats soulèvent les difficultés techniques et financières qui seraient générées par la restructuration d’une nouvelle administration sur quatre sites (dans quatre districts géographiques), sans parler du site central qui serait le siège de la grande Municipalité de Vientiane. Cette idée nécessiterait beaucoup de dépenses. Par ailleurs, la construction de la grande municipalité a déjà été prévue, les travaux ont commencé en 2008-2009 et son inauguration est prévue pour fêter les 450 ans de la capitale de Vientiane en novembre 2010.205 Bien entendu, comme nous l’avons fait remarquer, la disparition des quatre districts en tant qu’échelons administratifs faciliterait les démarches administratives et ferait économiser au pouvoir local futur ses frais de fonctionnement. Mais il est sans doute possible aussi de trouver des compromis pour préserver l’unité territoriale et identitaire des muang traditionnels en respectant leur limite et leur histoire respective, tout en transférant l’instance administrative des muang vers une instance unique, celle de l’administration municipale unique de la future municipalité de Vientiane. La municipalité, en tant que représentant du pouvoir local, appelle à la participation et aux choix de la citoyenneté Notre intention ici n’est pas de prétendre trouver la ou les solutions idéales pour répondre ou participer au débat, mais de signaler que la démarche et le processus de municipalisation en cours sont longs et rencontrent de multiples difficultés, non seulement d’ordre politique et constitutionnel, technique et financier, mais surtout culturel. Effectivement si cette municipalité est à l’évidence nécessaire à la gestion locale du territoire, elle devrait être compréhensible par les citoyens. Le débat doit accepter que la question de municipalité et du processus de sa création renvoie bien à l’origine de la ville et de l’administration traditionnelle. Si la compréhension par les citoyens de l’idée de municipalité est importante, garantissant le succès de son application et de son fonctionnement et confortant ainsi la nécessité de devoir être créée, il va de soi que la manière et le processus de sa création ne devraient pas être imposés comme une “ dictature bureaucratique ” ou une “ sur-administration ” selon la pression financière des bailleurs de fonds internationaux. Car ils deviendraient aux yeux de la population comme un moyen et un prétexte pour créer des charges et des obligations (redevances, taxes, 205 Le siège de la préfecture de Vientiane a été inauguré en 2011.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 149 - impôts, etc.) L’implication des citoyens dans la démarche et dans le processus est donc essentielle. Elle passe nécessairement par la responsabilité citoyenne, sous-entendant le choix des représentants et des formes de représentation des pouvoirs auxquels les citoyens solliciteraient de prendre part. Le processus de municipalisation appelle donc ses auteurs et ses responsables à rester attentifs à la réalité sociale et culturelle locale concernant la question, qu’elle que soit la forme que prendrait cette municipalité. En tous les cas, les difficultés que rencontre la municipalisation ne font que mettre en évidence, d’une part, la résistance de la culture administrative locale traditionnelle, et d’autre part, la résistance du régime politique, encore réticent à l’émergence du pouvoir local et à la démocratie participative. III. VII. Le rôle des investissements et de la migration dans le concept de citoyenneté et dans la recomposition urbaine Trois autres questions qui sont liées entre elles jouent également un rôle important dans la recomposition et reconfiguration spatiale, en particulier du point de vue économique et humain. La liberté d’échange et de circulation des biens induite depuis l’ouverture économique de 1986, a favorisé l’émergence des acteurs économiques. Le droit d’entreprendre et la liberté de circulation des hommes et des capitaux se sont affranchis des contraintes idéologiques. Ils ont enrichi les villes des bras et des ressources humaines et financières. Le droit de propriété et d’action sur les terres a fourni aux hommes les moyens légaux d’intervenir plus aisément dans l’espace habité. Pour les trois questions corollaires, il s’agit d’abord de la question des nouveaux acteurs économiques émanant des investissements internes et externes, qui forment des facteurs de modification du paysage urbain et de la politique de la ville. Il s’agit ensuite de la question de mobilité des hommes ou de la migration. Celle-ci a été l’élément révélateur de la dynamique des villes, que cette migration soit interne ou externe. Enfin, il s’agit de la mise en place de la question citoyenne. Les investissements en terme de poids économiques et les hommes en terme de ressources humaines sont des facteurs essentiels pour la configuration de la ville, mais aussi de sa politique. Quelle part de responsabilité et quelle part de droit de citoyenneté assument aujourd’hui les investissements et les hommes issus de la migration, en particulier dans la notion nouvelle de l’habitant et du citoyen que le gouvernement de la RDPL définit à travers les dispositifs civiques propagandistes. Cette notion nouvelle est à comparer à la notion ancienne du statut de l’habitant, qu’il est important de rappeler. III. VII. a. L’apport des investissements dans les modifications du paysage urbain et dans la politique de la ville. Les investissements qu’ils soient internes ou externes ont été les éléments majeurs dans les modifications du paysage urbain et de la gouvernance urbaine. Les plus importants sont les investissements publics que nous n’allons pas évoquer dans le présent paragraphe. Donc, mis à part les investissements publics, les investissements du secteur privé ont été un facteur majeur dans la construction des infrastructures et des équipements. II. VII. a. 1. Les investissements intérieurs. Les investissements de fonds locaux sont peu importants et occupent les petits secteurs divers qui n’intéressent pas directement les investisseurs extérieurs : tels, les petits commerces de proximité, les boutiques, la production de l’artisanat courant, les services de location de maisons, la construction et la spéculation à petite et à moyenne échelle. Les locaux ne peuvent investir que dans les activités qui ne nécessitent pas de grands investissements, sans beaucoup de risque, qui rapportent vite et durablement, même à petites marges. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 150 - Les investissements locaux ont fait aussitôt surface après l’ouverture économique. Certains ont même été maintenus ou revivifiés un peu avant l’ouverture du pays, afin de répondre aux besoins de base durant les années difficiles, notamment pour les produits de consommation. En ce cas, les petits investisseurs qui n’étaient pas dans le secteur de la production occupaient aussi le marché noir, au vu et au su de l’autorité publique qui a besoin de ces derniers comme intermédiaires pour traiter officieusement avec le pays voisin (la Thaïlande) qui, officiellement et cycliquement, pratiquait l’embargo vis-à-vis du Laos. Cependant, ces investissements privés locaux ont été revivifiés de manière très lente et progressive. Ils semblent suivre le rythme de progression du pouvoir d’achat de la population urbaine. Notons à ce propos, seule la population citadine est vraiment concernée, car en milieu rural et reculé (qui constitue la majorité de la population laotienne ne consommant pas ou peu) le pouvoir d’achat est quasiment inexistant. Dans les fronts de rues du quartier animé et commercial d’avant les années 1975, les rez-dechaussées des compartiments qui étaient restés fermés sans activité pendant longtemps sont peu à peu réouverts, accueillant des boutiques de taille allant d’un à trois compartiments. Les fronts de rues dans leur horizontalité et leur verticalité sont réhabilités et reprennent vie. Dans le registre des patentes commerciales, les demandes augmentent de manière significative. Les immeubles privés sont aménagés en bureau et loués aux sociétés nouvellement installées. Dans les quartiers animés, le cas de Vientiane montre l’importance du rôle de l’association chinoise,206 qui possède la plupart des immeubles. L’association est un tremplin pour attirer et favoriser le retour au Laos des Chinois de la diaspora. Dans la mesure où les Sino-Lao reviennent toujours avec des fonds, qu’elle que soit leur importance, et retissent les anciens réseaux locaux et régionaux avec les Chinois de Thaïlande, du Vietnam, de Hongkong et de Taïwan. On considère que ce sont des investissements intérieurs, familiaux, voire, claniques. Bien que le phénomène chinois de la diaspora n’occupe qu’une part dans l’ensemble des investissements internes du pays, il est important de le signaler, car du point de vue urbain, il a joué un rôle important dans la revivification des centres villes, à Vientiane comme dans les capitales provinciales. Les familles laotiennes aisées quant à elles, possédant des biens fonciers tant des terres agricoles que des biens immobiliers en ville, libèrent souvent une partie de leurs biens afin de concentrer leur investissement sur la construction des maisons et sur la réhabilitation des immeubles à louer. Il s’agit souvent des petits travaux d’embellissement, sans toucher aux vieux réseaux d’assainissement, d’électricité et d’alimentation en eau. L’architecture des années 1970 de l’ensemble des immeubles et l’architecture des édifices coloniaux ne sont pas mises en valeur. Pour cette raison, beaucoup de bâtiments réhabilités ne répondent pas aux demandes extérieures. Il faut attendre la fin des années 2000 pour que les bâtiments anciens et les nouveaux puissent répondre à certains standards internationaux : fonctionnaliser, mais aussi embellir les bâtiments anciens, afin de répondre aux images de marque et de modernité des nouveaux usagers. III. VII. a. 2. Les investissements extérieurs et la politique de la ville. Quant aux investissements étrangers, ils sont plus importants et semblent rapporter plus à l’État par les taxes qu’ils génèrent. Par leurs enjeux financiers directs et par leurs retombées diverses, ils exercent une influence sur la politique de la ville et du territoire. L’autorité urbaine doit rattraper le retard dans son développement qui a été fortement accentué dans les vingt premières années du régime. L’autorité urbaine de Vientiane doit accomplir plusieurs projets pour mettre en valeur la ville en tant que capitale, aux yeux de la population et au regard de l’international. Réaliser 206 Un document de l’administration coloniale de 1908 (D628 15501/ GGI/ CAOM) montre que l’association existait déjà. Elle était désignée comme “ cercle chinois ” et rassemblait les chinois de la diaspora. Vers l’année 2000, nous apprenons par un Sino-Lao, membre de l’association, qu’elle fixait des critères d’adhésion, dont l’une qui stipule que pour adhérer à l’Association chinoise de Vientiane, il faut être Chinois du Laos depuis trois générations. Ce qui semble distinguer cette communauté chinoise ancienne de la nouvelle qui arrive nombreuse de la Chine populaire à partir des années 2000.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 151 - d’un côté le désir du régime de se réconcilier avec l’histoire du pays (projets emblématiques : le parc du roi Anouvong, le SEA-Game, la fête des 450 ans de la capitale, etc.) et de l’autre intégrer le pays dans le réseau régional des capitales asiatiques (construction des zones de développement économique, accueils des événements politiques, les sommets, les rencontres de l’ASEAN et de l’ASEM, internationaliser les fonctions urbaines.) Les objectifs de telle ampleur offrent beaucoup d’opportunités aux investisseurs. Inversement, l’appel aux investissements induit la montée en puissance des investisseurs. Ces derniers s’imposent aux politiques et exercent une influence forte sur la gouvernance urbaine, d’où des contradictions flagrantes entre la planification mise en vigueur et les décisions prises pour permettre la construction de certains projets (notamment le projet de Done Chanh Palace et de la “ cité d’affaire ”, glory of Laos.) Les investissements externes ont été focalisés d’abords sur les secteurs lourds réalisés à l’extérieur du milieu urbain. Après la libéralisation économique et après la mise en place du plan de privatisation des entreprises d’Etat ou des entreprises mixtes dans les années 1985, les entreprises du secteur lourd ou semi-lourd, mixtes ou appartenantes entièrement à l’État, commencent à intéresser les investisseurs étrangers. Par l’intermédiaire des personnalités de la sphère “ parapolitique ”, 207 les investisseurs étrangers ont repris un certain nombre d’entreprises de grandes envergures : pharmaceutique, cimenterie, sidérurgie, confection, bois, minerais, etc. La plupart de ces activités étaient installées à l’extérieur des centres urbains et/ou en sa périphérie, et il n’y avait pas de grandes tendances à l’expansion de ces entreprises dans les premières années de la reprise. La plupart d’entre elles restaient discrètes, même après leur transformation en joint-venture étrangère-locale ou mixte privée-Etat. Les investissements des premières années étaient concentrés pour beaucoup sur la réorganisation, l’amélioration technique de la production (réparer ou changer les matériels et la machinerie délabrée), une sorte de réinvestissement dans un système de production vieilli et inadéquat qui nécessite une réorganisation. Le personnel était à reformer, la technique de distribution à améliorer, un marketing et un nouveau marché à conquérir, etc. Par la suite lorsque la première étape a été en partie comblée, beaucoup d’entreprises vont se développer et s’étendre (Beer Lao, Ciment Lao, Lao Tabaco, confections spécialisées tel que le Lao coton). Et au contraire, d’autres entreprises périclitaient ne pouvant rattraper les retards durant les 10-15 premières années difficiles du régime (fabriques de poterie et de brique, usines de tabac de petite taille, etc.) Vers la fin des années 1990, d’autres investisseurs se sont rapproché des milieux urbains, de leurs centres et de leurs petites périphéries. En même temps, il y a une émergence de nouvelles activités. Les intérêts des investisseurs portés aux domaines fonciers ont été plus visibles que les autres, car ils ont apporté un changement significatif dans le paysage urbain : construction ou réhabilitation de grands hôtels (Lao Plaza, Novotel, Sétha Palace, Dok mai Dèng, Park view, le Marché du matin et son extension, terrain de l’ancienne trésorerie, terrain des anciennes douanes et régies, etc.) A partir du milieu des années 2000, les intérêts pour les centres urbains se sont fortement confirmés, parallèlement aux intérêts portés aux grands territoires extérieurs, réellement intégrés ou simplement dénommés “ zones de développement ” ou “ zones économiques ”. Les intérêts des investisseurs que nous évoquons à différentes périodes et à différentes échelles ont joué un rôle important dans la politique de la ville. Car les projets qu’ils mettent en place ne peuvent se faire que sous l’approbation de l‘autorité politique. Ce ne serait pas une erreur de constater que de nombreux grands projets qui modifient la figure de la ville incarnent la politique de la ville. Il est vrai pour Vientiane et il est vrai aussi pour les autres villes de province qui connaissent un développement semblable, notamment la ville de Paksé. Son nouveau marché ainsi 207 Entendons par “ sphère parapolitique ”, les individus (souvent les femmes) appartenant aux familles des hommes politiques qui font partie du Parti PPRL. N’exerçant aucun pouvoir officiel, ils prenaient part considérablement dans les décissions politiques touchant les affaires au moment de l’ouverture du pays. Dans certains cas, ils étaient eux-mêmes actionnaires, du moins, missionnés pour faciliter les contrats et pour l’obtention des patentes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 152 - que son nouveau quartier, sont aujourd’hui désignés comme la ville du Groupe Dao Heuang, un grand investisseur local d’origine Vietnamienne. En fait, les investisseurs n’accompagnent pas le développement des villes en respectant le schéma directeur et en suivant la politique urbaine annoncée et qu’est sensée de mener l’autorité urbaine. Mais ils mettent en application certaine logique d’investissement : devancent et transgressent les règles et pervertissent la politique de la ville. Nous le voyons à travers certains projets qui contredisent les plans urbains préconisés par l’autorité publique. La construction du Done Chanh Palace dans la zone naturelle conservée (NA) est justifiée par les décisions émanant de la haute instance du gouvernement. Il faut dont pour les organismes publics, notamment ceux en charge de la planification et du développement urbain, de jongler et d’apprendre à anticiper afin de ne pas entrer en conflit avec plusieurs décisions et projets qui émanent de la haute instance décisionnelle du pouvoir. Ainsi, les règles ne sont pas appliquées à tous. Les projets dérogatoires qui priment sur toutes les règles sont étroitement liés aux investissements qui deviennent de plus en plus colossaux et qu’il convient de prendre en compte. III. VII. b. Le rôle de la migration dans le renouvellement du domaine bâti Nous repérons trois types de migration : la première est une migration interne (de la campagne vers la ville, de ville à ville inter provinciale, inter urbain, à l’intérieur d’un centre urbain), désignée comme une forme de mobilité. Dans son ensemble, elle est sans effet lourd comparable à l’exode rural des années 1960 et 1970. Elle a permis en tous les cas au renouvellement de la population et à donner à la ville un aspect plus anonyme et plus citadin. La deuxième migration est externe provenant des pays limitrophes, liée aux relations historiques récentes et à l’évolution des relations que le Laos entretient avec ses voisins, que sont la Chine et le Viêtnam. La troisième migration peut être qualifiée d’artificielle. Elle est liée à l’ouverture économique du pays et à la coopération internationale. Elle a été utile à la rénovation foncière et à sa mise en valeur, mais n’a pas joué un rôle déterminant dans le centre ancien et dans la restauration des vieux bâtiments. III. VII. b. 1. La migration interne et le renouvellement des habitants dans l’espace citadin Dans la deuxième partie, nous allons mettre en évidence l’importance du mouvement de migration dans la constitution du territoire laotien et l’importance de la mobilité et de la répartition des hommes dans son évolution. Nous allons montrer que le mouvement migratoire avait contribué à définir une des caractéristiques sociales, spatiales et historiques des territoires urbains. Nous rappelons dans ce présent paragraphe le fait que le mouvement migratoire interne récent contribue au renouvellement des habitants dans l’espace citadin et influence directement la modification des données spatiales. Aujourd’hui, les mouvements migratoires successifs ne fixent pas les caractéristiques des lieux, mais induisent leur caractère évolutif. La migration de la campagne vers la ville La migration de la campagne vers la ville connait une certaine constance, même si elle n’est pas aussi forte aujourd’hui par rapport aux années 1960 et 1970. La plus évidente raison reste les offres d’emploi. La population active de la campagne se consacre majoritairement aux travaux agricoles. Et lorsque les travaux des rizières de l’année s’arrêtent, elle vient chercher du travail en ville avant que la nouvelle saison reprenne. Ceux qui n’ont pas de terre à cultiver ou bien les jeunes qui ne veulent plus travailler dans les rizières viennent chercher du travail en ville pour toute l’année, dans les usines et dans les chantiers de construction notamment. Notons que les travaux de rizière rebutent de plus en plus les populations jeunes. La désertification de la campagne par ces derniers est liée au manque de travail, mais aussi à l’ennui. La jeunesse rêve aussi à l’ailleurs et à un salaire. L’absence des jeunes à la campagne devient flagrante dans certaines régions. Les petits villages qui ne sont pas trop loin de la Thaïlande sont les plus touchés. Au-delà de Vientiane et des grandes villes du Laos comme Savannakhet et Pakxé notamment, les jeunes traversent la frontière pour trouver du travail en Thaïlande, au risque d’être victimes des trafics humains. L’État mène Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 153 - depuis peu avec le soutien des ONG des campagnes de sensibilisation pour stopper le phénomène. Des organismes de recherche d’emploi et de placement sont agrémentés afin de promouvoir la main d’œuvre laotienne qui désire aller travailler à l’étranger et afin d’éviter que les personnes ne tombent dans le réseau des trafics humains.208 Dans les provinces les usines et les manufactures se sont installées, mais de manière inégale d’une province à l’autre. Il y a un grand vide dans la majorité des coins de campagne, dans le Nord comme dans le Sud, dans l’Est comme dans l’Ouest. Nous sommes parfois frappés dans les villages de ne pas trouver de jeunes gens, mais seulement des enfants et des personnes âgées. Les districts qui accueillent des manufactures et des usines et qui ont pu fixer un peu sur place leur population active font figure d’exception. Parfois, les emplois proposés ne sont pas adaptés, ou nécessitent un minimum de formations dont la population ne peut bénéficier. Ainsi, la main d’œuvre venant de la campagne en centre urbain et travaillant dans les chantiers de construction et un peu dans les usines, constitue une partie de la migration de la campagne vers la ville. La destination de cette migration est ainsi diversifiée. Mise à part la contribution de sa main d’œuvre à la construction, la migration en milieu urbain en tant que choix résidentiel est quasiment nul. Les gens sont logés directement dans les chantiers provisoirement et changent d’endroit selon l’emplacement des chantiers. Ou bien, lorsqu’ils se fixent en ville, ils ont élu domicile dans la proche couronne de la ville, là ou les loyers sont bons marchés. Le type de logement de prédilection est un compartiment à rez-de-chaussée dont le loyer est de 300 000 à 400 000 kips par mois, et ils se logent à plusieurs. La migration entre provinces La migration inter provinciale actuelle est difficile à quantifier et ne constitue pas un mouvement significatif. Elle s’est déjà produite à deux moments, rappelons-le. D’abord, c’était pendant la guerre froide et confondue au mouvement de migration des réfugiés qui avaient fui les combats. Elle s’est ensuite produite durant les premières années du régime, et durant la mise en œuvre du repeuplement de certaines villes par le gouvernement, lorsque celui-ci voulait développer les villes qu’il venait d’ériger afin d’illustrer son idéal de peuple multiethnique (voir 3e partie). Héritées des faits historiques, les populations des provinces sont fortement présentes dans les centres, identifiées par leur accent respectif. De manière générale, elles sont bien réparties et ne se regroupent pas en quartier. Étant majoritairement constituées de Lao Loum, et plus de 30 années se sont écoulées depuis leur arrivée dans la nouvelle province (cas de Vientiane), elles ont le temps de s’approprier leur quartier et leur village, la mixité est ainsi assurée. Cependant, les villages qui étaient monoethnique à l’époque, peuvent perdurer et garder encore aujourd’hui les marques identifiables de la provenance d’origine de leurs habitants. Il s’agit par exemple des villages à dominance tai dam ou à dominance tai neua et tai dèng à Nong Bouathong. La migration entre centres urbains et à l’intérieur des centres urbains La migration entre centres urbains, si elle existe, est difficilement identifiable, il est encore moins facile d’en connaître toutes les motivations. Nous retrouvons par exemple beaucoup de gens originaires de Luang Prabang qui décident de retourner à la ville d’origine, parce que la ville offre des opportunités d’affaires, en particulier si leur famille a encore des biens fonciers. Ils y montent ainsi un commerce, une guest house avec les biens de la famille. Il est de même pour Pakxé où la ville connaît un développement important. Ou bien, dans certains cas, les gens peuvent partir vivre dans une autre province parce qu’un travail ou un poste leur a été proposé. Ce phénomène constitue des cas isolés et ne peuvent former un mouvement de migration inter provinciale important. 208 La lutte contre le trafic humain à l’échelle régionale devient une des préoccupations des gouvernements, tant laotien que cambodgien, vietnamien et thaïlandais. Et si les ONG et les sociétés civiles sont plus nombreuses et peuvent agir plus librement en Thaïlande pour assister les personnes, ce n’est pas le cas au Laos où la question demeure un tabou et les sociétés civiles ne sont pas pleinement autorisées à agir. Cf. Rapports officiels sur le trafic humain de UNDP et le rapport de l’AFESIP. http://www.afesiplaos.orgDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 154 - En ce qui concerne la migration à l’intérieur des centres urbains eux-mêmes, nous avons déjà évoqué la question dans le paragraphe traitant du « mouvement de stratégie résidentielle », rappelons simplement que cette migration est liée aux choix et à la stratégie commerciale aux quels le choix résidentiel s’est greffé. Elle est caractérisée par une souplesse et une mobilité et par une catégorie de population jeune et entreprenante. Dans les deux cas de figure –migration entre centres urbains et à l’intérieur du centre urbain- la migration serait purement liée aux choix et à la stratégie résidentielle et aux opportunités économiques ou salariales. Ce sont des choix et des stratégies, apparus et devenus possibles que dans un contexte citadin, et en particulier, conditionnés par une certaine dynamique du centre ancien et de la ville en générale : un cadre économique favorable, une revivification globale des activités, etc. III. VII. b. 2. La migration externe liée aux relations historiques entre le Laos et ses voisins que sont les Chinois et les Vietnamiens Les deux migrations doivent être placées sur deux niveaux de réflexions distinctes. La première doit être placée dans un contexte historique, la seconde, dans un questionnement plus politique. Sans cette distinction, nous ne pouvons pas comprendre la migration sino-vietnamienne au Laos et son influence dans la politique de la gouvernance du pays. Quelle utilité ou quel problème, l’une et l’autre devraient soulever. La migration vietnamienne et chinoise est fort ancienne pour le Laos. Sans la confondre complètement avec les poussées chinoises historiques, la sinisation du Nord du Laos actuel n’est pas sans lien avec ces poussées historiques. C’est un préalable que l’histoire politique et socioéconomique du pays doit sans cesse rappeler. En ce qui concerne la migration vietnamienne proprement dite, l’histoire l’évoque dès le XIVe siècle. Mais c’est récent, comparée à la longue histoire du glissement du peuple tai et de la poussée chinoise, et c’est un élément majeur dans la situation politique actuelle du pays. Lorsque l’unité politique lao s’était constituée en tant qu’État, toute la région de la péninsule (le haut, le moyen et le bas Mékong) vivait alors sous l’autorité de l’empire de Chine, de près ou de loin. Cet empire joue un rôle dominateur et arbitrait les conflits entres les États, quelle que soit leur importance. La Chine dominait le Viêtnam durant plus de mille ans et empêchait périodiquement ce dernier dans ses tentatives de domination des États voisins, que sont le Laos et le Cambodge. Et chaque fois que la Chine relâchait ses surveillances, le Viêtnam tentait de la remplacer : il annexait périodiquement le Traninh, le Sip Song Chou Tai et Houa Phanh comme ses provinces occidentales.209 Dans une période plus récente, les deux composants migratoires ont été une nécessité pour la fondation des villes coloniales, autrement dit, pour la revivification des villes du Laos ellesmêmes. L’autorité coloniale a officialisé la colonisation annamite afin de combler le manque de main d’œuvre et a fait appel à la colonie chinoise pour faire revivre la ville, ses activités et ses commerces. Plus récent encore le conflit sino-vietnamien en 1979 a mis en évidence deux forces en présence, d’égale à égale, entre le Viêtnam et la Chine. Il était clair que le Viêtnam affirmait sa prédominance sur l’ancienne Indochine en affrontant, avec succès, la Chine. Politiquement, l’importance du Viêtnam et de la Chine pour le Laos affirme encore cet ancien schéma, mais dans un contexte tout nouveau. Le Laos est un pays indépendant qui partageait dans le passé lointain et récent un lien politique lourd avec ses deux voisins, au poids démographiques énormes. Pour continuer à garder cette forme d’indépendance, il doit mener sa politique de telle sorte que la balance entre les deux pays soit équilibrée. 209 Par exemple lorsque le Daï Viet lançait ses troupes pour annexer la partie septentrionale du Laos et atteindre la porte de Chiang Mai, l’empereur de Chine a dépêché une ordonnance impériale, par l’intermédiaire d’un haut mandarin du Sud, pour que le Daï Viet se retire de cette région.Tatsuo Hoshino, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 155 - Le contexte nouveau place la question économique, avant la question idéologique, au cœur des relations inter État. Les liens entre le Laos et la Chine ont été peu à peu normalisés après la fin des conflits sino-vietnamiens et redeviennent, de nouveau, étroits à partir des années 1995. Les traités et les projets de coopération naissent nombreux entre les deux pays. Cependant, force est de constater qu’aucune coopération sino-lao ne peut dépasser les “ relations spéciales ” que le Laos entretient avec le Vietnam, basées sur le fondement idéologique que le PPRL partage avec ce pays depuis la fondation du PCI, appelé par les deux parties “ lien d’héritage historique ”, moun seua pavasat. De fait : le Viêtnam occupe la place d’honneur sur le terrain de la politique, alors que la Chine exerce une domination économique et financière indiscutable. La concurrence sinovietnamienne a très bien été prise en compte dans la politique laotienne. C’est même l’élément de son équilibre. Au regard de ces questions, le Laos doit traiter avec prudence la question de migration avec les deux pays. Aujourd’hui, la coopération régionale –dans le cadre de l’ASEAN ou du GMS– vient se superposer aux schémas historiques. Sans remplacer les relations spéciales Laos-Viêtnam ou sans réduire la domination de la Chine sur le Laos, la coopération régionale diversifiant les partenariats – surtout sur le plan économique– tend à minimiser l’impression de main mise de ces deux pays sur le Laos. Et la migration accompagnée ou pas de fonds d’investissement se travestit alors dans les coopérations des communautés régionales. Dans ce cadre, rien ne doit choquer qui que ce soit lorsque les projets de concession des terres font déplacer des villages entiers, lorsque les projets de développement économique écartent la participation possible de la communauté locale, etc. La migration et les implantations chinoises sont ainsi identifiées. Elles se réalisent beaucoup sous forme de concession de longue durée pour les grands investissements déjà réalisés ou en cours de constitution. Ceci, lorsque les acquéreurs n’ont pas pu avoir la nationalité laotienne pour acheter les terres. Et lorsqu’ils le peuvent les Chinois font aussi des acquisitions définitives des terres et des biens immobiliers (construction d’immeubles ou achat de compartiments). La naturalisation laotienne étant administrativement laborieuse et devant s’acquérir sur décision de l’Assemblée Nationale, elle devrait de ce fait se réaliser très rarement dans les règles. Les nombreuses acquisitions des biens fonciers par les Chinois se font donc souvent par mariage avec les locaux. Pour le reste, des procédures frauduleuses seraient pratiquées. En dehors des grands investisseurs, la petite migration chinoise, se résume aux commerçants qui essaient d’écouler les sous-produits ramenés régulièrement de Chine. En ce cas, certains d’entre eux louent des compartiments ou les achètent quand ils le peuvent, ou bien alors louent les box construits par les sociétés chinoises ellesmêmes dans les supermarchés (marché Jing kiang, marché de Nongnyang, marché Bôtèn, etc.) Notons que la diaspora chinoise émigrée au Laos depuis plus de quatre générations n’a pas de lien étroit avec les investisseurs chinois de la grande Chine actuelle qui investissent dans de nombreux projets économiques et d’exploitation des terres. En ce qui concerne les investissements vietnamiens, ils se sont beaucoup appuyés sur les relations politiques spéciales que le Viêtnam a avec le Laos. A la différence de la diaspora chinoise du Laos, les Viet-kyo du Laos se relient beaucoup plus avec les nouveaux investisseurs vietnamiens (petits et moyens capitaux) qui arrivent également nombreux dans les plus grandes villes du pays : Vientiane, Thakhek, Savannakhet, et surtout Paksé. En ce qui concerne la migration sans fonds d’investissement particulier, elle se résume pour les deux migrations à l’apport de main d’œuvre. Les travailleurs et les techniciens chinois accompagnent les grandes sociétés de construction, la main d’œuvre laotienne étant très peu utilisée par ces grandes sociétés, car elle est mal formée ou pas formée. Pour les Vietnamiens, dont le système serait moins organisé, les travailleurs sont dispatchés en petits groupes et en individuel et contractent plus souvent des petits contrats avec les privés pour des travaux plus modestes. Ils peuvent également occuper plusieurs secteurs : restauration, tailleurs et confection, services divers, marchands ambulants, etc.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 156 - III. VII. b. 3. La migration artificielle de la coopération internationale dans le renouvellement du domaine bâti et de l’habitat résidentiel Nous désignons “ migration artificielle ” celle constituée par le personnel des ONG étrangers, des organismes internationaux, des ambassades, des entreprises et firmes étrangères et internationales. Leur installation au Laos amène l’expatriation de leurs agents et employés, accompagnés de leur famille pour un temps limité, selon les règles et les termes des contrats respectifs. Leur installation se fait surtout dans la capitale, même si leurs lieux de travail peuvent se trouver dans les provinces. Les expatriés et leur famille ont besoin d’avoir une résidence à Vientiane pour la scolarité de leurs enfants, pour les soins médicaux, les loisirs, les services et la consommation de base. Et quasiment seule la capitale peut les satisfaire. Le côté artificiel de cette migration réside non seulement dans la durée limitée mais aussi dans le fait que le choix résidentiel est souvent fixé dans des lieux stéréotypés et prévisibles, par un certain standard de confort et d’image que les locaux ont su très vite repérer et offrir comme “ quartiers ou maisons des étrangers ”, khoum tang pathed. Cette migration ne contribue qu’artificiellement au changement du paysage urbain ou à son renouvellement, sauf quelques exceptions que nous évoquerons plus en détail dans le paragraphe traitant de la production architecturale. Effectivement les équipements – bureau et siège– qui servent ces organismes peuvent marquer le territoire urbain. L’expatriation des agents internationaux d’aujourd’hui n’est pas comparable à la période coloniale dont les composants bâtis destinés à l’installation des administrations et des agents avaient reconstruit les villes tout en apportant un caractère nouveau. Les habitations occupées par le personnel expatrié aujourd’hui concernent dans la grande majorité des cas les maisons des années 1960 et 1970 réhabilitées, quelques maisons coloniales plus ou moins restaurées, et de très rares maisons lao anciennes. Souvent, les conditions générales et la forme de contrat des baux ne sont pas appropriées pour favoriser la préservation des bâtiments les plus qualifiants, pour que ce type de bâtiments puisse profiter des demandes des résidents étrangers et pour qu’il puisse s’organiser et se structurer de manière conséquente. Beaucoup de bâtiments coloniaux appartiennent à l’État et les conditions ou la forme contractuelle choisie par lui pour louer ces bâtiments aux expatriés ne sont pas forcément pratiques ou favorables à la démarche de mise en valeur patrimoniale. Beaucoup de villas des années 1960-1970 appartiennent encore aux privés, beaucoup d’autres ont été confisquées en 1975. Si celles qui appartiennent aux privés ont fait l’objet de réhabilitation plus facilement, car l’objectif visé est de les louer, on ne peut dire de même pour celles qui appartiennent à l’État. Pour les immeubles appartenant à l’État, le fait qu’il faut beaucoup de fonds –pour indemniser le départ de ceux qui squattent les immeubles, pour restaurer les édifices en mauvais état, pour les loyers de longs termes– freine les organismes qui voudraient participer à la mise en valeur du patrimoine par ce mode. Quant aux maisons lao anciennes, certaines ont fait l’objet de restauration par leur propriétaire afin d’être louées aux étrangers. Ne bénéficiant d’aucune aide publique, les restaurations de ces maisons se font tant bien que mal et restent rares, souvent elles tombent en ruine et ne peuvent plus être restaurées. Parallèlement aux rares réhabilitations et restaurations des bâtiments anciens, les nouvelles constructions cherchent aussi à répondre aux demandes du personnel expatrié. Ce sont des initiatives privées. On trouve dans ces nouvelles maisons proposées au courant des années 1990 des villas contemporaines avec un confort occidental dans une architecture bâtarde sans identité particulière, avec colonnes doriques et corinthiennes, etc., des décorations en moulures empruntant aux langages architecturaux gréco-romains les éléments les plus parlants. Depuis le milieu des années 2000, une nouvelle génération de maisons apparaît. Proches des maisons lao pagnuk, les belles villas dont l’étage est en bois et le rez-de-chaussée en dur –avatar des maisons lao anciennes– sont très appréciées par les expatriés. Les promoteurs privés jouent ainsi dans le pittoresque en construisant des pseudos maisons lao. Les maisons sont mises soit en location soit en vente et c’est un marché relativement florissant à Vientiane et à Luang Prabang. Les étrangers trouvent les moyens pour être propriétaires de ces biens en pratiquant le système de prête-nom. Il est probable Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 157 - que ce type de construction puisse caractériser notre époque, pour sa quantité, son confort et pour ses efforts de s’inspirer de l’architecture lao pagnuk. Il serait alors un indicateur social et culturel de cette migration qui s’est rapprochée de la culture locale à sa manière, en participant au renouvellement de l’habitat d’une époque et en participant à un certain conservatisme local. A côté de ces nouvelles habitations, les demandes en matière d’immeuble de bureaux deviennent également importantes. Les immeubles des années 1970 ou coloniaux réhabilités et abritant les organismes internationaux ne suffisent plus dès le début des années 2000 : la BAD occupe un des bâtiments coloniaux du croisement Lan Xang-Samsaèn tai, l’AFD celui de l’angle du croisement Lan Xang-Khun Bourom, la Banque Mondiale celui donnant sur la place Néru du Patouxay. Comme nous l’avons déjà souligné les organismes et les étrangers européens ou asiatiques proviennent généralement des pays riches, ou du moins, l’image et la représentation de leur pays sont importantes dans une capitale comme Vientiane dont les fonctions connaissent une internationalisation grandissante. Ainsi sont construits un certain nombre de nouveaux bâtiments destinés aux sièges des organismes internationaux : le bureau de UNDP sur l’avenue Lan Xang à la place de l’immeuble d’appartements des professeurs du Lycée de Vientiane, le centre international de conférence sur la route nationale 13 Nord-Est, les nombreuses banques, notamment les immeubles de la banque Lao-viet, la banque Franco-lao, la banque Indochina, etc. III. VII. c. La citoyenneté à travers les actions civiques propagandistes Dans de nombreux pays, la citoyenneté est liée au devoir civique, à une adhésion volontariste dans la participation et dans le partage des droits et des valeurs communes. Ceci est une notion récente et moderne des États Nations qui essaient de créer une communauté nationale audelà des communautés ethniques, confessionnelles ou corporatistes. Il en est de même pour la citoyenneté au Laos, cependant une particularité est à observer. Le principe de l’identité en rapport avec le sol, d’après les principes coutumiers Tout en observant les principes de la communauté nationale, le pouvoir actuel (comme le pouvoir de l’Ancien Régime) se relie à la tradition coutumière qui considère que le principe de l’identité est lui-même le principe de la citoyenneté et ce principe est lié au terroir, à la possession et au droit d’action sur les terres. Ce qui veut dire que la question de propriété des sols est liée au principe ancien de l’identité. Avoir le droit d’agir librement sur le sol, en particulier par le fait d’hériter, c’est le gage de l’identité, gage d’origine et d’appartenance au terroir, etc. La question d’identité, de citoyenneté, de nationalité est donc liée au fait d’appartenir au terroir. Autrement dit, l’appartenance au terroir, la possession légitime et légale du sol signifie la légitimité de la citoyenneté laotienne. Le sol est une condition naturelle et fondamentale de la citoyenneté. La citoyenneté a induit, à son tour, l’exercice des actions civiques sur le territoire et dans l’espace politique. Pour l’autorité, la liberté d’interventions dans l’espace comme la jouissance des terres, accompagnée du droit et du devoir civique, est réservée à la citoyenneté. La population migrante semble dans cette logique être écartée de toute action citoyenne. Or, nous avons vu que l’influence de la migration est importante sur l’espace physique, même si elle n’est pas déterminante. Elle apporte par exemple d’autres pratiques de l’habitat qui peuvent modifier certaines données spatiales. Les programmes de sensibilisation pour les actions civiques et citoyennes : familles et villages culturels et modèles Par rapport à la tradition coutumière qui conçoit que la notion de l’habitant est liée au droit de jouissance du sol, et ce droit lui-même est lié à son tour à la question d’identité et d’appartenance au terroir, donc à la citoyenneté, s’est ajouté une nouvelle définition de la citoyenneté. Celle-ci est réalisée à travers les programmes de sensibilisation pour des actions civiques et citoyennes mise en place vers 2004. Tab. 6. Questionnaires d’évaluation de famille modèleDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 158 - Les directives et les consignes, émanant d’un décret, ont été données à tous les muang, les ban, les nouay et les familles pour que ces derniers mettent en œuvre les six objectifs principaux de l’État. Les six actions ou objectifs que le citoyen doit réaliser sont appelés les Six Sô (sqdl) : 1- sécurité ; 2- propreté ; 3- verdure ; 4- lumière ; 5- civilisation ; 6- esthétique. Et tous les ans une évaluation est faite pour labelliser les familles ou les villages qui ont réalisé les mieux les six objectifs. Mais l’évaluation est progressive : chaque année, on insiste sur quelques objectifs et non sur la totalité. Par exemple de 2004 à 2010, ce sont surtout les quatre hhhhhfifàdéyfs8 ae2rfcd premiers objectifs qui doivent être atteindre. L’une des méthodes (à moins que ce soit la seule) d’évaluation est les questionnaires posés à chaque foyer. Pour recueillir ces questionnaires un agent administratif du district, accompagné du chef du nouay, vient faire du porte-à-porte dans les villages. Et à partir des réponses, ils procèdent à l’évaluation. Ainsi, nous voyons au journal régulièrement que tel ou tel village, tel ou tel district réussissent à tel pourcentage à réaliser les six objectifs que l’État a recommandés. Ces évaluations ne peuvent correspondre à la réalité que dans une mesure très limitée, puisqu’il n’y a aucun moyen ni de critère de vérification sur le terrain. L’évaluation se fie uniquement aux réponses données aux questionnaires. Ceux-ci doivent rendre compte si les objectifs sont atteints ou pas pour la fête des 450 ans de la fondation de Vientiane et pour fêter aussi les 35 ans de la fondation de la RDPL. On établit ainsi des familles modèles. Plus il y a des pourcentages de familles modèles et plus le village peut être labellisé comme village modèle. La conception nouvelle de la citoyenneté que le gouvernement de la RDPL explicite à travers les dispositifs propagandistes dont nous venons de décrire le contenu a donné une nouvelle définition à la notion de “ comment être citoyen ” aujourd’hui d’un pays comme le Laos. Cette définition est partiale pour le moins que l’on puisse dire. En s’adressant ainsi au citoyen, il s’agit de vouloir inculquer à la population locale la responsabilité citoyenne. Les questions ne sont pas adressées aux habitants étrangers. Notons que la responsabilité citoyenne qu’inculque l’État est différente de la responsabilité habitante qu’aurait pu avoir un étranger. Les citoyens sont laotiens, alors que les habitants, usagers de la ville, ne le sont pas forcément et peuvent être ceux qui habitent simplement dans le pays, ou qui y investissent pour le court ou le long terme. Leurs participations au développement peuvent accompagner ou entraver les actions citoyennes à bien des égards. Cela suscite des questions quant à leurs comportements et participations dans la démarche civique. En d’autres termes, comment les critères de villages modèles peuvent-ils être appliqués aussi aux étrangers, en tant qu’usagers, pour un usage durable de l’espace commun de la ville. Si nous restons dans la logique du discours officiel, pour pouvoir participer aux actions civiques portant sur l’espace et son usage, les émigrés doivent obtenir la citoyenneté laotienne, telle qu’elle est définie par l’État. Pourtant, la loi portant sur la naturalisation et les critères de citoyenneté restent imprécis et relèvent de la décision de l’Assemblée Nationale (AN) : chaque cas de naturalisation doit être approuvé par l’AN. Ceci laisse la porte ouverte à pas mal de fraude. Ayant ou pas la nationalité ou la jouissance des terres, sans acquérir de toute façon la légitimité et la responsabilité citoyenne, comment une population émigrée peut-elle participer à la modification spatiale de manière responsable. À cette question s’impose une réalité, celle que les émigrés et leurs investissements ont pu introduire dans le pays. Réalité à laquelle le pouvoir n’a pu apporter une explication raisonnée : les immigrés sont des acteurs passifs, ils ne peuvent participer aux actions civiques que nous venons d’évoquer. À la question comment le gouvernement harmonise la réalité imposée par les émigrés et leurs investissements, par rapport au fondement traditionnel du droit de jouissance des terres, confondu à l’identité puis à la citoyenneté, il n’y a pas à ce jour de réponse. Pourtant la citoyenneté joue un rôle essentiel dans la gestion de l’espace, car les citoyens sont des acteurs actifs, ils participent au dialogue avec la gouvernance, ils adhèrent (ou ils n’adhèrent pas) à la politique de la ville, par le fait que la structure sociale et politique du village dans laquelle ils s’inscrivent constitue leur porte-parole, etc. Seule la citoyenneté permet le droit d’action complète sur les terres et le droit de participation à un certain degré à la vie politique Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 159 - citoyenne. Mais la citoyenneté –tout en ayant la légitimité– n’a pas de pouvoir financier d’agir, ni le droit de porter un jugement sur la politique et sur la gouvernance –une situation particulière de la citoyenneté laotienne due au système autoritaire et au pouvoir unique du régime. Le développement actuel se base beaucoup sur les fonds financiers et d’investissements extérieurs qui s’accompagnent aussi d’une émigration forte, avec laquelle il faut composer pour gérer la vie économique et sociale du pays. Il faut effectivement comprendre dans le paysage politique et dans la gouvernance locale que les investissements exercent une influence sur les décisions politiques et remettent bien souvent en question la souveraineté du territoire, de la politique et de la gouvernance urbaine, et qu’une migration accompagnée du poids d’investissements lourds a le pouvoir de définir les nouveaux acteurs spatiaux et économiques (sachant que la migration chinoise et vietnamienne est liée aux investissements de masse). III. VIII. Les productions architecturales et urbaines Nous venons de traiter les sept questions qui ont été les éléments essentiels de constitution et de recomposition spatiale de la ville et du territoire, qui sont –rappelons-le : 1- le retour des symboles, 2- le regain des centres historiques, 3- le mouvement de la stratégie résidentielle, 4- le mouvement du foncier, 5- le mouvement péricentre et périurbain et le renforcement des polycentralités, 6- la recherche des outils de développement de gestion de maîtrise du territoire urbain et de la gouvernance, 7- le rôle des investissements et de la migration dans la conception de la citoyenneté. Pour compléter notre compréhension, la constitution et la recomposition de la ville et du territoire doivent surtout être éclairées par la question de la production architecturale et urbaine qui doit être approchée à travers quatre champs, à savoir : le champ opérationnel et économique, la nature des commandes et les commanditaires, les entrepreneurs et les architectes. L’identification de ces domaines et de ces acteurs permet de comprendre l’un des aspects de la recomposition en cours, mais aussi la constitution à venir de l’espace urbain et territorial. Les conditions de l’opérationnel, le contexte économique Les différents mouvements de recomposition de la ville se sont rendus visibles à travers une forte quantité de nouvelles constructions : routes, bâtiments d’activité, équipements divers, différentes formes de logements individuels, etc. La dynamique du domaine de la construction est favorisée par le contexte économique. À partir de 1995 et en particulier après 2000, on enregistre une constante croissance. Le chiffre officiel avance un taux annuel de croissance économique de 6,5 % entre 1997 et 2006. Mais durant le début de cette période de croissance le pays vit toujours fortement sous les aides internationales (bilatérales ou multilatérales). La majorité des projets sont financés par les bailleurs de fonds (prêts auprès de la BAD, de la BM ou dons) en particulier lorsqu’il s’agit de la construction des infrastructures. Les constructions privées occupaient une part moins importante que les projets publics et d’aide internationale. Plus tard, à partir de 2005 des équipements ambitieux et emblématiques font leur apparition et se multiplient. Les conditions de l’opérationnalité, dès 2000, sont plus que favorables : les entreprises de cimenterie qui appartenaient à l’État ont été reprises en joint-venture par des investisseurs privés étrangers (chinois) depuis plus de dix ans, améliorant les quantités et la qualité de la production. Il en est de même pour les autres usines du secteur de la construction, notamment celles des armatures de béton qui ont également été privatisées. À certaines périodes de l’année et surtout durant la construction des barrages, notamment le barrage de Nam Theun 2, les cimenteries du pays ne peuvent plus satisfaire les besoins. Les ciments et l’acier pour le béton armé sont alors aussi importés de Thaïlande et du Viêtnam. Les scieries et le bois (légaux et clandestins) occupent aussi une part importante dans le secteur. L’exportation de bois du Laos vers les pays voisins connaît un rythme effréné. Des inquiétudes ont été exprimées vis-à-vis d’une déforestation trop rapide du pays. De nombreux sites d’exploitation de sable, de gravier, de roche ont fait l’objet de concessions accordées aux privés, dans toutes les provinces du pays, et leur nombre ne cesse d’augmenter chaque année.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 160 - Les entreprises de construction Pour les projets publics, l’État établit le système d’appel d’offres. Cela incite à la création de nombreuses sociétés de construction qui désirent prendre part au marché. Les sociétés ont d’abord été mixtes avant de devenir privées. Le décret pour la création des sociétés de construction a été promulgué en 1991 (décret N1510/MCTPC, 28/09/1991) mais il n’a pas été l’élément très incitatif. Ce sont les appels d’offres publics et l’explosion des projets d’infrastructures publiques qui étaient l’élément moteur. Néanmoins, le décret a donné un cadre général et opérationnel aux nouvelles sociétés lorsqu’elles sont devenues plus nombreuses. Leurs activités et leurs compétences se diversifient tout en étant très inégales. On compte les petites entreprises familiales, jusqu’aux grosses sociétés de travaux publics et des ponts et chaussées. Dans tous les cas, les sociétés sont constituées de personnel restreint, même lorsqu’elles sont grandes et réputées : travaillant en réseau les sociétés possèdent plutôt des réseaux d’artisans, de main d’oeuvre et des petites sociétés, qu’elles sous-traitent dans la majorité des cas. La grande majorité des chefs d’entreprise de construction sont ingénieurs ou architectes qui n’exercent plus leur métier en tant que tel. Les maîtres d’ouvrage Pour les entreprises, le plus grand marché et le plus grand client reste le marché public et l’État. Ce fut vrai jusqu’à il y a cinq ou six ans. À partir 2005-2006 dans les grandes villes à forte potentialité touristique où de développement économique, les grands projets privés deviennent plus fréquents : grands hôtels, immeubles, centres commerciaux, quartiers d’habitation, etc. Les maîtres d’ouvrages privés deviennent même plus importants que les maîtres d’ouvrages publics dans certaines villes en matière d’aménagement et de projets urbains, notamment l’exemple du Groupe Dao Heuang à Paksé dont l’un des nombreux projets couvre un quartier entier, et occupe une bonne partie de la ville. Les expertises internationales et les compétences locales Au début des années 1990 lorsque les projets d’infrastructure et d’étude urbaine devenaient plus nombreux, l’expertise internationale se fait aussi nombreuse. Elle accompagne la totalité des projets financés par les bailleurs de fonds internationaux. Les compétences locales sont lacunaires, vis-à-vis de la complexité technique et de la complexité de la gestion des projets qui doivent se ranger dans le standard méthodologique des bailleurs de fonds. Les études globales, les études de faisabilité, les études détaillées de mise en application, le planning de réalisation et d’intervention des experts, le plan de décaissement des fonds, etc., requièrent ainsi de l’expertise. Souvent, les aides internationales consistent à payer les rapports d’étude produits par les experts internationaux contractés par les donateurs eux-mêmes ou par les bailleurs lorsqu’il s’agit des prêts. Ainsi entre les années 1995 et les années 2000 les bureaux des gouverneurs et des ministres “ s’écroulent sous les rapports des experts” souvent inappliqués. Dans beaucoup de cas, les rapports d’études rendent compte des situations et donnent des aperçus sur tels ou tels secteurs, mais ne permettent pas leur mise en application qui relève des compétences des agents de l’État. Or il a fallu pour l’autorité laotienne que les rapports soient détaillés jusqu’aux plans d’exécution pour qu’ils puissent être mis en oeuvre. Cela soulève deux problèmes importants. D’un côté, la formation des agents de l’État prend du retard dans le secteur urbain : urbanisme de détail, urbanisme règlementaire, analyse et projet, aménagement, gestion et service urbain, les études de pointe et enfin, la recherche. Ces compétences, si elles pouvaient se constituer, pouvaient permettre une prise en main locale et éviter le gaspillage qu’expérimentent les pays en voie de développement comme le Laos. Les agents locaux ont encore beaucoup de mal à concrétiser les rapports et les recommandations (sur papier) des experts internationaux pour passer au plan d’exécution. De l’autre côté, les experts, dans la grande majorité des cas, ne mesurent pas avec grande finesse la situation et les besoins des locaux, ni leur contexte de réalisation. Contraints par le planning contractuel, et limités par leurs propres compétences, ils abordent les questions locales souvent avec les paramètres globaux. Vis-à-vis de cette question, le gouvernement laotien n’a pas les outils intellectuels, ni les moyens techniques et les atouts financiers pour évaluer et valider le bien-fondé des travaux des experts.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 161 - Quasiment seuls les projets accompagnés de projets-pilotes ont apporté leur fruit à l’égard de la formation des agents : mise en exécution des projets, management de projets, formation à l’étude urbaine et à l’analyse de projet, rentrer vraiment dans le vif du sujet. Les projets-pilotes permettent également d’évaluer le bien-fondé des ouvrages ou des projets, car ces derniers sont mis à l’épreuve par les usagers eux-mêmes. Mais peu à peu et dans certaines mesures les experts locaux commencent à se former. Ils ne sont pas nombreux et la plupart d’entre eux, souvent anciens fonctionnaires, finissent par travailler en indépendant via des sociétés de consultants locales, mixtes ou internationales. Et le plus important à signaler, c’est le domaine de la gouvernance urbaine et de la politique de la ville : depuis peu, les questions ont été abordées à travers la création des UDAAs de manière indirecte. Et encore, ces questions ont été vues à travers la politique de l’éradication de la pauvreté à l’échelle nationale et de l’amélioration du cadre de vie à l’échelle des centres urbains. Les architectes Ces derniers exercent rarement leur métier d’architecte. Car les maîtres d’ouvrage se passent très souvent d’eux et traitent directement avec les entreprises de construction. Ces derniers pilotent la réalisation des projets à la place des architectes et communiquent directement avec les maîtres d’ouvrage, qui eux, endossent bien souvent le rôle de l’architecte. Ils conçoivent euxmêmes leur projet, font ensuite exécuter les plans par un architecte-dessinateur si besoin est, lorsqu’il est nécessaire de demander les permis de construire. Ils suivent aussi eux-mêmes leur réalisation jusqu’au bout. Bien entendu, les déboires sont nombreux : dépassement des budgets, dépassement du planning, démolition et reconstruction de parties de l’ouvrage, contrats de construction impayés, chantier non livré, etc. Sur le plan législatif, le contexte local concernant le travail et le statut des architectes est particulier. En fait, on vient voir un architecte lorsqu’il faut constituer un dossier de permis de construire. Car il faut un sceau d’un bureau d’étude d’architecture sur le dossier graphique de la demande du permis de construire. Ce sceau, c’est la preuve de la patente d’entreprise. Et pour avoir la patente, il faut être architecte diplômé de la faculté d’architecture. Un décret portant la création des bureaux d’étude d’architecture a été mis en application en 1991. 210 En ce cas, ce sont les droits et les devoirs des bureaux d’étude en tant qu’entreprise qui sont définis, ceux des architectes et le métier de l’architecte, restent encore flous. Il en est de même en ce qui concerne l’obligation de recourir au service de l’architecte. Pour l’heure, l’ordre des architectes n’existe pas au Laos. Une association des architectes a été créée au début des années 2000. Leurs membres sont représentés aussi dans les provinces les plus importantes. L’association est corporatiste et n’implique apparemment pas de dispositifs juridiques particuliers. Culturellement, l’architecte est vu et compris au Laos comme un dessinateur qui produit, selon la demande des clients, des documents graphiques destinés à la demande des permis de construire. Dans le meilleur des cas il est vu comme un “ designer ” en lao le terme qui définit ses actions est ork bèb qui veut dire “ faire du modèle ”. Pourtant, le terme qui désigne la discipline et le métier est éloquent : sathapatagnakam pour architecture, et sathapanik ou sathapatagnakorne pour architecte. Ces termes désignent l’architecte comme un artiste et un intellectuel. Mais dans la perception contemporaine de l’architecte dans la société lao, aucune démarche intellectuelle et conceptuelle ne semble lui être reconnue. L’architecture reste une connaissance, une discipline, un art et un métier mal connus et mal compris pour la grande majorité de la population, même la plus instruite, y compris pour les Occidentaux vivant au Laos. De fait, l’architecture est réservée à une élite encore marginale et restreinte. 210 Décret N1511/MCTPC, 28/09/1991.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 162 - La question de la création architecturale et urbaine Comme nous l’avons noté à l’instant, les maîtres d’ouvrage privés et publics conduisent les activités de construction de manière très active. Des équipements, des logements, des quartiers, voire, des monuments ont été construits nombreux dans les villes. Les investissements de l’État et ceux du privé connaissent une dynamique incomparable jusqu’à ce jour. Notre réflexion devrait s’arrêter sur ce constat si nous ne poursuivons pas notre réflexion autrement. Notre démarche dans ce paragraphe n’est pas de décrire la production du bâti durant une période de développement accéléré, mais d’interroger la notion de création spatiale dans la recomposition de la ville. Nous abordons et soulignons autrement la notion de production spatiale en interrogeant parallèlement la notion de créativité. On peut dire que les maîtres d’ouvrage publics et les grands investisseurs produisent la ville d’aujourd’hui. Car les grands projets organisent ou désorganisent les espaces urbains et les lieux les plus emblématiques, ils constituent les enjeux pour l’avenir des villes et leurs centres anciens. Les commanditaires avertis, soucieux de l’intégration environnementale et culturelle, sont tout à fait absents de la grande majorité des projets, les motivations et les facteurs qui ont conduit les grands projets étant avant tout axés sur l’apport économique, répondant aux bons vouloirs des investisseurs. La notion de projet et de création ne peut donc être recherchée dans les projets réalisés par ces acteurs. C’est alors avec le commanditaire averti que nous pouvons aborder la démarche de la création architecturale, un cadre bien limité et restreint par rapport à l’ampleur de la production du bâti. Car les démarches pour commander et les démarches pour y répondre et produire l’espace (qu’elle soit architecturale ou urbaine) doivent aller de paire. Ceci, dans le sens où à travers l’espace, les formes, les matériaux, le rapport à l’environnement culturel, paysager et climatique, la création spatiale peut produire du sens et de l’émotion, avec un caractère visionnaire au delà de sa capacité de représentation et d’apport de confort et de fonctionnalité. Actuellement peu de projets poursuivent la démarche que nous décrivons. Pour se rendre compte prenons des exemples de projets dans deux champs d’application : d’abord, la rénovation immobilière et foncière qui s’opère particulièrement dans les centres, et ensuite, la production urbaine proprement dite. Dans ce 3e chapitre, nous avons déjà évoqué le contexte de leur production, ici, nous allons souligner l’aspect et la forme de l’architecture produite. La création architecturale et urbaine dans la rénovation immobilière et foncière. La valeur accrue du foncier conjoint au vieillissement des quartiers centraux, en particulier pour la capitale et les capitales provinciales, le renouvellement et la création architecturale éventuelle peuvent être conduits dans le cadre de la mise en valeur du foncier plus que par la volonté de renouvellement spatial qui serait passé par la restauration ou la réhabilitation raisonnée des bâtiments à l’échelle d’une rue, d’un quartier ou d’un centre homogène. - Les restaurations des anciens bâtiments méritant conservation sont quasiment des exceptions. Ils ne concernent en ce cas que les bâtiments coloniaux qui ont très rarement échappé à la démolition. Dans certains cas, les bâtiments sont démolis pour être reconstruits entièrement plus ou moins à l’identique. Fait tout à fait curieux, le commanditaire, l’entreprise, l’architecte et l’autorité responsable de la liste des bâtiments protégés considèrent que les bâtiments sont protégés et restaurés. Cela renvoie la notion de protection - restauration à une définition bien particulière. - Les réhabilitations sont moins rares que la restauration, en ce qui concerne les villas, les immeubles, les compartiments des années 1960 de plusieurs étages (à R+3 le plus souvent). Les traitements de façade et de couverture ainsi que les circulations verticales en ce cas ont fait le plus souvent l’objet de retouches. Quelques heureux projets peuvent être remarqués du point de vue architectural, ceux qui respectent l’architecture d’origine des bâtiments. Mais le plus souvent les réhabilitations ne répondent qu’à la nécessité de remise en fonction des bâtiments : assainissement des anciens réseaux de flux vieillis, gagner les espaces utilitaires, etc. Ce qui est recherché, c’est des travaux rapides, à moindre coût, sans intervention de professionnels de l’architecture : une analyse Fig. 27. L’architecture officielle : le campus du cabinet du Premier Ministre.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 163 - Fig. 28. Des sièges de société : Nouvellement installés pour reconstituer l’architecture d’origine n’a jamais été réalisée, par exemple. Les réhabilitations dénaturent bien souvent l’architecture d’origine des bâtiments : utilisation du langage architectural mixte, des matériaux composites. Dans certains cas les réhabilitations sont issues de compromis : tout en ignorant l’architecture d’origine, la réhabilitation recherche certaine qualité, afin de répondre aux fonctions nouvelles affectées aux bâtiments, lorsqu’il s’agit par exemple de les transformer en hôtel de bon standing. Par ailleurs, il n’y a jamais eu jusqu’à ce jour des réhabilitations groupées de plusieurs compartiments respectant le fait qu’ils ont été produits à l’origine dans un même projet d’architecture et une même opération immobilière. Les fronts de rue sont déstructurés par des opérations de réhabilitation isolées, faisant l’abstraction de la cohérence d’origine des unités de façade. La création architecturale et urbaine en tant que nouvelles productions spatiales. Les nouvelles productions architecturales actuelles sont caractérisées d’abord par les grands projets d’équipements publics de l’État : musées, immeubles administratifs. Ceux-ci utilisent invariablement le même vocabulaire architectural, démonstratif de la formulation du langage officiel. Parmi les bâtiments nouvellement construits, notamment les écoles, même lorsqu’elles sont privées, tendent à se référencer aux bâtiments de l’État dans les vocabulaires architecturaux utilisés. Ceci parce qu’en étant des équipements éducatifs, l’État effectue plus ou moins un contrôle sur le programme et la conformité de leur réalisation. Dans ces équipements, nous remarquons invariablement l’utilisation des grandes toitures en pentes avec frontons ouvragés supportant des armoiries ministérielles, des décors architecturaux semblables aux monastères, comme nous l’avons noté dans le paragraphe traitant du « modèle d’architecture et du pastiche architectural ». Parfois, les vocabulaires gréco-romains (colonnades, linteaux, etc.) font leur apparition parmi les décors. Les projets sont caractérisés par leur lourdeur constructive (mégastructure en beton armé) et par leur imposante échelle. Dans leur ensemble, les bâtiments recherchent davantage l’effet de la représentation qu’une affectation fonctionnelle adéquate. Toujours est-il, les plans intérieurs sont assez simplifiés et servent une certaine monofonctionnalité. On compte parmi ces bâtiments le campus du cabinet du Premier ministre, le bureau du gouverneur de Vientiane, le musée de l’armée et de la police, le palais de justice, le palais de la culture. Il s’agit ensuite des équipements de services : malls, grands hôtels, immeubles de bureaux et d’appartements. Issus des commandes des groupes d’investisseurs privés, les projets mettent en évidence l’utilisation du vocabulaire architectural au caractère international, servant principalement la diffusion des produits commerciaux et industriels importés. La quasi-totalité des immeubles de ce type ont la volonté d’être des immeubles signaux : repérables de loin, facilement accessibles, fonctionnant comme vitrines pour les produits et grandes marques. Ce sont des espaces qui s’imposent et restent figés dans leur emprise. Il s’agit notamment des nouveaux bâtiments du marché du matin, de ITECC, du bâtiment de la Bourse et de nombreux sièges de banques. Les immeubles de bureaux se rangent aussi dans cette catégorie. L’installation en cours de nombreuses sociétés nationales ou internationales qui s’implantent au Laos augmente les besoins en surfaces de bureau. Pour les sièges et les représentations des firmes et des sociétés, des immeubles de représentation de marques ont fait leur apparition, suscitant des constructions de type immeublestours qui sont des nouvelles formes de constructions pour le pays. Ainsi après les nombreuses banques étrangères, il y a notamment les sièges des sociétés mixtes telles que Nam Papa Lao, EDL, Beer Lao, Lao Télécom, etc. Enfin, il s’agit des habitations, dispersées dans l’ensemble de la ville. Les appartements (appartements avec services) qui étaient habituellement rares au Laos, et même à Vientiane, font leur apparition et sont de plus en plus recherchés par une clientèle étrangère, asiatique et européenne en poste. Par le fait que les services (ménage, linge et blanchisserie, gardiennage) sont fournis, ils intéressent les experts ou les employés de sociétés en courts séjours dans la capitale. Cela va d’un standard simple jusqu’au grand luxe (de 500 USD jusqu’à 2500 USD par mois vers Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 164 - l’année 2010) avec piscine et terrasse. Mais la grande majorité des immeubles d’appartements ne font pas preuve de grande créativité, ils sont assez standards. Les appartements à faible loyer ou à loyer modéré destinés aux locaux n’existent quasiment pas. En ce qui concerne les maisons individuelles il y a trois standards de prix (observé en 2010) : - Le standard le plus bas concerne les constructions dont les coûts sont faibles, les loyers ne dépassant pas 1 200 à 1 500 bath par mois (40 à 50 usd). Ce sont des compartiments à rez-dechaussée, ou des studio de type T1 à murs mitoyens. Habituellement servants de lieu de commerce avec habitation, les nouveaux compartiments de ce type ne servent plus qu’à l’habitation, un peu rudimentaire. - Pour un logement à loyer modéré d’une construction à coûts de construction moyens, on trouve des petites villas en maçonnerie à rez-de-chaussée et des compartiments à R+1. Le loyer tourne autour de 300 à 500 usd par mois. Souvent il est négocié pour un loyer annuel autour de 100 000 bath (3 300 usd.) ou le double lorsque le compartiment a plusieurs étages ; ou lorsqu’il se trouve en centre ville et bien agencé, il peut être multiplié par quatre. - Avec un loyer qui dépasse 500 usd par mois, on commence à entrer dans un standard supérieur. Ce sont des villas plus grandes, plus soignées. Dans les années 1990 ce sont des villas à R+1, grandes et confortables utilisant abusivement les vocabulaires de l’architecture gréco-romaine (colonnade avec les ordres architecturaux). Dans les années 2000, on voit apparaître des maisons en bois pseudo-lao, utilisant des matériaux mixtes, bois et maçonnerie. Souvent, le bois est plaqué pour cacher les murs en maçonnerie, puisque l’effet recherché est l’apparence de maison lao ancienne, qui séduit les locataires étrangers, voire, les futurs acquéreurs. Car les étrangers qui décident de s’installer au Laos seraient des acquéreurs potentiels de terrains pour y construire leur propre maison en utilisant le système de prête-nom. On peut dire que la maison lao pagnuk –version améliorée dans le luxe– ou les copies de maisons lao anciennes deviennent à la mode à travers la clientèle étrangère. En cela et généralement, très peu de monde recourt au service des architectes. Les propriétaires esquissent eux-mêmes le plan de leur maison et recourent au service des architectes qu’ils considèrent comme dessinateurs et constructeurs dont le rôle principal est de leur constituer le dossier des permis de construire et le dossier succinct de consultation qui va les aider à négocier avec les entreprises de construction ou avec les artisans. La démarche de la conception architecturale a été complètement passée sous silence. En marge de ces pratiques courantes et de ce marché, il y a un petit marché constitué de projets marginaux. Ils sont pensés conjointement entre l’architecte et le commanditaire –puis en second temps, le constructeur. Ils restent restreints et expérimentaux. Ils privilégient avant tout le mode de vie de leurs futurs occupants, qui mettent en avant la recherche du confort climatique, l’intégration paysagère et la liberté d’appropriation fonctionnelle ultérieure. Ceci, notamment pour permettre à l’espace d’évoluer avec l’évolution des foyers, permettre à l’habitation d’exister malgré l’évolution du contexte paysager et climatique du site qui ne serait pas forcément favorable, induite par le développement rapide de la ville, etc.211 Du moins, la démarche de la création architecturale prend en compte les contraintes de ce type parmi ses données conceptuelles. A l’heure où les questions climatique, économique et environnementale s’imposent avec plus d’acuité à la construction de l’habitat et de la ville, il est impressionnant de voir que la construction-restructuration des villes du Laos, en particulier des grandes villes, vont dans le sens inverse. Elle n’intègre pas ces données préoccupantes. Pourtant, ces données intégrées dans la production architecturale et urbaine devraient altérer la vision élitiste de l’architecture. En effet, si les problèmes économique, environnemental et climatique, étaient à même d’être mieux compris 211 Cette option a été prise par moi même dans quelques projets d’architecture réalisés : une villa à Ban Savang et une villa dans les rizières à Donetyo (Vientiane).Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 165 - par les habitants par rapport à l’architecture, parce qu’ils touchent directement la qualité de vie, le confort, la santé et les dépenses des foyers, un espace architectural et urbain intégrant toutes ces questions devrait être accessible à tous, aussi bien aux commanditaires qu’à ceux dont la déontologie du métier est d’y répondre. Les démarches doivent se réaliser à double sens. L’avenir de l’architecture qui est déjà d’actualité serait donc lié à cette condition. La création architecturale ou la recherche de la qualité spatiale des projets doit donc se rapprocher de cette démarche de vulgarisation pour être comprise du grand public. Si les commanditaires, à défaut de posséder de culture architecturale, faisaient preuve de pragmatisme et se préoccupaient de leur cadre de vie, cela “ suffirait ” pour favoriser l’émergence de la création spatiale de qualité. A ce jour, un éventuel mouvement de création architecturale serait à rechercher dans les projets privés (habitats individuels et collectifs), même si la demande architecturale et le recours aux prestations des architectes restent encore modestes, mais à même de poser des questions suscitées notamment par le souci climatique, économique et environnemental. En ce qui concerne des projets privés plus grands, avec des investissements plus importants et des programmes nouveaux et complexes (bureaux, centres d’affaires, parc de loisirs, etc.) qui se préparent sur plusieurs sites, l’État tente de mettre en valeur ses biens fonciers et immobiliers. A travers ce marché il adresse des appels à proposition aux fonds d’investissement privés (très souvent étrangers) sous forme de concession de longue durée, voire, sous forme de transaction définitive. Soulignons cependant dans les deux cas, que la création architecturale ne peut être en tant que telle, qu’à condition que les commanditaires soient sensibilisés aux problématiques spatiales, et soient intellectuellement ouverts pour être saisis préalablement par les questions économiques, climatiques et environnementales. Pour l’instant ce n’est pas le cas, mises à part quelques exceptions qui font figure de projets marginaux, les nouveaux projets ne peuvent être représentatifs de la création et du renouvellement architectural à proprement parler. La critique peut s’adresser aux habitations des “nouveaux riches” qui, comme nous l’avons souligné, sont constituées de villas pseudopalladiennes (dans les années 1990) puis des maisons pseudo-lao (depuis près de dix ans), aux grands projets d’investisseurs. Par ailleurs, du fait que les commanditaires étrangers (occidental et asiatique) sont devenus de plus en plus importants, on pourrait penser que la création architecturale peut être suscitée à travers leurs commandes. Ces derniers sont censés être plus exigeants et sensibilisés à l’architecture par le biais des questions environnementales et climatiques ou par le biais de leur culture respective. Mais force est de constater que la clientèle extérieure n’est pas très différente de la clientèle locale. S’ils arrivent très souvent à porter des critiques aux projets de maisons pseudo-palladiennes des nouveaux riches, leurs commandes restent attachées au pittoresque, au prototype reproduit des maisons lao, une coquille vide de créativité et de sens. Cette clientèle, qui a suscité la naissance de nombreuses maisons pseudo-lao, a principalement constitué les quartiers résidentiels étrangers. Les handicaps constatés ne concernent pas seulement les commanditaires, mais interrogent surtout les architectes et l’encadrement technique et institutionnel du service public, dont le métier ou les devoirs sont de réduire ces handicaps. En ce sens, la question doit être portée à un autre niveau de réflexion, réunissant la recherche et la formation, la politique de la ville et le cadre technique de sa mise en application, la connaissance des savoirs hérités et l’idéologie ou la politique culturelle de l’État.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 166 - Conclusion Depuis la fin des années 1990, la ville qui se déploie, tout en repoussant plus loin ses limites, recherche aussi ses repères. Cette première partie de la recherche a tenté de comprendre le rôle des centres anciens dans les recompositions spatiales contemporaines, les ruptures par rapport aux principes fondateurs et l’altération de leurs éléments structurants. L’objectif est de saisir la place qu’occupe l’espace ancien dans la ville d’aujourd’hui, aux regards des nouveaux modes d’habiter, de production et de gestion urbaine des politiques d’aménagement du territoire, conduites par les pouvoirs publics, à l’échelle locale et régionale ; de comprendre le devenir contemporain des villes du Laos, le rôle de leurs centres anciens dans les nouveaux enjeux spatiaux. C’est pour éclaircir ces questions que la pratique habitante est observée, parallèlement à l’analyse de la planification urbaine. Et à plus grande échelle nous avons étudié les interactions et leurs résultantes entre le local et le global, entre le réseau et le territoire, entre la disparité de croissance économique des territoires et leur dislocation, entre effets fédérateurs et effets de résistance, pour comprendre – de facto– l’effet de l’intégration régionale sur l’écosystème social et urbain des villes, que celui-ci soit hérité du passé ou nouvellement produit. Décomposition, recomposition, recyclage : ce sont des étapes et des processus qui décrivent aujourd’hui la mutation de la plupart des espaces des centres historiques et des établissements anciens, ou simplement de la ville. Cette mutation est analysée ici dans une temporalité donnée, c’est-à-dire, à partir de la mise en place de la Nouvelle Mécanique Économique (NME) jusqu’à aujourd’hui : le NME étant le déclencheur du développement économique qui permet le développement des espaces urbains et territoriaux. Ce développement a non seulement révélé l’émergence des espaces anciens –souvent centraux et historiques–, mais a aussi explicité ce phénomène comme une décomposition, une recomposition et un recyclage spatial. D’abord, la réforme de 1986 a été un enjeu économique et politique majeur pour le régime, lui permettant de sortir peu à peu de “l’état de fait” et d’entamer une intégration progressive dans la société des nations, évitant au régime un éclatement qu’il aurait pu connaître avec l’écroulement des pays du bloc socialiste. Deux facteurs induits dans le cadre de la réforme ont été les éléments moteurs des mutations spatiales des villes et des territoires laotiens : 1- Les dispositifs économiques locaux et régionaux : le passage de la production collectiviste à la production privée, la reconnaissance de la propriété privée et du droit de commerce, l’ouverture plus grande à l’Occident et à la coopération internationale, renforcés par la création de la constitution en 1991, permettant des échanges plus grands avec l’extérieur et de recevoir aussi des aides internationales, favorisées par une certaine dynamique économique et un dispositif de coopération détendue sur le plan régional. 2- La régulation foncière : le fait de rendre la terre à la population, de reconnaître son droit de propriété, de jouissance et de transaction, améliore la relation très tendue entre le nouveau pouvoir et la population qui retrouve une certaine confiance. Cela montre combien la question de la terre est importante à l’échelle individuelle et dans la constitution du bâti et du tissu urbain, importance que nous avons démontrée dans l’étude de la tradition foncière, en liaison avec la formation et l’évolution du bâti. Les mutations de l’espace explicitent deux phénomènes contradictoires : à la fois le phénomène d’émergence et le phénomène de marginalisation des territoires. Nous les identifions en cinq points : 1- Les pôles locaux d’attraction pour le développement se sont constitués –avec ou sans succès– à travers la restructuration des réseaux d’infrastructures, la construction et le déplacement des équipements, la clarification du statut et de l’échelle des villes, alors que les pôles régionaux révèlent le phénomène de monopôle et de concurrence qui induit, pour certaines villes laotiennes, plus leur mise en marge que leur intégration par rapport aux réseaux de développement.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 167 - 2- Le phénomène d’émergence et de marginalisation fait aussi impliquer la question des réseaux régionaux d’échange économique. Dans la réalisation des projets en cours, les constats ne peuvent être faits de manière satisfaisante, mais quelques éléments ont déjà été repérés comme un frein : la capacité des projets à intégrer l’échelle locale et les données humaines dans leur réalisation, à gérer et à répartir les retombés économiques, etc., est fortement lacunaire et limitée. 3- Il en est de même pour les territoires de concession. Les cas étudiés –la concession de Botén et les sites miniers– montrent que les questions du local et de l’humain n’ont pas été assez prises en compte : les établissements humains autour des mines n’ont pas été bâtis comme un établissement social et urbain durable, en conséquence, leur pérennisation intégrée est difficilement envisageable pour l’avenir et pose déjà aujourd’hui des problèmes de gestion. 4- Une intégration régionale pour quelle intégration nationale et locale ? Les trois points interrogent ainsi la question d’intégration et soulèvent des problèmes de différents ordres : manque de souveraineté des territoires nationaux éprouvés par le gouvernement laotien, conflits d’échelle entre le local et le régional qui mettent en porte-à-faux la communauté régionale en cours de construction, sécurité et pérennité des sociétés et des communautés locales menacées, etc. 5- En dehors des interactivités conflictuelles –ci-contre exprimées– trois exemples montrent que la mise en marge de certains territoires peut être aussi liée à leurs caractères endogènes : les contextes historiques de “zone libérée”, “zone spéciale” et “zone de trafic” par exemple, le montrent bien. Ensuite, les mutations de l’espace des villes et des territoires font aussi apparaître l’émergence des occupations anciennes, celle des centres historiques ou des espaces constitués. Cette émergence est manifeste à la fois à travers le recyclage spatial et à travers leur altération. Le recyclage et l’altération des espaces se sont opérés notamment à travers le processus de patrimonialisation. Mais comprendre ce processus, enlisé dans le contexte de développement urbain, est particulièrement difficile aujourd’hui. Un regard introspectif (endogène à l’univers de la culture et de ses pratiques) et rétrospectif (dans les faits historiques) s’impose pour comprendre le processus de patrimonialisation : définir les différentes notions du patrimoine –que l’on redécouvre à travers la pratique des espaces sacrés, la matérialité du patrimoine, sa notion de pérennité et de transmission, sa valeur symbolique et sa valeur marchande, les mythes qui le recouvrent–, identifier sa prise de conscience et sa conception et prendre en compte ses discours, et enfin saisir la confrontation forte entre la nécessité de développement et la nécessité de mémoire qui caractérise la réalité urbaine et le manque de modèle clair de la politique de développement laotienne. Le recyclage des espaces anciens et leur altération est aussi visible lorsqu’on questionne la place qu’occupent les monastères aujourd’hui dans la ville en tant que centralité. Ceux-ci sont persistants par leur présence spatiale forte, par leur permanence et leur convergence sociale dans la ville, par la propension qu’ils ont à devenir des modèles architecturaux. Enfin, les mutations de l’espace des villes et des territoires sont aussi à l’œuvre à travers la reconstitution et la recomposition de la ville et du territoire, leur espace politique et symbolique, leur espace social et économique. Elles sont illustrées par plusieurs faits : 1- On constate que le régime se retrouve toujours sans modèle idéologique spatialisé, alors qu’il entame déjà sa troisième décennie de réforme. Le retour des symboles par un processus de représentation a été pressenti comme une nécessité pour consolider le pouvoir dans le nouveau tournant de la politique locale et régionale. A partir des années 2000 le retour des symboles a été représentatif d’un désir de légitimation du pouvoir politique (s’inscrire dans la continuité de l’histoire nationale en exhumant les monarques historiques, en aristocratisant la classe dirigeante et en s’improvisant l’avatar du prince mécène des grands projets) et d’une volonté de donner à l’espace une valeur identitaire, une valeur de rassemblement et de citadinité : réappropriation des Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 168 - espaces sensibles avec des projets publics d’envergure, revitalisation de l’identité religieuse locale et des anciens monuments, voire, de les réinventer. 2- Le regain des occupations anciennes et des centres historiques devient fortement actif dans différents secteurs du développement urbain, où il est question de considérer le patrimoine et les faits archéologiques comme des éléments de développement urbain, économique et social. Mais il met en exergue le fait que l’émergence des sites patrimoniaux qui cristallisent le patrimoine dans les fonctions touristiques, est une alternative qui peut poser aussi des problèmes pour un équilibre socioéconomique et un développement durable. 3- La stratégie résidentielle des habitants constitue aussi une forme de recomposition spatiale. Quitter ou rester dans le centre, considérer ou pas le Mékong comme une centralité ? Ces questions restent corollaires aux offres d’emploi et d’activité, aux offres foncières, à la qualité du cadre de vie et à la valeur écologique primitive liée au fleuve. 4- Le mouvement foncier proprement dit est un élément de recomposition spatiale majeur. Des dispositifs mis en place pour le cadrer explicitent son importance : rétablissement du cadastre, libéralisation foncière donnant de la liberté à la transaction et aux beaux fonciers, tentative de régler les questions portant sur les biens immobiliers et fonciers qui ont été gelés depuis plus de trente ans. On constate indépendamment de ces dispositifs de l’État, que le foncier se dote d’un principe spéculatif lié aux effets des grands projets de développement annoncés, que ceux-ci soient réels ou fictifs. 5- Les péricentres et les centres périurbains constitués viennent renforcer et consolider la vie des petits centres. Tout en demeurant une caractéristique permanente des villes, la centralité est reformulée : entre une ancienne et une nouvelle centralité, les nouveaux centres se constituent en périphérie en ramifiant les quartiers plus ou moins dispersés et en accompagnant la construction des nouvelles routes et le déplacement des équipements publics. 6- La reconstitution et la recomposition de l’espace à l’œuvre, appellent aux outils de gestion et de développement urbain nouveaux et adéquats. La politique urbaine et territoriale entame ainsi des procédures pour mettre en place une autorité urbaine –le UDAA, dont le rôle et le cadre technique et institutionnel est d’être l’embryon d’une future municipalité – un éventuel “pouvoir local élu”. Volonté appuyée et initiée par les bailleurs de fonds internationaux, intéressés pour mettre en place un processus de transition structurelle, institutionnelle et politique. Mais sa réalisation est freinée par une structure politique et constitutionnelle fondée sur le pouvoir d’un parti politique unique et centralisé. 7- Les investissements ainsi que la migration ont été des facteurs importants de modification des espaces urbains. Les investissements intérieurs –surtout privés, ont été peu importants, mais contribuent à apporter des modifications aux tissus urbains des centres, alors que les investissements extérieurs modifient la configuration des villes et des territoires à une plus grande échelle, en fabriquant des grands projets urbains, en établissant des zones de concessions et en interrogeant la bonne gouvernance urbaine et le choix du modèle de développement de l’État laotien. Quant à la migration interne, elle participe au renouvellement des habitants dans l’espace citadin et modifie les données spatiales des tissus urbains sans apporter des bouleversements, alors que la migration extérieure renvoie aux relations historiques entre le Laos et ses voisins Chinois et Vietnamiens. Ce renvoi à l’histoire permet de comprendre l’influence de ces deux migrations exercées sur la gouvernance urbaine. Enfin, la migration artificielle qui accompagne la coopération internationale. Celle-ci permet surtout la réhabilitation des anciennes villas et bâtiments des années 1960 et la construction de nouveaux types d’habitation qui reprennent les modèles des maisons lao anciennes et des maisons lao pagnuk, sans être initiatrice d’une production architecturale nouvelle ou créative. La question de la citoyenneté n’a pas été étrangère à la recomposition de l’espace urbain, puisqu’elle touche la question des pratiques habitantes et de la gouvernance. L’Etat définit les Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 169 - critères des familles et des villages modèles et recommande aux citoyens les actions à entreprendre pour atteindre les modèles définis. 8- La production architecturale. En interrogeant les quatre champs et acteurs impliqués dans la production du bâti –l’opérationnel et l’économie, la nature des commandes et les commanditaires, les entrepreneurs et les architectes– on découvre un autre aspect de la recomposition de l’espace et on mesure la forte dépendance de la création architecturale vis-à-vis de ces champs et de ces acteurs. On peut dire que les villes laotiennes font face à des nouvelles dynamiques spatiales imposantes –d’un côté l’intégration régionale et la mise en réseau des métropoles, de l’autre les propensions internes des villes à appréhender les mutations et à réceptionner les changements. L’espace des villes est appelé non plus seulement à évoluer, mais à se métamorphoser en absence de modèle, ne comptant que sur ses qualités spatiales idiosyncratiques. Les territoires des villes et leurs sociétés sont en recomposition. Leur devenir traduit l’ambiguïté des politiques de développement aussi bien locales que régionales : entre conservations des héritages du passé, comme conservation de son identité dans un monde globalisant et changeant, et volonté de se projeter dans l’avenir comme pensée légitime de toutes sociétés en cours de construction et en développement.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 170 -Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 171 - Deuxième Partie Permanence et adaptabilité des fondations lao dans la durée Approches théoriques Les villes et les occupations anciennes au Laos ont laissé peu de traces de leur ancienne fondation. C'est une expression qui les caractérise. Les raisons sont moins historiques mais plus matérielles et conceptuelles. Dans leur matérialité, les unités d'occupation lao sont peu pérennes ; leur système de production est socialement organisé mais économiquement peu structuré. À l'exception des monuments construits en dur –nécessitant une organisation particulière– qu'elles soient urbaines ou villageoises les implantations résistent mal au temps ; les matériaux utilisés étant généralement du végétal, bois et bambou. Le bâti repose sur un système de production individuel et communautaire, sans corps professionnels qui auraient marqué le système de production et laissé des empreintes sur l'espace de manière plus importante. Les acteurs des fondations auraient accordé une place plus importante et durable au rôle et à l'action des hommes exercés à travers les actes de fondation, transmis et inscrits dans la durée, dans le sens où on aurait donné plus de places à la production spontanée de l'espace et à son usage. En d'autres termes, c'est la manière d'utiliser et de fabriquer les espaces qui est transmise et non les espaces ou les objets eux-mêmes. Alors que la majorité des grandes fondations anciennes, notamment khmères, indiennes, chinoises, demeurent durablement par leur matérialité, aujourd'hui attestées et matérialisées par de nombreux vestiges archéologiques, biens conservées et parfois maintenues vivantes. Dans la conception lao, c'est donc le rôle et l'action des hommes qui seraient non seulement les composants dominants de la constitution du territoire et de la ville, mais aussi les éléments qui devraient s'inscrire dans la durée, à travers les pratiques spatiales et leurs empreintes. Ainsi, malgré leur manque de pérennité matérielle, les fondations lao ne sont pas des espaces éphémères : la notion de pérennité et de permanence est fondée plus sur l'immatérialité et moins sur la matérialité. C’est ce que nous proposons aussi de parcourrir dans cette partie. Du point de vue historique, les villes lao ont connu des traumatismes : conflits et instabilité du pouvoir dont l’existence aurait permis la création, ou au contraire, la destruction des villes ; changements rapides de la classe gouvernante, déplacements de la population, destruction –mais aussi construction– après les guerres de rivalité et d’expansion des chefferies et des États. Profondément liées à leur usage et à leur fonction, donc à la présence de leurs constructeurs et de leurs habitants, les villes pouvaient disparaître de façon irréversible comme elles pouvaient renaître dans un laps de temps parfois court. De par cette rapidité d’anéantissement ou de naissance, les approches uniquement matérielles –vestiges archéologiques et textes– ne sont pas suffisantes et adéquates pour constituer notre connaissance sur les facteurs de permanence et d’adaptabilité des fondations lao. Les traditions et les rituels se rapportant à l’espace, mis en relief dans les annales, dans les mythes et les rites religieux et païens, ou laissant des empreintes sur les sites et dans l’imaginaire collectif et individuel, forment également les outils de connaissance : tels les anciens cultes des génies, des Phi et des devata, les cérémonies pour déplacer ou pour fonder un monastère, un village, construire une nouvelle maison ; telles aussi les pratiques qui sont proscrites ou Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 172 - autorisées dans certains lieux. Les cultes et les pratiques en usage, aujourd’hui, explicitent ainsi de multiples liens avec les lieux et leur fondation historique. Ceci, pour la fondation de l’habitat, des monuments, des unités villageoises et urbaines. Ils explicitent dans bien des cas la conception primitive des fondations, du moins ils décrivent leur mode mental et culturel de représentation. Il est donc important aujourd’hui de noter que la constitution d’une connaissance a posteriori de ces fondations devrait d’abord se référer à l’univers des pratiques. Les rituels encore en usage se rapportant à la lecture spatiale des sites, ou ancrés dans l’espace géographique, dans les modes d’occupation, dans les fonctions des lieux, non seulement pour les villages aux caractères ruraux, mais également pour les centres urbains, forment des témoignages matériels et immatériels significatifs. Ils nous permettent de dégager des principes et des modèles fondamentaux de fondation. Dans cette deuxième partie, nous proposons d’approcher de manière théorique les fondations lao tai primitives, en identifiant les éléments matériels et immatériels qui persistent dans les pratiques et dans les espaces contemporains, et qui caractérisent la capacité d’adaptation de ces fondations dans la durée. Cette approche est traitée en trois chapitres. Le premier chapitre tente, à travers une synthèse et à travers une lecture des mythes, d’identifier les éléments de formation primitive qui ont préexisté à l’espace lao tai. Ensuite il explore la période de structuration de l’espace lao tai opérée autour de la fondation de la capitale au XVIe siècle. Le deuxième chapitre explore la capacité des espaces lao tai à réceptionner les modèles spatiaux exogènes et à se les approprier par acculturation. Il tente ensuite d’identifier les caractéristiques dominantes des villes laotiennes contemporaines autour des années 1975, et d’analyser l’histoire et les conjonctures socioéconomiques internes et externes en rapport avec l’évolution des aires urbaines régionales, et de comprendre comment cette évolution a-t-elle conduit le cycle de formation et de transformation des formes spatiales. Enfin, le troisième chapitre fait l’état des lieux des villes autour des années 1975 en guise de conclusion, et identifie le cycle de leur transformation comme le passage de l’espace traditionnel à l’espace moderne. Ceci caractérise les traits dominants de la transition urbaine des villes laotiennes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 173 - CHAPITRE 1. Les éléments de formation et de structuration de l’espace lao tai Le territoire qui forme le Laos d’aujourd’hui a été occupé très tôt par plusieurs groupements humains et sociopolitiques tant simultanément que successivement. Dans son ensemble, il est marqué par une continuité humaine et culturelle de souches historiques distinctes, continuité exprimée dans la pérennité du choix des sites, dans les données anthropologiques et dans la pérennité des mythes. Les expressions de cette continuité ont permis d’esquisser des modèles théoriques d’occupation. La permanence des éléments géographiques d’ancrage des établissements (prise de site et son appropriation) s’est révélée comme un facteur d’identification et un marqueur des choix et des pratiques spatiales des établissements. Cela constitue l’un des objets de connaissance de nombre d’entre eux. L’objet de ce chapitre est de comprendre comment les différents composants des fondations anciennes –tels, leur support géographique et leur morphologie spatiale, les actes, les rituels et le mode culturel qui les ont fondés– ont persisté durablement dans l’espace contemporain. De quoi seraient composées ces persistances qui auraient joué un rôle structurant pour les fondations tout le long de leur évolution. Nous tentons ici d’identifier le processus de fabrication et de modélisation spatiale des occupations anciennes et leurs modèles d’évolution. Dans la première partie du chapitre, nous s’essayons de rendre compte de ce que peuvent être les souches spatiales du Laos avant son existence, en les identifiant à travers des données anthropologiques. Il s’agit d’explorer la constitution du territoire à travers ses mythes et depuis son balbutiement jusqu’à la période qui a précédé le règne de Sethathirat. Il s’agit également de s’interroger sur le mode d’occupation des sols : comment celui-ci a-t-il contribué à la formation d’une unité sociale et politique. Dans les deux dernières parties du chapitre, on propose de traiter les deux périodes révélatrices, où il s’agit : 1-d’identifier avant la période du règne de Sethathirat les établissements lao tai, leur mode et leur modèle d’occupation comme leur élément d’identité spatiale primitive, 2- de comprendre comment la restructuration politique de l’espace a-t-elle pu se réaliser à partir du règne de Sethathirat au XVIe siècle, en rassemblant les différents actes et dispositifs politiques réalisés. La constitution de l’espace lao tai serait donc lue à travers des faits culturels et idéologiques. L’espace sera analysé dans sa strate de cité-État et à travers la structure du pouvoir. Corollairement à cela, les empreintes et les pratiques spatiales, culturelles et cultuelles, la construction des mythes, la construction des espaces habités et leur rapport à la nature, deviendraient alors des éléments de lecture à travers lesquels la compréhension de l’espace des fondations devrait s’effectuer. I. I. Les établissements anciens avant les établissements lao tai. Les mythes et les données anthropologiques, les sites d’implantation primitive Les implantations lao tai ne sont pas nées dans un territoire vierge, les occupations qui leur sont antérieures constituaient une référence potentielle pour leurs édifications. Un aperçu historique sur ce territoire depuis longtemps “ humanisé et civilisé ”, avant l’installation des Lao et de l’ensemble des populations tai vers la fin du premier millénaire serait donc nécessaire pour mieux Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 174 - comprendre la part de ce dont ces derniers héritaient. Mais pour se faire les données spatiales structurées manquent : ce territoire reste « pour l’historiographie un curieux vide ». 212 Il nous faut rechercher les données dans les sources anthropologiques, dans les mythes et le choix des sites d’implantation, leur aspect géographique, leur inscription territoriale, quel que soit le caractère fragmenté des sources et des données en question. On aborde les établissements anciens en analysant donc deux groupes de données : d’abord les données anthropologiques et géographiques liées aux mythes, ensuite les actes et les rituels de fondations. L’historiographie du territoire du Laos jusqu’à aujourd’hui est fragmentée et renferme des contradictions, malgré les riches découvertes archéologiques. Nous tentons de rassembler les différentes sources –même contradictoires, afin d’émettre des hypothèses pouvant aider à identifier l’aspect spatial de ce territoire. L’historiographie et l’archéologie identifient trois principaux occupants qui ont bâti le territoire du Laos avant le XIIIe siècle : les vieux habitants proto indochinois, les Môns et enfin les Khmers, sans mentionner les Tai Lao et ne parler de leur installation qu’à partir de la fin du XIIIe siècle. Sans entrer en contradiction avec les données historiques plus ou moins établies, nous proposons dans les quatre paragraphes qui suivent, de comprendre l’aspect spatial de ce territoire en explorant et en synthétisant les différentes hypothèses historiques, anthropologiques et géographiques. Que serait ce territoire avant les établissements lao tai et quels seraient les principes d’implantation mône, khmère et lao tai primitive ? Ceci, en considérant les mythes de fondation et les caractéristiques des sites (montagnes et forêts, plaines et cours d’eau) comme objet de connaissance de l’histoire matérielle, et en exposant des études de cas. I. I. a. Les occupations avant les établissements lao tai. Les fondations et les mythes considérés comme objet de connaissances de l’histoire matérielle Les perceptions historiques Les études khmères et les études mônes (travaux sur l’art de Lopbury et de Dvaravati), les sources chinoises ainsi que les traces archéologiques, montrent que bien avant les Tai sont nées dans la péninsule de grandes civilisations urbaines. Le processus d’occupation tai aurait été une propagation lente. La disparition de bon nombre de cités antérieures suppose des luttes, du moins, montre que les Tai auraient dû faire preuve de ténacité diplomatique et aussi militaire pour parvenir à s’installer et acquérir une position durable sur le territoire. Dans l’âge des mégalithes213 du premier millénaire avant l’Ere Chrétienne, deux peuples auraient occupé le territoire de Souvannaphoum214 : les Lawa []t;hk] seraient dans la région de Lopburi (Thaïlande) et les Swa [lq;t], dans la région de l’actuel Luang Prabang. 215 Leur présence au Laos serait attestée par les sites des jarres funéraires de Xieng Khouang216 et par les mégalithes de 212 Propos de M. Lorrillard. Cf. Bibliographie. 213 Des sites de jarres funéraires, dolmens et menhirs sont découverts nombreux entre le Sud de l’Arabie et l’Inde méridionale, entre le Sud du Viêtnam et le Siam. Cf. Rawson P. L’Art de l’Asie du Sud-Est, l’Univers de l’Art, Thames & Hudson, Singapour, 1995 ; The Art of Southeast Asia, 1967, Thames and Hudson Ltd, Londres. 214 Suvarnadvipa (Sk) désigne l’Orient. En Lao c’est « Laèm Thong » [cs],mv’], « presqu’île dorée ». Les termes lao ajoutent l’idée de richesse que les locaux se font de ce territoire. Pierre-Yves Manguin note que Suvarnadvipa dans les textes indiens est le nom donné à l’Asie du Sud-est ancienne la désignant comme “ les îles de l’or ”. Dans l’Antiquité, elle porte un autre nom : « la Chersonèse d’or de Ptolémée ». In P-Y Manguin, « Les cités d’Asie du Sud-est côtière. De l’ancienneté et de la permanence des formes urbaines », « City-States and City-State Cultures in pré-15th century Southeast-Asia », Mogens H. Hansen (éd.), A comparative study of thirty City-State cultures: An investigation conducted by the Copenhagen Polis Centre, Copenhagen, The Royal Danish Academy of Sciences and Letters, 2000, p. 409-416. 215 On connaît peu de chose sur l’origine de ces proto-indochinois. Ils seraient issus du même souche. Pour les linguistes, ils auraient parlé une langue austro-asiatique comme une grande partie des populations de l’Inde de l’Est, descendue plus tard dans la péninsule. Cf. E. Guillon, Parlons Môn. Langue et civilisation, Ed. L’Harmattan, Paris 2003. Archaimbault les désigne d’“ aborigènes”. 216 Parmi 52 sites découverts, trois sont ouverts aux visiteurs. Pour les autres les bombes non explosées larguées dans les années 1960 et 1970 minent encore les sites.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 175 - Houaphanh, 217 avoisinant dans l’espace et dans le temps, la culture Dông-son de l’Annam et du Tonkin. D’après les études mônes,218 autour du Ve et IVe siècle avant J-C, un peuple mixte (ancêtre des Môns ?) –austro-asiatiques de l’Ouest de la Chine et de l’Est de l’Inde– serait venu par l’extrême Nord de la Birmanie occuper le territoire des Lawa et des Swa. Ces derniers, repoussés vers le Sud, auraient disparu ou assimilés par les nouveaux arrivants. Progressivement, les Môns auraient établi une civilisation brillante avec deux principaux établissements : Dvaravati, entre le VIe et le XIe siècle de notre ère,219 serait étendu depuis le plateau de Khorat jusqu’en Birmanie, descendant jusqu’en Malaisie, avec un centre dans l’actuel Nakhon Prathom ; 220 Sikhottabong (royaume oriental), ayant un centre au bord de la Xé Banfay dans la région de Thakkek, étendu du plateau de Khorat jusqu’à l’extrême Est du Laos et depuis Vientiane jusqu’à Champassak.221 Les études khmères évoquent des établissements hindouisés tel que le Fou Nan repéré entre le milieu du IIIe et le VIe siècle grâce aux inscriptions.222 A partir du VIIe siècle le Tchen-la (Tchen-la de terre et Tchen-la d’eau), étendu du Moyen Mékong aux extrêmes Sud de la péninsule et du plateau de Khorat aux côtes Est, avec un centre probable à Vat Phù223 aurait remplacé le Fou Nan. Au nord du Tchen-la et des cités mônes, le Nan Chao émerge dans le Yunnan entre le VIIIe et le IXe siècle.224 La dynastie qui le dirige est considérée dans le Phongsavadan Lao comme étant tai et d’où seraient issus les ancêtres fondateurs du Lane Xang, Khun Bourom et Khun Lo. Considération réfutée par la majorité des historiens,225 qui admettent pourtant l’idée que les Tai seraient parmi les nombreuses ethnies vivant dans l’aire et sur les marges de ce puisant royaume. 217 Madeleine Colani, « Champs de jarres monolithiques et de pierres funéraires de Tran Ninh (Haut Laos) », BEFEO 33, p. 355-366, année 1933 ; « Les Mégalithes du Haut-Laos », BEFEO, Paris, 1935. 218 Les études mônes ont surtout été celles des linguistes. Ils ont trouvé que les langues « austro-asiatiques constituent le substrat de toutes les langues parlées en Asie du Sud-Est. » In. E. Guillon, op. cit. 219 La période Dvaravati : fin VIe - début XIe siècle, date supposée d’après les inscriptions mônes trouvées à Saraburi en Thaïlande. Cf. E. Guillon, (op. cit.) Cf. Ferlus, « Délimitation des groupes linguistiques austroasiatiques dans le centre indochinois », ASEMI V-1 ; Cf. Dupont, « L’archéologie mône de Dvâravatî », 2 vol. Paris, publication de l’EFEO., 1959. 220 Nakhone, Nagara (Pl-Sk) [g,nv’.sJp], la ville, et Prathom [xt4q,], Pathama (Pl), primaire, premier. Nakhon Prathom [ot7voxt4q,], la première ville. In : Lexique étymologique lao Pali-Sanskrit, Ed. Sadda, Paris, 2007. 221 Les découvertes en 2008-2009 d’un site proche de la Xé Bangfay, mettent au jour d’importants vestiges : bassins, bijoux en or, divers objets. S’agit-il d’une partie de la ville ancienne de Sikhottabong (?). Les fouilles n’ont pas été faites de manière approfondie et étendue pour formuler de telle conclusion. En occurrence, M. Lorrillard remet en doute l’existence de ce royaume en soulignant que « (…) ce royaume est sans doute de pure légende (…) ». 222 L’existence du Fou Nan tout comme le Tchen-la en tant que grand Etat avant la formation de l’Empire khmer est remise en question par certains historiens qui suggèrent plutôt l’existence de plusieurs chefferies. Michael Vickery, in., Society, Economics, and politics in Pre-Angkor Cambodia, the 7th-8th Centuries, The Centre for East Asian Cultural Studies for Unesco, the Toyo Bunko, 1998. Le Fou Nan aurait été mentionné dans les textes chinois et à partir de ces textes les historiens fondent sa historiographie. Cf. Rawson in : l’Art de l’Asie du Sud-Est (op, cit), « […] Un brahmane inspiré par ses rêves, débarqua au Fou-nan. Il épousa la fille d’un dieu serpent local et devint le premier souverain founanais. En buvant les eaux qui couvraient le pays, le serpent –ou naga- qui est dans la tradition indienne le symbole de la lignée royale autochtone, permit aux habitants de cultiver la terre […] ». 223 La localisation du centre du Tchen-la : à Vientiane pour Lefèvre-Pontalis, à Pak Hinboune pour Maspéro, in. « La frontière de l’Annam et du Cambodge du VIIIe au XIVe siècle », BEFEO XVIII-3 ; à Champassak pour P. Dupont, in. « La dislocation du Tchen-la », BEFEO XLIII, 1943-6. ; à Sambor-Preikuk pour Pelliot, in. « Deux itinéraires », BEFEO IV, n°1/2 ; « Le Fou-Nan », BEFEO III, 1903 ; pour T. Hoshino à Muang Fa Daet, sur le plateau de Khorat actuel, in. Pour une histoire médiévale du Moyen Mékong, Ed. Duang Kamol, Bangkok, 1986. D’après lui, les annales chinoises du Yunnan mentionnent que le Tchen-la « a à l’Ouest comme voisin le Pyao, au Nord-est la province de Huan Zhou et au Nord le Dao Ming ». Les Pyao auraient formé l’ancien royaume Pyu dans le Nord de l’ancienne Birmanie. Le Huan Zhou aurait pu être localisé dans la province Vietnamienne actuelle de Nghê-An, à l’époque des Tang. Le Dao Ming reste à identifier. Les données archéologiques récentes localisent le Tchen-la à Champassak. 224 Nan Chao pour les Chinois signifie “ Prince du Sud ” ou “ Principauté du Sud ”. Nan serait un terme chinois, “ Sud ” et Chao[g9Qk], Chu[96j], termes sans doute sino-lao qui signifient “ vous ” ou “aristocrate” ou “groupe”. 225 Pour Chith Phoumsak, les Tai n’ont pas le monopole dans le Nan Chao. Ils seraient parmi les trois ethnies dominantes, dont les Lolo, qui auraient un rôle primordial. In. L’origine des termes monosyllabiques thaï, lao, khrom, du point de vue social à propos du nom des peuples, éd. Samnakphim Siam, Bangkok, 2001 (réédition de 1976). Griswols note : « Désigner le Royaume de Nan Chao du Yunnan comme un royaume tai, ne peut pas continuer à être accepté comme tel. Il est clair aujourd’hui que la classe gouvernante de ce royaume est d’origine tibéto-birmane […] ». In. Griswold, 1964, « Thoughts on a century », JSS, LII pt. Avril 1964. Pour Luce : « Sur l’idée que le Nan Zhao soit tai ou non cela pose encore problème. La Chronique Nan Zhou (863 AD) suggère que le Nan Chao est majoritairement Lolo ou tibéto-birman du point de vue linguistique, les Tai deviendront dominants dans la classe dirigeante à partir du Xe siècle ». In. Luce G-H, Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 176 - Après le Tchen-la, l’Empire khmer domine le territoire à partir du début du IXe siècle intégrant deux anciens royaumes et probablement les chefferies tai aussi. 226 Mais la culture et les villes mônes n’auraient pas disparu à l’ouest de la péninsule comme au nord. Entre le VIIe et le XIIIe siècle, elles ont poursuivi leur développement, à Lamphun, Prayao, Xieng Saèn et Wiang Kum Kam, diffusant un art et une architecture appelés Haripunjaï227 avant de céder en définitif aux Tai qui fondent sur leurs traces de nombreuses cités vers le XIIIe et XIVe siècle. Nous continuons de nos jours à découvrir des vestiges môns, explicitant leur importance dans la constitution de l’espace de la région du Laos.228 Ainsi les établissements tai sont nés dans un territoire constitué, au moment où les anciens pouvoirs existants ont commencé à s’affaiblir. Il aurait été probable que les chefs tai venus des chefferies du Nan Chao et du Sud de la Chine, soumises aux Mongols, se soient rallier à eux espérant se libérer de la suzeraineté khmère ou consolider leurs propres unités. Les Tai auraient commencé aussi à s’approprier des acquis Mongoles, ce qui provoque des expéditions militaires de ces derniers : en 1280 Chiangrai fondée par Mengraï en 1268 fut attaquée. La fondation du Lane Xang par F’a-Ngoum a lieu près de soixante-dix annnées après la fondation de Sukhothai et de Chiangmai ; en retard de trois quarts de siècle pour être enrôlé dans la conquête mongole. Par contre, par bien des aspects sa culture militaire et son savoir-faire administratif ainsi que ceux de son fils Sam-Saèn-Tai, seraient une empreinte de l’héritage mongol. 229 Edifiée en cité-État après la fin de la conquête mongole vers 1360, unifiant ses chefferies primitives, la première implantation lao aurait été malgré tout peu structurée. Les autres implantations tai importantes qui ont été édifiées aussi bien avant que pendant la conquête mongole « The Early Syam in Birma’s story », JSS, XLVII, pt. I, 1959. Pour Coedès : « […] Nan-Tchao, royaume de population t’aï, mais dont la classe dirigeante appartenait peut-être à une autre famille ethnique […] », in : Les Etats hindouisés d’Indochine et d’Indonésie, Paris, 1964. Pour Hall : « […] le royaume de Nan Chao qui se formait à l’ouest et au nordouest du Yunnan, avait une population tai mais ses dirigeants étaient de race différente […] », in : A history of SouthEast Asia, Londres, 1964, pp. 158-159. Lafont P-B note dans son compte-rendu sur le Phongsavadan (de S. Viravong) et sur Ethnic groups of Mainland South East Asia (de Frank M. Le Bar) que la thèse d’un Nan Chao dominé par les Tai peut être totalement réfutée. In. BEFEO, T. L, fasc. 2, 1962, C.R. pp. 573-574. 226 Les historiens affirment que les fondateurs d’Angkor sont les héritiers du Fou Nan et du Tchen-la et que l’art de ces derniers –en particulier l’art founanais– se serait prolongé dans l’art khmer. Le début de l’empire khmer commence en 802 avec le sacre de Jayavarman II. « […] Il succéda à son père, le roi Indravarman ; sa mère Indradévî lui transmit les droits dynastiques des deux royaumes qui s’étaient succédés sur le territoire du Cambodge, le Fou Nan et le Tchen-la, ainsi nommés dans les annales chinoises […] », in : Madeleine Giteau, Histoire d’Angkor, Kailash, Paris 1996. L’apogée de l’empire d’Angkor est placé sous le règne de Jayavarman VII, dont le territoire a atteint sa plus grande extension vers 1177. Il couvrait la quasi-totalité du Laos et de la Thaïlande actuelle. Son influence atteignait l’Isthme de Kra et le royaume de Pagan, mais il est probable que la partie septentrionale du Laos et l’extrême Nord de la Thaïlande, avec plusieurs chefferies tai, aient été administrés par des gouverneurs tributaires de l’Empire. Cf. Hoshino. 227 Pour Xieng Saèn et Wiang Kum Kam, il semble que le pouvoir a dû changer plusieurs fois : du pouvoir môn au pouvoir tai. Malgré cela, la culture urbaine mône semble imprégner fortement ces établissements. Le principal Chédi de Lamphun, ville fondée par les Môns et qui reste sous leur pouvoir plus longtemps que les autres, serait apparemment le modèle architectural le plus référencé des monuments de Chiang Saèn et de Wiang Kum Kam. In : « Wiang Kum Kam : Vivathanakan pavatsat lé bourana sathan », article de présentation du site de Wiang Kum Kam, 42 pages (en Thaï, nom de l’auteur non mentionné) ; Hans Penth, « Remembering the Beginning of the Rivival Of Wiang Kum Kam », Paper presented at the Seminar « Peut Tamnan sivit Lanna », Rajabhat University Chiang Mai, 14 februry 2005, Hans Penth, 6 pages. 228 A travers la pratique du bouddhisme dans certaines villes Thaïlandaise survit encore la culture mône, notamment la tradition des pieux qui accompagnent les stupas, sao chédi [glqkg9fu]. Le rôle des Môns dans la construction des établissements de la région du Laos a été négligé jusqu’à récemment, d’autres découvertes à venir devraient attester leur importance. 229 Sur la région Nord du Laos et la région Nan Chao et sur la création de l’Empire Khmer. Hoshino donne un point de vue intéressant. Il note aussi : « une chose frappant est que les gouverneurs adjoints, commissaires et chefs de commanderies désignés ne sont pas des Mongols mais sont tous, semble-t-il, des chefs de principautés locales. (Tai ?) » Ibid. Les Mongols soumettent les provinces du Sichuan et du Yunnan en 1253 et toute la Chine en 1279. Leur domination dure jusqu’en 1368. F’a-Ngoum serait né en 1316, aurait épousé en 1332 Kéo-Kengna, princesse angkorienne fille de Parameçavara, commencé sa campagne militaire au Laos en 1349, proclamé le Lane Xang en 1353, serait destitué et exilé à Nan en 1371 et mort en 1373. Ses cendres seraient déposées à Vat Xieng-Ngam à Nan. Cf. S. Viravong, Phongsavadan lao, de la période ancienne jusqu’à 1946, (xts;aflkf]k; c8j[6]kog(u’ 1946), éd. Bibliothèque Nationale, Vientiane 2001. Les administrateurs et militaires yuans seraient bloqués dans la péninsule indochinoise à cause de leurs défaites en Chine. Leur savoir-faire aurait continué à influencer la politique et l’administration des États tai et aussi des États et possessions khmères durant les décades qui avaient suivi. Jayavarman VII semble reconnaître la souveraineté des Mongols à partir de 1285.Tchéou-ta-kouan le visiteur chinois qui a laissé le premier témoignage écrit sur la cour angkorienne aurait été un agent qui se rend à Angkor vers 1296 pour réclamer les tributs de vassalité que celui-ci devait aux Yuans. Cf. traduction de Pelliot. « Mémoires sur les coutumes du Cambodge », BEFEO, II, 1902.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 177 - ont été Sukhothai en 1292, Chiangmai en 1297 et Ayuthia en 1350. Pour D.G.E. Hall, ces fondations auraient eu lieu dès le début du XIIIe siècle et dans la même considération, Coedès parlait “ d’une effervescence tai”. Globalement l’émergence des États tai se fait dans l’extrême Est de l’Inde, dans le Nord-Est de la Birmanie, dans la vallée de la Ménam, dans la région de Nam Ping - Nam Saï - Nam Kok, dans le Haut Laos de la Nam Tha - Nam Sing - Nam Oû - Nam Khane, dans l’Ouest de la Nam Dèng, dans le plateau de Xiang Khouang et de Houaphanh. Considérons maintenant autres points qui pourraient justifier la création du pays lao sous forme de chefferie cinq siècles avant sa fondation au XIVe siècle –qu’il se nomme ou pas Lane Xang. Il s’agit du contexte dans lequel F’a-Ngoum mène sa campagne militaire qui s’auto définit comme une réunification de ses chefferies. Les annales mettent en évidence qu’il se trouve en face des petites unités politiques solidement établies et dont les chefs seraient de la même famille que lui. Quoi qu’il en soit, les chefs tai du haut et du moyen Mékong respectent et partagent un certain nombre de valeurs, notamment leur origine septentrionale, leur histoire commune de migration. Ils symbolisent l’idée par un probable ancêtre commun et par l’usage d’une diplomatie de cousinage. Ainsi, le gouverneur de Xiang Khouang en apprenant l’arrivée de F’a-Ngoum aux portes de sa ville lui envoie un message de soumission : « […] Ma personne est petit-fils et arrière-petit-fils, de sang et de chair de Khun Bourom Rajathirat Tiao et de Khun Lo depuis l’ancien temps. Cette fois-ci, je salue la noble volonté du Phraya F’a d’être venu pacifier les ban et les muang. J’accompagne l’action du Phraya F’a en le suppléant de mon armée et de mes hommes […] » Après quoi F’aNgoum répond : « […] C’est de bon augure et de bonne grâce que notre cousin pense encore à nous comme cela. Les ban et les muang qui appartiennent à notre neveu, à notre frère depuis le temps le resteront, les armes, les instruments et le fer nous viendrons les solliciter auprès d’eux. Les ban et les muang que nous avons pacifié […] viendront leur faire allégeance […] » 230 Les données historiques sur Vieng Kham, Vientiane, Luang Prabang ou même sur la petite structure villageoise de Lin San (A 40 kilomètres de Vientiane fondée au bord de la Nam Ngum en 1233) nous permettent de penser qu’il a pu y avoir des établissements lao ou tombés entre les mains des Lao au moins un siècle avant l’arrivée de F’a-Ngoum, qu’ils forment déjà ou pas des unités politiques. Et ceci, au sein même de l’Empire khmer, même si en parlant de fondations politiques, le Phongsavadan n’évoque pas leur organisation. Les chroniques chinoises du Yunnan évoquent l’apparition d’une unité politique à Luang Prabang parmi les autres royaumes qui entretenaient des relations de longue date avec la Chine. 231 Les inscriptions de Sukhothai mentionnent Luang Prabang, Vieng Kham et Vientiane parmi d’autres muang “ dominés ” par Rama Kham Hèng. 232 L’existence des unités lao semble ici être mentionnée vers la seconde moitié du XIIIe siècle et auraient Sukhothai comme modèle, du fait que cet État tai a réussi à s’émanciper de son suzerain khmer. En ce qui concerne les chefferies tai du Sud, les Siamois seraient venus peupler la partie la plus centrale de la Thaïlande actuelle au moins au XIe siècle et seraient restés sous domination khmère jusqu’à la fin du XIIIe et le milieu du XIVe siècle, tout comme les autres chefferies du sud 230 In. Phongsavadan Lao. (Op, cit.) Certaines versions disent que c’est l’oncle de F’a-Ngoum, F’a Kham Hyao, qui aurait régné sur Luang Prabang à l’arrivée de F’a-Ngoum et non pas son grand-père, Souvanna Khampong. Par ailleurs, Luang Prabang que F’a-Ngoum allait prendre peu de temps après, aurait été sa ville natale. 231 « […] La Dynastie Tang a donné des titres à plusieurs royaumes : au Yong-chang (une région du Yunnan), au Myan (Myanmar), au Xian Luo (Siam), au Da-qin. Ce sont des royaumes de l’Ouest qui ont entretenu des relations avec la Chine ; au Jiao-zhi (Daï-Viet), au Ba-Baï (Lan Na), au Zhen-la (Cambodge), au Zhan-cheng (Champa), au Zhua-guo (Luang Prabang). Ce sont des royaumes du Sud qui ont tissé des liens avec la Chine ». O. Masuhara, in, Histoire économique du Royaume du Lane Xang, du XIVe au XVIIe siècle, d’un Etat qui bénéficie du commerce continental vers un Etat d’économie portuaire, ed. Art and Culture, BKK, 2003, (En Thaï.) Masuhara note que Xian Luo est le Siam, nous pensons qu’il s’agit de Xieng Lao, c'est-à-dire Xieng Saèn. D’après Hoshino, les annales chinoises, le Ji-gu-dian-shuo, datent de 1265. 232 La stèle de Rama Kham Hèng serait datée de 1292. D’après Coédès, la stèle évoque les établissements lao en ces termes : « […] vers l’Est il a conquis le pays […] jusqu’aux rives du Mékong et jusqu’à Vientiane, Vieng Kham qui marquent la frontière […] Vers le Nord, il a conquis le pays jusqu’à […] muang Ch’ava qui marque la frontière […] ». Cf. Les Etats hindouisés d’Indochine et d’Indonésie, Paris, éd. De Boccard, histoire du monde, vol. 8, 1964.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 178 - du Laos (à partir de Vientiane). Les chefferies du Nord, comme Xiang Khouang, Dien Bien Phu, Luang Prabang et même peut-être Vientiane, en tant que vassaux sur la périphérie, auraient été plus autonomes par leur éloignement par rapport au centre de l’Empire, affaibli et préoccupé par la guerre avec le Champa. Les Etats tai et en particuliers siamois (sauf Ayuthia et Lane Xang) auraient donc bénéficié des concours de circonstances de la conquête mongole. Dans tous les cas, les villes et les implantations tai dans la vallée du Mékong, dans le Haut Mékong et dans le bassin de la Ménam, allaient devenir déterminantes pour la configuration spatiale, politique et économique de toute la région de la péninsule pour les siècles à venir. Les muang des Tai septentrionaux ouvraient alors peu à peu une période spatiale nouvelle changeant la face de cette aire géographique, avec leur propre bagage culturel septentrional qu’ils auraient dû composer avec un héritage spatial et culturel laissé par les Môns, les Khmers ainsi que les aborigènes. Et ceci, sur le territoire qu’ils avaient mis plus de cinq siècles à conquérir et sous l’influence des prédécesseurs dont ils ne pouvaient se soustraire, quelle que soit la nature et l’importance de leur propre acquis culturel du Nord. Des questionnements spatiaux Au retour de son exil du Cambodge233 F’a-Ngoum a reconquis le pouvoir à Xieng Dong Xieng Thong (Luang Prabang) avec les troupes khmères de Soryotei vers 1354.234 Cela peut signifier que le modèle d’un État tai qui se forme en s’émancipant de son suzerain khmer peut se confirmer pour les autres chefferies tai, mais certainement pas pour le Lane Xang, qui aurait été plus qu’un allié d’Angkor. La fondation du Lane Xang semble être une unification des unités existantes ; ce ne serait pas une fondation de rébellion ni d’émancipation d’un vassal contre un suzerain. Au courant des conquêtes, les revendications personnelles de F’a-Ngoum auraient été confondues, au fur à mesure des succès de la pacification des muang, aux nécessités impersonnelles d’un État en processus de formation. Cela aurait ainsi fait de F’a-Ngoum un “ unificateur ”, un “ fondateur ” de circonstance des chefferies lao dispersées. L’avènement de F’a-Ngoum marque une ère nouvelle pour le Laos, mais ne peut marquer le début de son histoire spatiale. C’est précisément en plaçant F’a-Ngoum dans un moment 233 D’après le Phongsavadan, la fondation du Lane Xang aurait été profondément marquée par Angkor, appelé dans le Phongsavadan, Nakhone Luang, la capitale, la grande cité. F’a-Ngoum aurait eu un précepteur khmer érudit parmi ses ba [[jk], parents de substitution qui l’ont accompagné depuis Luang Prabang. Si le bannissement a été choisi à la place de la condamnation à mort, la loi coutumière obligeait à entourer le banni de ce qui est conforme à son rang. Ainsi dans son exil F’a-Ngoum aurait été entouré de ses précepteurs et parents de substitution, lui permettant de recevoir une éducation exigée par sa naissance. Une fois au pouvoir, F’a-Ngoum aurait donné les postes les plus importants à ses parents de substitution, dont les noms males avaient la particule ba [[k]. A notre connaissance les seuls Tai qui portent encore cette particule sont des Tai noirs (Tai dam). Il est probable que les Lao de Luang Prabang aient conservé à cette époque certaines traditions héritées du temps où ils se déplaçaient vers le Sud. Cette tradition aurait donné aux Tai noirs une place particulière dans la structure dynastique des Lao Tai, qui occupent la partie septentrionale. Les chefs tai noirs assumaient probablement une charge particulière au sein de la cour de Luang Prabang : du fait qu’ils ne sont pas bouddhistes mais pratiquant le culte des phi f’a, phi thaèn (esprit des ancêtres), lié au royaume Thaèn ou Tian, (Dian en chinois) d’où seraient venus les Lao, les Tai noirs auraient été gardiens et maîtres des cultes pour la cour ? Effectivement ces cultes n’ont jamais été abolis dans la tradition dynastique lao pourtant bouddhisée. Outre ces fonctions, les Tai noirs auraient aussi été des guerriers, gardes personnelles du roi ou précepteurs des princes. Ces questions restent à approfondir. François Martin note que « (…) de nombreuses personnes étaient frappées par la fréquence de la syllabe, ou particule, ‘ba’ dans les noms de monuments de l’antique Cambodge (…) le sens de cette particule est bien oublié et que les Cambodgiens ne la dissocient plus des noms qu’elle accompagne, p. ex. Bakhèng, Baphuon, Bayon, etc. (…) Les dictionnaires attribuent à ‘ba’, entendu comme particule, des sens biens vagues. Celui de l’abbé Guesdon donne : ‘beau, noble’ : ba phnom ‘belle montagne’ (…). Dans Tandart, on trouve pour la même particule : ‘noble (…)’. Pour L. Delaporte, ‘ba’ ‘beau, remarquable’ (…) En taï-blanc et en taï-noir, ‘ba’ correspond au français ‘gars’. En siamois, ‘ba’ est un terme honorifique : ‘maître, docteur’. En laotien, ‘ba’ précède habituellement le mot ‘thao’ ‘roi, prince’. ». In. « De la signification de ‘Ba’ et ‘Mé ‘ affixés aux noms de monuments khmers », BEFEO, 1951, Vol 44. N°44-1, pp. 201- 209. 234 D’après Hoshino, un prince khmer aurait participé à la campagne militaire de F’a-Ngoum : Soryotei –gouverneur alors de Khorat– qui aurait dû succéder à son frère défunt, Lampong-Raja, sur le trône d’Angkor. Ramathibodi d’Ayuthia (UThong) a siégé et pris Angkor vers 1350 et a placé sur son trône ses fils. F’a-Ngoum et Soryotei auraient quitté Angkor pendant son siège par les Siamois ou juste avant. La campagne militaire de F’a-Ngoum aurait été en même temps l’exil politique provisoire de Soryotei qui a, par la suite, reconquis son pays vers 1357-1358 sous le nom de Suryvamça Rajathiraja. La plupart des historiens disent ne rien trouver sur le Lane Xang de la période de sa fondation dans les sources khmères.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 179 - d’exception comme le fondateur du Laos, et, par extrapolation, de toute l’histoire du Laos que l’histoire telle qu’elle est conçue et présentée aujourd’hui concernant ce pays démontre ses limites. Elle crée une rupture dans le territoire en faisant succéder sans transition le Lane Xang à l’Empire khmer. Elle atrophie la continuité spatiale de ce territoire qui n’aurait pas vraiment connu de rupture. Or, a contrario, il s’agit pour l’histoire de comprendre comment la présence des Tai dans le Moyen et le Haut Mékong a-elle été vue, vécue et gérée par les autochtones aborigènes, les Môns et ensuite les Khmers à partir de la fin du premier millénaire ; comment ces Tai ont-ils apporté des changements dans la manière d’occuper le territoire ou comment ont-ils été influencés par les autochtones dans leur façon d’occuper l’espace tout au long des siècles qui ont suivi jusqu’aux XIIIe et XIVe siècle. Il apparait inconcevable qu’un Etat, quelle que soit sa taille et son importance, puisse naître du jour au lendemain associé seulement à l’histoire d’une personne. Un territoire unifié comme celui-ci ne peut se faire qu’à partir des dispositifs : groupement d’une population ethniquement homogène, fédérable par une certaine unité autour d’un intérêt commun, fixée dans un territoire de manière cohérente avec une élite politique capable d’y exercer un contrôle. De ce point de vue un certain nombre d’établissements (villages, villes, ensembles d’occupations), quelle que soit leur taille et leur histoire –mythique ou légendaire– témoignent de l’existence d’une période pré-Lan Xang. Une période de chefferie “ obscure ”, un no man’s land historiographique, durant laquelle aucun historien n’a pu réellement mener une recherche consistante. Car on constate généralement que l’histoire des implantations lao commence avec la fondation de Vientiane sous le règne de Sethathirat. Si du point de vue historique ce constat est justifié, il ne l’est pas du point de vue spatial. Les questions spatiales demeurent : comment les communautés lao s’organisent-elles et comment leurs habitats se construisent-ils entre le VIIIe et le XIVe siècle, entre le XIVe et le XVIe siècle : dans une région déjà pourvue d’organisation politique, puis dans un Empire khmer naissant puis déclinant ? Existe-t-il des établissements lao importants avant l’établissement de Luang Prabang ? Si on suppose que les Lao sont présents assez tôt dans le territoire avec le “ glissement des Tai vers le Sud ”, à quel moment le pouvoir –un certain degré de pouvoir, passe-t-il entre leurs mains ? Quant à la “ réunification ” des chefferies lao, auto-proclamée, est-elle justifiée ? En s’appuyant exclusivement sur les preuves matérielles et sur l’historiographie, ces questions restent lettre morte. L’histoire des chefferies non mônes-khmères existant à l’intérieur du vaste empire, ou qui gravitent autour, entre le début du IXe et le début du XIVe siècle, aurait été négligée. Pour cette raison, il faut nous intéresser aux travaux des historiens laotiens qui ont tenté quelques approches, même si les arguments sont fragiles, en faisant remonter l’existence des cités lao avant l’époque de F’a-Ngoum, à travers les textes du Nithan Khun Bourom. Les mythes de fondation qui peuvent être considérés comme objets de connaissances de l’histoire D’après H. Rattanavong, les premières occupations lao auraient été formées autour du VIIe - VIIIe siècle par deux groupes tai. L’un serait descendu du Nord-est, le long du fleuve rouge –Muang Thaèn [g,nv’c4o].235 C’est la branche de Khun Bourom et Khun Lo, formant d’abord une première unité à Vieng Phou kha [;P’r67k]. 236 L’autre, serait venu de l’Ouest de la région de Xieng Saèn. 237 C’est la branche de Thao Tch’ueng, qui aurait auparavant pris Xieng Khouang et Luang Prabang des aborigènes pour y former une petite unité. Par la suite Thao Tch’ueng aurait été vaincu par Khun Lo 235 Il y aurait deux Muang Thaèn : l’un situé dans la région de Dien Bien Phu connu sous le nom des Sipsong Tchou Tai, (des 12 groupes tai), appelé aussi Muang loum ou Cité du bas, l’autre, situé au sud-ouest de Kunming, appelé Muang theung ou Cité du haut, plus ancienne par rapport à Muang Loum. Cf. note 21. Dans le Nithan Khun Bouram, Muang Theung serait le royaume céleste des phi thaèn ou des thaèn f’a, et Muang Loum, le royaume humain peuplé des enfants que le phi thaèn aurait envoyé pour prospérer. 236 Cf. le texte sur Muang Vieng Phu Kha (1e Partie. I.I.d.5) 237 La région actuelle de Chiangsaèn Thaï, Chiangrai, et de Tonh Pheung dans la province laotienne de Bokéo.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 180 - installé à Muang Thaèn [fin de citation de Rattanavong]. La bataille dans le roman épique Thao Hung Thao Tch’ueng semi-historique aurait été la reconstitution de cette lutte entre Lao du Nord-est et du Nord-ouest. La guerre aboutie sur la victoire de la branche de Khun Bourom, la branche de Thao Tch’ueng serait assimilée. Ainsi, le muang des Lao aurait été possible pour la première fois à Swa et à Prakan, respectivement Luang Prabang et Xieng Khouang. Les hypothèses de H. Rattanavong, basées sur des mythes, peuvent être discutées, 238 mais appuyées par les deux manuscrits (Thao Hung Thao Tch’ueng et Nithan Khun Bourom), elles ne sont pas dépourvues d’intérêt du point de vue anthropologique. D’après Lorrillard le Nithan Khun Bourom239 semble être de tradition nordique. Les textes étant uniquement d’origine du Nord, on peut situer le mouvement de formation du pays lao comme venu du Nord, comme le note Vo Thu Tinh : « […] il s’est agi plutôt d’une infiltration lente et sans doute fort ancienne, le long des rivières relevant de ce glissement général des populations du nord vers le sud, qui caractérise le peuplement de la péninsule indochinoise ».240 Avant la fondation du Lane Xang-Muang Swa (Luang Prabang), il y aurait ainsi trois sites et deux groupes de peuplement préliminaire : 1- Souvannakhomkham ou le site de Xieng Saèn dans la région de Chiangrai – Bokéo ; 2- le site de Xieng Khouang, de groupement Lao Tchok ; 3- le site de Vieng Phu Kha, de groupement Lao Thaèn, se trouvant sur la route A3 entre Luang Nam Tha et Houayxay. Sur ces sites apportons des précisions. A priori nous ne pouvons pas considérer d’emblée les quatre sites (Xieng Saèn, Xieng Khouang, Vieng Phu Kha, Luang Prabang) comme des fondations lao, puisqu’ils ont d’abord été occupés par les aborigènes, ensuite placés sous domination mône et plus tard khmère. Ces derniers auraient laissé leurs empreintes dans la base de ces établissements, qu’elles soient déterminantes ou non pour les établissements postérieurs. Néanmoins, ces lieux ont aussi été des étapes d’occupation des Lao avant le XIVe siècle, même si nous ignorons ce que ces derniers pouvaient y laisser ou contribuer au niveau spatial, avant qu’ils aient fondé Luang Prabang. Ces étapes étaient uniquement septentrionales, leur localisation précise actuelle pose problème : les textes les désignent par zones à l’intérieur ou proches desquelles il y aurait des points d’émergence historique marqués. 238 Du point de vue scientifique les arguments matériels –textes et données archéologiques utilisés habituellement par les historiens– sont, à ce jour, insuffisants pour soutenir de manière aisée les hypothèses de H. Rattanavong. Du point de vue politique, il y aurait matière à lui reprocher le désir de justifier la prédominance de l’ethnicité lao au-delà de Xiang Khouang et de Houaphanh, sur toute la région couvrant le pays des Tai rouges et des Tai noirs de Dien Bien Phu, et audelà de Bokéo, couvrant le territoire du Lan Na et du Sip Song Phanh Na. Mais la critique ne serait pas fondée si nous conçevons que les Etats d’origine tai sont fondés par les peuples d’ethnie tai, sans distinction de sous-groupes, avant que l’histoire moderne ne vienne donner une interprétation moderne de l’État-Nation, donnant aux peuples de même ethnicité des raisons politiques de se distinguer. A moins qu’il y ait réellement des raisons bien fondées de cette distinction : par exemple à partir des divergences idéologiques qui fondent le début des États-Nations. 239 Nithan Khun Bourom, version Vat Vixun de Phra Maha Thep Luang (Luang Prabang) et version de Xiang Khouang. 240 Vo Thu Tinh, Les origines du Laos. Op, cit. En ce qui concerne les regroupements des populations tai dans la péninsule, le conception générale s’accorde sur le mouvement de migration venant du Nord. Alors que du point de vue religieux –telle la conversion des Tai au bouddhisme– l’épigraphie ainsi que les vestiges archéologiques, majoritairement religieux et cultuels, suggèrent un mouvement inverse venant du Sud et de l’Ouest, notamment cinghalais. Cela donne lieu à des hypothèses qui compliquent les choses et qui peuvent exercer une influence déterminante sur la nature des implantations : des implantations lao primitives sans le bouddhisme ou avec le bouddhisme, auraient été tout à fait différentes. L’histoire des conversions confessionnelles nous interpelle, non pas pour des raisons religieuses, mais pour des raisons spatiales. Car chez les Lao (1e Partie. II.II.b), l’intérêt porté à la religion –dévotion royale– induit traditionnellement la construction des espaces religieux, symboliquement garants d’un pouvoir “ éclairé ” et spatialement générateurs de certains types d’occupation. Par exemple dans une période tardive, les monuments religieux par leurs modes de gestion et de production –produits par un type de pouvoir– peuvent générer des unités urbaines et villageoises. C’est dire l’importance et le rôle de la pratique religieuse de la classe dominante. Lorrillard note que le bouddhisme cinghalais gagne d’abord la Birmanie avant d’atteindre les royaumes tai du Sud et le Lan Na. Et qu’ensuite à partir de Lan Na il s’est répandu au Lane Xang. « Les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao ». M. Lorrillard, BEFEO, 2003-2004 N°90-91. Il y a donc trois scénarios possibles : 1- Au moment où les Lao sont arrivés dans le Laos actuel, ils seraient dépourvus de toute connaissance du bouddhisme. Une fois sur place ils auraient été influencés par les croyances des autochtones qui auraient connu auparavant des vagues de conversion avec les missions venant du Sud. 2- Ils auraient déjà été au contact avec le bouddhisme dans le Nord, tantriste ou peut-être mahayaniste. Et en se glissant vers le Sud, ils auraient abandonné le bouddhisme du Nord en adoptant le bouddhisme du Sud. Ceci fonctionnerait surtout pour le Sud du Laos. Car dans le Nord, certains groupes lü du Haut Mékong continuent de nos jours à pratiquer un bouddhisme mahayaniste. 3- Quel que soit le scénario, les Lao auraient connu plus tard un bouddhisme réformé, que Lorrillard identifie comme un mouvement d’inspiration cinghalaise passant par Chiangmai et arrivé au Laos autour de la première moitié du XVIe siècle.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 181 - De ces mythes, nous retenons les villes du Nord comme principales pistes d’analyse : Luang Prabang, comme la plus importante étape, sans doute la plus ancienne que nous pouvons trouver au Laos en tant que forme urbaine vivante et ininterrompue ; Vieng Phou Kha, un village devenu district sans importance, mais possédant des vestiges de fortification de forme particulière, qui a été évoquée dans le Nithan Khun Bourom et aussi dans la chronique orale de la fondation de Xieng Khaèng (Jyn Khèng), l’une des anciennes chefferies lü241 ; Muang Phouan Xieng Khouang lié au roman épique semi-historique Thao Hung Thao Tch’ueng242 ; Muang Xieng Saèn, région d’où serait venu Thao Tch’ueng. Nous nous intéressons aussi à Chiangmai et à Vieng Kum Kam, parce que leurs fondateurs auraient eu un lien dynastique avec Xieng Saèn. Ces villes et ces implantations auraient été liées entre elles par des liens de parenté, de suzeraineté ou de vassalité et auraient formé un réseau d’échanges culturels, commerciaux et de savoir-faire, voire, de gouvernance. Ceci aurait dû rapprocher les établissements entre eux au niveau de la forme et de la gouvernance, même si les vestiges archéologiques et les inscriptions ne donnent que des informations fragmentées, et les annales les concernant, empreintes de légendes qu’il faut dépouiller. Comme nous l’avons noté, les implantations lao en tant que chefferie peuvent remonter au VIIIe siècle. Et la pauvreté avérée des vestiges archéologiques (découverts à ce jour) est un obstacle majeur pour valider l’hypothèse de la présence des Tai dans le Nord-est et Nord-ouest au IIIe siècle avant J.C, comme il a été signalé dans le Tamnan Singhanavati par la présence éventuelle des Lao Tchok. 243 Mais cette hypothèse permet d’élargir les champs de notre étude sur plusieurs sites, dont la compréhension du type et du mode d’occupation serait profitable pour la compréhension des anciens établissements ; pour ne pas considérer les implantations lao comme des émergences spontanées –situation improbable– mais comme des émergences politiques et matérielles graduelles dans le temps et dans l’espace. Celles-ci passeraient par des luttes, des compromis, des cohabitations et probablement des mélanges durant plusieurs siècles avant une immigration plus signification dans les siècles qui ont suivi, comme le fait remarquer Coedès en parlant d’effervescence tai. En ce qui concerne les mythes des origines du Nan Chao, les Tai Lao du Lane Xang les revendiquent traditionnellement dans leur Nithan Khun Bourom, les Gnouans du Lan Na, dans leurs annales Singhanavati.244 Alors que les Siamois de Sukhothai et d’Ayuthia ne semblent pas les revendiquer dans leur chronique. En reprenant les points de vue de Luce, de Phoumsak, de Griswold, de Coedès et de Hall sur la question,245 ces chefferies tai ont dû avoir un lien historique important avec le Nan Chao. La lecture du Singhanavati et du Thao Hung Thao Tch’ueng, montre que le glissement des Tai vers le Sud est un phénomène complexe. Néanmoins, on peut retenir de ces mythes que : 1- les établissements septentrionaux avant le XIIIe siècle peuvent être aussi d’origine tai et non exclusivement mône et khmère ; 2- les implantations lao primitives auraient été réalisées à partir de deux branches : la branche Thao Tch’ueng de Xieng Saèn et la branche Khun 241 D’après Lafont P-B, Le royaume de Jyn Khen, chronique d’un royaume tay Loe 2 du haut Mékong (XVe -XXe siècle), L’Harmattan, Paris, 1998 ; et d’après les notes d’enquête de terrain menée en février 2008 pour cette thèse. 242 Le Nithan Khun Bourom fait partie des deux ouvrages fondamentaux (le 2e étant le Phongsavadan lao) exploités par les historiens occidentaux pour l’histoire ancienne du Laos, tandis que Thao Hung Thao Tch’ueng est consigné comme une littérature. Pour les historiens lao, les deux ont quasiment la même valeur du point de vue historique. Ces derniers ontils une autre grille de lecture différente de la méthode scientifique occidentale pour considérer Thao Hung Thao Tch’ueng comme un ouvrage d’histoire ? Pour notre recherche nous considérons l’une et l’autre considérations. 243 L’idée de la présence des Lao Tchok à Xieng Saèn et Chiangrai a été suggérée par Chit Phoumsak d’après son étude du Singhanawati. (Op, cit). En admettant que ces Lao Tchok existaient, il serait probable que ces derniers avaient dû faire partie des premiers groupes des proto-Tai, signalés par Wyatt. Op., cit. 244 Singhanavati parle de la fondation du Yolnok dans la région de Chiangrai par un ancêtre tai venu du Yunnan 800 ans avant la fondation du Nan Chao vers le IIIe siècle avant J-C. Bien que les historiens ne réfutent pas l’idée de la présence tai dans la péninsule avant le VIIIe siècle, le IIIe siècle avant notre ère, avancé par l’historiographie thaïs est contesté. 245 Op. Cit. note 224.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 182 - Bourom de Muang Thaèn ; 3- un métissage môn-tai aurait été probable, notamment pour la fondation de Chiangrai et de Chiangmai.246 Les rares et lentes découvertes archéologiques et épigraphiques en cours et à venir, additionnées aux interprétations nouvelles des annales et des légendes, devraient progressivement dévoiler les liens entre les mythes et l’histoire. Ceci devrait aussi forger des recherches sur un territoire plus large, en réseau et non limitées par les frontières des États actuels, et en interdisciplinarité, réunissant l’histoire et l’anthropologie à l’analyse spatiale proprement dite. Cela signifie qu’une monographie n’est pas appropriée sans une étude large et comparative des sites de toute la région, et qu’une étude purement historique risque de rencontrer plus d’obstacles. Les études en termes de réseau n’ont pas été possibles jusqu’à ce jour, donc aucune recherche transversale approfondie n’a pu être menée. Par contre, il semble que les études monographiques sont bien avancées dans le territoire thaïlandais, puisqu’un musée est construit à Chiang Saèn établissant des faits et des interprétations historiques.247 De ce fait, les études thaïes paraissent plus abouties et donc plus fermées aux perspectives nouvelles, alors que du côté lao les recherches restent lacunaires, sans investigations importantes, elles seraient plus ouvertes aux nouvelles hypothèses. I. I. b. Les principes des implantations khmères, mônes et lao tai La compréhension des implantations mônes et khmères au Laos et de leur mode de prise de site ainsi que leurs études comparatives permettent d’identifier les principes des implantations lao et souligner la particularité de leur morphologie. Les implantations lao se distinguent des implantations mônes et en particulier des implantations khmères. Celles-ci, en tant que grande cité, par leur taille et par le pouvoir qu’elles exercent,248 est un modèle spatial incontesté, un marqueur territorial de la quasi-totalité de la péninsule. Les fondations lao se sont souvent implantées dans ou proches de leurs anciens périmètres. Cependant, nous ne trouvons pas d’exemple de réutilisation par les Lao de leurs anciens sites urbains, sans doute pour des questions inhérentes à la forme de l’espace elle-même. Si le culte bouddhiste, voire le culte hindouiste, se transmettaient d’une communauté à l’autre, le sens symbolique de l’espace khmer et lao, leur compréhension, leur culture ainsi que leur pratique ne semblent pas se prolonger les uns dans les autres : on suppose que les villes pré-angkoriennes et khmères ne seraient plus que des villes mortes et s’effaceraient graduellement si les Lao réoccupaient leur site. C’est le cas par exemple de la ville ancienne à Champassak dont il ne reste que des vestiges. Malgré la durée et la persistance de leurs traces, les vestiges archéologiques khmers ne témoignent que de cette rupture d’usage et d’une continuité quasi-impossible avec les implantations lao. Par contre, des exemples sont nombreux quant à la réutilisation des monuments et des objets cultuels : changement de culte avec des modifications picturales et architecturales, réutilisation des matériaux, etc. Un monument peut servir tour à tour, d’abord le culte bouddhiste puis hindouiste et de nouveau, le culte bouddhiste. Alors que le monde môn et le monde khmer ont été associés par les historiens et les anthropologues, pour leur rapprochement ethnolinguistique et leur héritage artistique, notre étude les distingue à bien des égards. Au Laos, les implantations lao possèdent des caractéristiques proches 246 A propos des liens Môns-Tai, l’arbre généalogique des dirigeants de Lan Na proposé par Jean Ripaud indique que la mère de Mengrai est une princesse lü du Sip Song Phanh Na,. In. Ripaud, Les geste de P’aya Xüan ou le Lane Na au XIIe siècle. 247 En 1957, le sala de Vat Chédi Luang sert de salle de dépôts et de collectes des artifacts provenant des exclavations des ruines de Chiang Saèn. En 1997 le musée lui-même, inauguré par la Princesse Maha Chakri Sirindhorn, renferme les fragments de l’histoire de Chiang Saèn, sa préhistoire et son ethnographie. 248 Même si elle n’a pas duré aussi longtemps que le montrent ses traces archéologiques et ses influences artistiques, l’Empire khmer avait maintenu sous son autorité les aborigènes ainsi que les Tai jusqu’à la fondation tardive de leurs cités : les Tai auraient été dans le territoire dès le VIIe et VIIIe siècle et auraient installé des chefferies en “ tâches d’huile ” avant de fonder des cités. Sukhothai a été fondé par Rama Kham Hèng vers 1292, Chiangmai par Mengraï vers 1297, Ayuthia par U-Thong vers 1350 et Lane Xang par F’a-Ngoum en 1360. Fig. 29. That InhengDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 183 - des implantations mônes, autant qu’elles peuvent être fondamentalement distinctes des implantations khmères. Cette distinction ne peut être justifiée ni du point de vue culturel, ni ethnolinguistique mais plutôt du point de vue conceptuel, voire, idéologique. Les implantations khmères Nous comprenons essentiellement trois choses dans les sites pré-angkoriens, en considérant le complexe archéologique de Vat Phù et de Tomo. Ces deux exemples ne sont sans doute pas les plus explicites du fait qu’ils font plutôt partie du centre du Tchen-la.249 Mais comme nous l’avons noté, à l’instar du Fou Nan, le Tchen-la a transmis des traits de son héritage artistique et politique à Angkor. Ce qui devrait nous permettre de comprendre certains traits de la cité khmère à travers quelques sites au Laos, tout en émettant une réserve sur le fait que le passage du Tchen-la à l’empire angkorien correspond aussi au passage du culte de roi Maharaja au culte de roi Devaraja.250 Ceci devrait avoir une importance pour la structure de la ville angkorienne et expliciter une certaine démarcation. A Vat Phù la dévotion, vue à travers les monuments, est dédiée au culte du dieu Shiva. Les Maharaja (rois des rois) viennent rendre hommage au dieu Shiva. Alors qu’à Angkor le culte des dieux est associé au culte des rois dieux, des Devaraja, qui deviennent eux-mêmes objet de culte symbolisé par la fondation de leur ville idéale avec au centre la représentation du mont Méru, une résidence sacrée où la vie des monarques représente elle-même le séjour divin. Le rapport à l’eau, le potentiel symbolique et paysager, la volonté de dominer la nature, la grandeur de l’homme élevée à l’image des divinités. A Vat Phù la présence de l’eau –sacrée ou profane– est essentielle. L’eau sacrée venant du sommet de la montagne et traversant son cœur est recueillie dans les fentes des roches en haut derrière le sanctuaire. Elle symbolise la vie née de la communion entre le masculin, symbolisé par le shiva linga (linga pavata) au sommet du mont, et le féminin symbolisé par le yoni et la source d’eau. C’est l’expression du culte shivaïte et de la disparition de l’antagonisme féminin-masculin. Quant à l’eau utilisée pour l’agriculture ou les réjouissances, les cités khmères ne viennent pas à elle comme le feraient les Lao dans la plupart de leurs cités en bord de fleuve ou dans les bassins-versants de fleuve, mais préfèrent s’en éloigner et prendre de la distance. Dans le site de Tomo –antérieur d’un siècle à Vat Phu– le culte de Shiva est pratiqué sur les dalles de pierre dans le lit même du fleuve alors que les temples sont bâtis en retrait du fleuve avec un accès par la rivière.251 A Vat Phu, l’éloignement des temples par rapport au fleuve est plus marqué et mis en évidence par la création des bassins. A Angkor cet éloignement est parfaitement maîtrisé, permis par un ingénieux système de réseau hydraulique. Avec les canaux et les baray qui forment les pièces maîtresses, l’eau est présent jusqu’au pied des constructions. On crée ainsi par contraste avec la nature environnant un paysage artificiel, grandiose, à la ligne pure. L’eau était importante, sa parfaite maitrise garantissait la domination économique et politique, symbolisait la grandeur et la puissance de l’empire. Les chefferies tai dans le bassin de la Ménam et du Mékong auraient payé tribut à Angkor par des jarres d’eau et d’eau-de-vie qu’elles faisaient acheminer jusqu’à la grande cité par charrettes à bœufs.252 249 Le début de l’Empire khmer a été fixé au moment du sacre de Jayavarman II en 802 sur le Mont Mahendra, aujourd’hui identifié au Phnom Khulen et dont la capitale porte le nom de Haribarālaya. Cf. Giteau M. Op, cit. 250 Le Maharaja (maha, grand et raja, roi) est le système du roi universel, alors que le Devaraja (deva, dieu et raja, roi) celui du roi-dieu auquel de véritables cultes sont consacrés. D’après l’épigraphie khmère annotée par Hoshino, Jayavarman II « institue le culte Dévarāja au lieu de Maharaja […] pour que le pays des Kambujas ne fut plus dépendant de Java ». Il insiste sur le fait que l’Empire khmer se forme en se libérant de l’emprise nordique et non sudiste javanaise (!) et suggère que la tradition des Maharaja n’est pas exclusivement malayo-indonésienne mais aussi nordique. D’après les documents anciens de Chine et du Yunnan, il constate que le terme Mo He Luo Cho qui serait une corruption de Maha luang chao [,tsks];’g9Qk], est l’un des trois qualificatifs des souverains du Nan Chao. 251 On retrouve sur des dalles de pierre dans le fleuve à la saison sèche des yoni et des lingams parfaitement conservés. 252 D’après Robert Ajouc, l’une des causes de la fin de l’empire khmer et de l’émergence des royaumes tai pourrait être l’avancée technique de ces derniers qui auraient inventé des récipients légers et étanches pour transporter de l’eau jusqu’à Angkor en signe d’allégeance, les jarres en terre cuite étant lourdes, difficiles à transporter et nécessitant beaucoup de moyens en hommes, en bêtes et en matériels. Encore aujourd’hui, les jarres font partie des objets rituels royaux de la Thaïlande, rappelant sans doute la victoire sur cette ancienne vassalité. Dans le Phongsavadan lao il n’est pas mentionné au XIVe siècle que le Lane Xang paie tribut à Angkor. Il ne paie sans doute plus au moment où F’a-Ngoum accède au Fig. 30. Site Pré angkorien de Vat PhuDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 184 - Dans leur ensemble, les cités khmères monumentales et urbaines seraient des “ prédatrices ” économiques, mobilisant en permanence de la main d’œuvre rurale et paysanne, et sans doute aussi celle des prisonniers de guerre ou des esclaves, puisqu’elles ne cessent d’être en construction. Chaque construction aurait duré plusieurs dizaines d’années et nécessitant toujours davantage de main-d’œuvre d’esclaves et prisonniers de guerre provenant des régions annexées.253 Elles sont également de grandes consommatrices de territoire : la plupart des rois khmers construisent leur propre cité chaque fois qu’ils accèdent au pouvoir. Ainsi, les cités khmères consacrées aux rois et aux divinités se multiplient-elles sans cesse, à la conquête des sites grandioses, jusqu’à l’épuisement pour couvrir presque en totalité un vaste territoire qu’ils n’arrivent plus à contrôler. La faiblesse de ces cités serait justement leur immensité et leur grandeur, face aux vassaux tai de la Ménam et du Mékong qui attendent le moindre signe de faiblesse pour s’émanciper. Aussi, de ces cités, subsistent de grands monuments à caractères religieux, les réseaux d’ouvrages hydrauliques, les routes qui marquent le territoire. Contrairement à ces édifices et ces temples dédiés aux rois et aux prêtres, élevés au rang des divinités, 254 les occupations non-religieuses et non aristocratiques, concentrant des habitations civiles ou paysannes et s’organisant en unité urbaine, sont fragiles et subsistent peu. Les habitations du peuple chez les Khmers seraient finalement assez proches de celles des Tai, dans leur fragilité et leur vulnérabilité.255 Cet écart entre l’habitat du peuple et ceux des rois et des divinités marque déjà une différence fondamentale entre la société khmère et la société lao. Chez ces derniers, il y a moins d’écart entre le temple, l’habitat des rois et celui du peuple. Cette différence induit forcément un mode de production et une organisation sociale et spatiale distincte. Les implantations mônes Les sites môns du Laos ne sont sans doute pas les plus représentatifs parmi les sites môns qui s’implantent dans un très vaste territoire, depuis la plaine de Vientiane jusqu'au Myanmar, puisqu’on est essentiellement en présence de sites religieux. Cependant, ils ont le mérite de représenter des occupations non-khmères qui mettent en évidence une insertion paysagère et territoriale aussi grandiose, exerçant une influence sur les Lao lorsque ces derniers se déploient sur le territoire. Les sites môns de Vang Sang et de Dane Soung dans la région de Vientiane sont à peu près de la même période. L’année 928 est inscrite à Vang Sang.256 L’art môn primitif est explicite ici par l’aspect angulaire du visage des bouddhas sculptés et par l’architecture “ minimaliste ” du sanctuaire. L’état actuel du site montre un sanctuaire à ciel ouvert où les effigies de Bouddha sont juste gravées sur le flanc des parois rocheuses fendues et déstructurées par les affaissements de pouvoir. La puissance d’Angkor commence à décliner au fur à mesure que les chefferies tai s’organisent jusqu’à l’avènement de leur fondation. Par ailleurs doit-on interpréter “ l’adoption ” d’un prince tai (F’a-Ngoum) en exil puis l’alliance matrimoniale entre ce dernier et une princesse angkorienne (Kéo Kèngna) comme un désir des rois Khmers de se rallier à l’une des deux nouvelles puissances tai de la péninsule afin de maintenir la puissance de l’empire menacée par l’un des deux États tai. 253 L’un des bas-reliefs d’Angkor aurait montré des soldats siamois de Lopburi ou de Sukhothai ? En réalité qui sont-ils : prisonniers de guerre, troupe armée, troupe d’ouvriers ? L’épigraphie Cham signale qu’il y avait quatre exemples d’esclave tai (siamois ?) du XIe au XIIIe siècle. Cf. Aymonier, cité par Pelliot. BEFEO. IV, p. 236, et par Hoshino. Cf., également Phoumsak, op, cit. 254 Les découvertes archéologiques récentes, renforcées par la télédétection et la prospection, ont mis au jour une nappe bâtie non monumentale dans la région d’Angkor : des ruines de constructions plus ou moins modestes, bassins, chaussées de voirie, réservoirs, canaux, casiers et diguettes de rizières, etc., témoignant d’une densité d’établissements urbains et villageois et d’une gestion exemplaire de l’eau par le “ service public ” angkorien. Malgré cela, l’habitat du simple peuple ne relève pas du même mode de production que celui des classes dominantes. 255 Les travaux de Jacques Gaucher réalisés sur la ville d’Angkor Thom révèlent la densité et l’importance passée de la couche urbaine avec ses constructions non monumentales, celles du simple peuple et du paysan accompagnant à l’origine les monuments. Fragiles, celles-ci disparaissent avec le temps, seules subsistent dans le sol les couches des fondations et les objets usuels divers. 256 D’après Giteau il s’agit de la petite ère 9l 928, c'est-à-dire 1566 en ère chrétienne, et 2115 en ère bouddhiste. S’il s’agit de l’ère bouddhique l’année 928 correspondrait à l’an 385 de l’ère chrétienne. Il serait probable que les Môns soient déjà présents autour de cette date : les établissements môns seraient situés entre le premier siècle avant E-C et le VIIe après EC. Gagneux donne une date approximative entre le XIIe et le XIVe siècle. Hoshino situe les bouddha de Vang Sang comme appartenant au même art que les sculptures rupestres Phra Chao Tù de Chayaphoum (Thaïlande) dit art de Lopburi, qui pourrait dater du VIIe siècle.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 185 - Fig. 32. Le Site de Vang Sang. terrain et la prolifération de la végétation, suggérant une occupation sans construction. En réalité, le petit ensemble religieux serait construit dans une cavité aménagée en une salle voûtée, munie d’une entrée ouvragée : une grande baie d’entrée en forme de feuille de Banian avec des vantaux probablement en bois, dont les goujons peuvent être aperçus dans les parois. Il est probable que la voûte se soit écroulée et que la salle elle-même se soit fendue après. Le site se trouve sur la rive Ouest de la rivière Nam Chèng. L’entrée du site (la porte de la salle voûtée) et l’orientation des statuettes sont, par conséquent, à peu près face à l’Est et donnent immédiatement sur la rivière. Dans le site de Dane Phra, les bas-reliefs de Bouddha, taillés dans les parois d’une faille de grès rose d’un vaste plateau de roche bombé et tortueux traversé par une coulée de ruisseau dont le fond est naturellement minéralisé, ont été retouchés ultérieurement par les Lao. Ré-enduits, les statuettes ont été “ laocisées ” et certaines d’entre elles d’origine lao ont été ajoutées postérieurement, et le site nettement réinvesti. La facture d’origine de ces bas-reliefs est peu identifiable, seules quelques statuettes en pierre de Bouddha parés, tombées au fond du ruisseau attestent l’origine non-lao du site. C’est un ermitage avec très peu de constructions : un abri de l’empreinte du pied de Bouddha et un petit stupa. Le plateau gréseux sur lequel le site religieux est aménagé s’étend sur plusieurs kilomètres et reste intact. Il est important d’émettre cette remarque, si le site était khmer, il serait devenu sans doute une véritable carrière d’exploitation de grès rose pour leur temple. Les plateaux de grès des deux sites se rejoignent et semblent appartenir à la même couche géologique ; le ruisseau au fond minéral se jette dans la rivière Nam Cheng. Celle-ci passe ensuite par le site de Vang Sang. Dane Soung, un autre ermitage bouddhique, construit comme un temple troglodyte, est aménagé sur un plateau de grès qui domine la vue de la plaine de Vientiane. Le sanctuaire naturel renferme des statues de bouddha au style rupestre : corps grossiers et amassés, visages khmérisants (les traits sont plus arrondis, les lèvres charnues, contrairement à ceux de Vang Xang qui sont nettement plus fins et plus angulaires.) Les quatre sema trouvés aux quatre points cardinaux autour du sanctuaire ne donnent pas d’informations. Et bien que de nombreuses stèles khmères aient été découvertes dans la plaine cela ne signifie pas que le site de Dane Soung soit d’origine khmère. Car il est tout à fait possible qu’un site môn puisse côtoyer un site khmer à une petite distance, qu’ils soient contemporains ou pas l’un par rapport à l’autre.257 Il semble qu’il y a coexistence entre Khmers –plutôt hindouistes, et Môns –plutôt bouddhistes. Nous serions tentés de qualifier “ d’art provincial ” les sites môns au Laos et leur art, si nous considérons que le centre de leur rayonnement se situe plutôt vers Nakhon Pathom et plus tard vers Nakhone Phnom et que nous ignorions pendant longtemps qu’ils aient pu occuper une partie importante du Laos, en tous les cas jusqu’à la découverte du bouddha et de la stèle de Ban Thalat à une cinquantaine de kilomètres au nord de Vientiane.258 Cependant, à l’heure actuelle nous ne trouvons pas au Laos de vestiges architecturaux et urbains d’origine mône : la région du Laos serait une zone périphérique ou décentrée de l’Etat môn, où seuls sont diffusés un art un peu secondaire, des modèles d’établissements peu structurés (?), en tous les cas un art moins canonique que celui des centres. Cependant, les sites môns du Laos ne sont pas dépourvus d’intérêt, au contraire : style, conception spatiale et insertion paysagère épurée. C’est sans doute ce côté qui a le plus influencé les Lao. Ces derniers auraient mieux compris et assimilé cette forme d’insertion que celle des Khmers. Différentes du Laos, les villes mônes de Lamphun et de Wien Kum Kam présentent une architecture et un art identifiable et des sites urbains brillants. 257 A quelques kilomètres à du site de Dan Soung –à ban Nasonne– des vestiges (stèles et bornes) ont été mis au jour en 2005. L’une des stèles représente un linga et une autre montre l’empreinte en relief d’un stupa, le reste avec et sans inscriptions. Ceci explicite ainsi, à la fois le culte shivaïte et le culte bouddhiste. Dane Soung, « plateau de pierre, de grès situé en hauteur », est une appellation lao, le nom d’origine n’est pas connu. 258 La statue du Bouddha et la stèle, ont été découverts en 1968 à Ban Thalat à cinquante kilomètres au Nord de Vientiane, dans le confluent de la Nam Lik et de la Nam Ngum. Plus raffiné que les figures de Dan Phra et de Vang Sang les historiens classent la statue dans l’art de Dvaravati, tout en notant l’éloignement de ces vestiges par rapport au site de Dvaravati. Cf. Gagneux. Fig. 31. Le Site de Dane Soung..Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 186 - Les implantations lao tai Aucune implantation lao n’a été construite sur un site artificiellement, dans le sens où aucun détournement du milieu naturel n’a été réalisé pour elle. Si le processus d’intégration dans la nature est le principe fondamental des fondations lao. A l’échelle de la citadelle, Luang Prabang a été une sublimation de la rencontre entre la Nam Khane et le Mékong. Elle forme une péninsule qui prend de la hauteur avec le Mont Phou Si. Celui-ci domine la cité qui y fonde son centre sacré. A l’échelle du territoire le même schéma se reproduit : le Mékong et la Nam Ôu, en se rejoignant au nord du territoire de Luang Prabang, forment un havre, un vang [;a’], de forme évasée. Depuis la falaise où naît un lieu sacré, aménagé dans une cavité taillée naturellement dans la roche (Tham Ting), des multitudes de statuettes de bouddha contemplent l’embouchure de la Nam Ôu. Ces deux échelles illustrent par excellence la rencontre de deux confluents (situation de prédilection des lieux sacrés) et l’insertion d’une cité haute dans un paysage naturel de fleuve et de montagne. Luang Prabang fonde ainsi la sacralisation de son centre sur le plan de gravitation naturel du mont Phou Si. Son existence est liée à l’effet du mouvement giratoire né de la rencontre entre le Mékong et la Nam Khan, bordant chaque côté de la Péninsule, d’où le caractère sacré des embouchures des cours d’eau dans la plupart des implantations lao. Autrement dit les implantations lao s’appuient sur la situation topographique et hydrographique des sites, sur leur permanence ou leur impermanence, elles s’insèrent dans l’environnement existant tel quel. Dans certains cas, elles reconstituent et subliment le contexte de leur environnement géographique à l’intérieur de leur espace pour en constituer leur principe spatial. Le cas de Luang Prabang est exemplaire : l’effet du mouvement giratoire, créé par la jonction entre le courant de la Nam Kane et du Mékong et formant la péninsule avec le mont Phou Si au centre, est directement lié à la sacralisation des embouchures des fleuves. D’après le principe théorique du Mandala la forme carrée et la forme ronde sont nées du même principe formel : l’une dérive réciproquement de l’autre à travers le mouvement giratoire et centrifuge. Les moines tibétains les utilisent pour forger la concentration mentale dans la pratique de la méditation. Elles symbolisent aussi la cité céleste avant de devenir la forme du plan de la ville elle-même.259 Ainsi, les villes comme Jérusalem, Péking ou Angkor sont-elles ces cités célestes idéales. Les anthropologues qualifient également le système politico-religieux des cités tai et de leur organisation sociopolitique suivant le modèle du Mandala, avec le rayonnement du pouvoir central.260 Faut-il pour autant conclure que le principe formel et le schéma symbolique de Luang Prabang dérivent du Mandala, influencés par l’idéologie tantrique et le culte védique. Il pourrait sans doute en être ainsi.261 Quoi qu’il en soit nous retenons que le mouvement giratoire centrifuge né de la jonction entre deux cours d’eau (situation des embouchures comme à Pak Khane à Luang Prabang) a son importance sur l’aspect symbolique des villes lao tai, qu’il relie ou pas du point de vue conceptuel, la forme organique à la forme géométrique et carrée des villes. La quasi-totalité des villes lao est ainsi de forme organique. Alors que Luang Nam Tha adopte une forme mixte, Muang Sing dont le plan est un carré parfait est une exception, probablement aussi par sa situation géographique singulière. La ville s’implante dans une plaine d’une planimétrie exemplaire, où la présence de l’eau malgré son importance, n’apporte pas une grande incidence sur le tracé de la ville. A travers ces exemples on peut noter deux choses significatives : 1- lorsque le sol présente une régularité telle qu’à Muang Sing, il semble offrir à la ville une possibilité plus grande dans sa recherche de tracé régulier (hormis l’influence possible du mandala), 2- dans le cas contraire les conditions accidentées du sol –notamment topographiques– 259 Encyclopédie des symboles, coll. Encyclopédies d’aujourd’hui, éd. La Pochothèque - livre de poche, sous la direction de Michel Cazenave, 1996. Voir « Mandala » et « ville ». 260 Les auteurs qui ont attribué le principe du mandala au muang des Tai sont notamment Wyatt DK. et Stuart-Fox M. 261 C. G. Jung. Psychologie et orientalisme, éd. Albin Michel, 1985. Fig. 33. Le schéma symbolique de Luang PrabangDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 187 - n’auraient pas permis la construction de ville en forme régulière. Les villes lao étant majoritairement organiques, liées donc à leur situation géographique montagneuse. A propos du contexte géographique, s’agissant des situations grandioses ou aléatoires, telles que l’érosion du fleuve et les lignes de côte accidentées, dans lesquelles les villes lao s’inscrivent, il est intéressant de prendre comme exemple l’établissement de Xieng Saèn ou Souvannakhomkham.262 Michel Lorrillard263 suggère que Souvannakhomkham qui est identifié à Muang Tonh Pheung actuel sur la rive gauche du Mékong est bien l’ancienne ville de Xieng Saèn et une partie de la cité aurait été sur la rive droite à l’embouchure de la Nam Kok. La ville de Chiang Saèn actuelle264 qui se trouve en amont sur la rive droite aurait probablement été postérieure à l’ancienne Xieng Saèn, suite à son “ engloutissement ” dans le Mékong et son abandon par ses habitants. La renaissance de la nouvelle Chiang Saèn en amont sur la rive opposée de l’ancienne Xieng Saèn engloutie est curieuse alors qu’elle pouvait se reconstruire plus loin et à l’abri de l’inondation et de l’érosion qui ont été la cause de la destruction de la ville ancienne. Force est de constater que ces aléas géographiques menaçants n’ont pas convaincu ses constructeurs qui attribuent l’engloutissement de la ville aux mythes. D’après la légende, ce ne serait pas l’érosion et le contexte géographique du site qui ont causé la disparition de la ville, mais la “ punition du Naga ” : les habitants de Xieng Saèn auraient abusé et malmené les marchands de Muang Swa, descendants des Nagas (symbole de la dynastie autochtone dans la mythologie indienne). Ceux-ci les auraient alors maudits.265 I. II. Les modes et les modèles d’occupation de l’espace avant la fondation de Vientiane Les données anthropologiques et les sites d’implantation primitive explicitent l’existence de trois populations qui ont occupé et façonné le territoire avant les Lao Tai : ce sont les Proto Indochinois, les Môns, les Khmers et les populations tai de souche ancienne. Les actes et les rituels de fondation, ou les éléments ayant un rapport avec leur installation, explicitent l’organisation spatiale et les idées qui les ont conduits. C’est une manière d’approcher les établissements anciens qui ont pré-existé à l’espace lao tai, que nous avons abordé et synthétisé précédemment. Nous tentons d’aborder dans ce sous chapitre la question de mode et de modèle de ces établissements. Pour appréhender la longue période qui a précédé le règne de Sethathirat, nous distinguons deux périodes : celle d’avant le sacre de F’a-Ngoum et celle qui s’étend entre cet événement et la période de transfert de la capitale de Luang Prabang à Vientiane.266 Cependant, la période avant le sacre de F’a-Ngoum est floue en terme d’organisation de l’espace, alors que celle après serait plus lisible, même si l’essentiel des données nous parvient seulement du Phongsavadan, et de certaines 262 H. Rattanavong a identifié Muang Souvannakhomkham de la chronique du même nom au site archéologique de Muang Tonh Pheung. In : Houmphanh Rattanavong, Souvannakhomkham, boranasathan heng sat lao, Souvannakhomkham - an ancient city of Laos, ministère de l’Information et de la Culture, Vientiane, 1999. 263 « Souvanna Khom Kham ou Chiang Saèn rive gauche ? Note sur un site archéologique lao récemment découvert », Michel Lorrillard, Aséanie 5, juin 2000, pp. 57-68. 264 Ici nous écrivons Chiang Saèn avec Ch pour désigner la ville de Chiang Saèn se trouvant sur la rive thaïlandaise actuelle (rive droite). Nous écrivons Xieng Saèn [-P’clo] avec X pour désigner l’ancienne cité de Xieng Saèn, le site archéologique de Muang Thonh Pheung actuellement se trouvant sur la berge laotienne (rive gauche), il serait également appelé Muang Souvannakhomkham d’après les annales du même nom. 265 H. Rattanavong. Op, cit. 266 Nous évoquons “ le sacre de F’a-Ngoum ” pour signifier l’événement le concernant et revisiter le concept de “ fondation du Lane Xang ” tant galvaudé : l’événement appartenant au champ historique, posent problème en terme spatiale. Une rupture à la fois spatiale et sociale par rapport à la période qui lui précède semble se dégager du concept de “ fondation du Lane Xang ”. Or de ce point de vue il ne semble pas y avoir une quelconque rupture : le retour d’exil de F’a-Ngoum aurait dû être vu et compris comme tel. Cela n’aurait pas dû être un événement miraculeux, mais un fait qui s’inscrit globalement dans une logique de “ l’effervescence tai ”, marquant l’aboutissement de leur “ glissement vers le Sud ”, de la consolidation de leur organisations sociale et surtout de leur pouvoir, installé dans le haut et le moyen Mékong, commencé probablement depuis le VIIIe siècle, comme nous l’avons suggéré précédemment.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 188 - chroniques et récits des émergences sociopolitiques voisines.267 Dans les deux périodes, la perception de l’organisation sociopolitique des Lao Tai, probablement déjà bien organisée avec la structure du muang (au moins dans la deuxième période), semble donner à cet espace une certaine configuration. C’est ce que nous essayons de comprendre selon deux perspectives : la première est la manière de constituer et de maitriser le territoire, d’utiliser les terres. La seconde est la nécessité de regrouper et de contrôler les hommes, parallèlement à la tentative de formation des unités politiques. I. II. a. La constitution et la maîtrise du territoire Le processus de constitution et de maitrise du territoire, d’utilisation des terres a peu à peu été déplacé du discours légendaire et mythique vers une certaine réalité historique. Ceci, à partir de la période où la personnalité de F’a-Ngoum émerge lui aussi de l’univers des mythes. Le retour de l’exil de ce prince du Cambodge au pays lao aurait été un fait historique268 placé dans un contexte politique adéquat. Dans le premier quart du XIVe siècle, d’après les historiens, le Laos –qu’il se nommait ou pas Lane Xang– devrait être encore vassal d’Angkor, même si la guerre avec les Siamois de Sukkhothaï et d’Ayuthia avait affaibli la grande cité. L’accueil des exilés politiques, tel fut le cas de F’a-Ngoum, aurait été normal pour un grand suzerain tel que Angkor. Il est aussi probable que les dirigeants Khmers aient pu penser qu’avoir une alliance avec un prince lao tai ne peut être que bénéfique pour l’avenir, à l’heure où les autres Tai (Mengrai, Ngam-Muang, Rama Khamhèng) montrent sans cesse signe de contestation et d’indépendance. Le retour de F’a-Ngoum est une campagne militaire qui se précise comme un accomplissement d’une unification des chefferies lao tai dispersées. A aucun moment il n’est apparu que F’a-Ngoum réalise ses campagnes pour l’Empire angkorien. Seules les missions artistiques et intellectuelles ont été mentionnées et poursuivies une fois qu’il a quitté le Cambodge. L’événement produit autour de F’a-Ngoum est une constitution du territoire et une maîtrise des hommes. Les parties les plus septentrionales de l’Empire khmer (le Laos) auraient dû être trop loins du pouvoir central affaibli, pour être contrôlées par celui-ci. Probablement pas assey formalisée comme Sukkhothaï et Lane Na, ni complètement contrôlée par le pouvoir central d’Angkor, l’indépendance des chefferies lao tai à l’œuvre aurait dû être comme des taches d’huiles éparpillées. Ceci, avec une certaine désorganisation pour que F’a-Ngoum ait pu considérer leur unification comme une nécessité. Contrairement au ton légendaire des annales qui relèguent – comme il est coutume– les événements de F’a-Ngoum au rang des actes héroïques et miraculeux, les enjeux de cette unification sont en réalité considérables et en phase avec les autres événements sociopolitiques qui se préparent dans la région, sur le moment même et par rapport aux siècles qui ont suivi : les événements de F’a-Ngoum clarifient la nouvelle configuration politique et spatiale du monde tai à l’oeuvre. Avant et durant la période de campagne de F’a-Ngoum, trois ensembles de paramètres explicitent comment les Lao Tai occupent-ils et organisent-ils les territoires, comment le facteur humain a été primordial. Il s’agit : 1- de comprendre l’enjeu sociétal du sol et le rapport de l’homme à la terre ; 2- de poser la question sur la complémentarité entre ancrage territorial et 267 Il y aurait une documentation chinoise assez fournie sur la région du Sud de la Chine. L’historiographie lao n’a probablement pas entièrement exploité ces sources. Il y a également les annales vietnamiennes et les inscriptions siamoises mais en nombre limité. Faits curieux : il n’y a pas de documents sur les Lao et le territoire se rapportant au Laos dans les inscriptions khmères, alors que ces derniers sont sensés faire parti de l’empire khmer. A la différence des Chinois qui tiennent des chroniques de leurs dynasties rêgnantes, les Khmers ne semblent réaliser que des inscriptions parlant d’eux mêmes. Les chroniques dynastiques chinoises ne manquent pas d’évoquer les us et coutumes ou les événements (envoi de tribut, d’ambassadeur, etc., des chefs de ces contrés à la grande cour de Chine) concernant les minorités tributaires des Chinois, même si ce sont très souvent des remarques ethnocentristes, avec des qualificatifs comme : « les barbares du Sud », dont les Lao Tai et leurs chefferies font probablement partie. 268 Même si on ignore la raison exacte de son exile, on ne peut ignorer celle qui explique son retour. Les annales donnent des explications très floues, comme s’il y a une raison ou un quelconque événement grave qu’il a fallu masquer par des histoires fabuleuses, probablement des événements politiquement incorrecte qui aurait tâché l’une des plus “prestigieuses ” dynastie tai de la région, si la réalité était transcrite comme telle.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 189 - migration, entre paysannerie et politique, dans la constitution du territoire, identifier le lien entre savoir divinatoire et savoir empirique qui constituent la société lao ; 3- enfin, comprendre le processus du passage du ban au muang comme un renforcement organisationnel et non comme une hiérarchisation territoriale et sociale. I. II. a. 1. L’enjeu sociétal du sol, ou le rapport de l’homme à la terre Le mode spatial et économique, qui régit les populations lao, identifiées durant la première période de leur lent glissement dans le Laos septentrional, aurait été celui des peuples d’agriculteurs sédentaires. Leur rapport à la terre aurait été marqué par le facteur temps et sa maturation dans le processus d’appropriation et d’emprise des terres, en tant qu’habitat et outil d’organisation et de production. La pratique des rizières en casier immergé ne nécessite pas seulement quelques saisons de défrichage (même si quelques saisons seraient suffisantes) pour les mettre en valeur et les rendre exploitables. Mais ce serait toute la vie d’un homme, du village et, par de-là, du muang qu’il s’agit de mobiliser et à laquelle les modes d’occupation, d’organisation et d’exploitation seraient rattachés. Ceci, parce que la pratique des rizières aurait introduit une dimension culturelle plus large que l’acte d’exploitation lui-même : une dimension sociale englobant la société villageoise et celle du muang, une dimension spatiale (territoriale et géographique) en ne se limitant pas seulement à l’emprise des rizières. Essayons de mettre en relief une suite d’éléments (non-chronologique ou causale) qui pourrait décrire le lien entre le rapport de l’homme à la terre et les conditions de la constitution du village et du muang, représentant et symbolisant les deux premiers faits politico spatiaux de la maîtrise du territoire chez les Lao : 1- Dans la vision traditionnelle courante, on aurait accordé une grandeur morale à celui qui a la capacité de défricher une quantité de rizières, sap sao [la[-kJ;], alors que celui qui défriche les hai [wIJ] 269 n’aurait pas de considération particulière. Cette vision vaut jusqu’à une période récente. 2- Le phénomène de valeur sociétale liée aux rizières semble refléter un schéma anthropologique et culturel complexe : celui qui possède beaucoup de rizière serait un “grand homme”, capable de mobiliser et de mener les autres hommes à faire de même pour leur propre compte. 3- Le défrichage de rizière s’initie alors à travers un travail communautaire mené par un homme ou un groupe d’hommes. Ceci aurait expliqué le fait que les rizières ne sont jamais isolées mais groupées dans une même plaine préalablement choisie pour sa taille, sa richesse, sa disponibilité en eau. Le choix dépendrait probablement des compétences du meneur ou du groupe de meneurs. 4- Le meneur, le groupe de meneurs qui dirige le défrichage des rizières, serait aussi celui ou ceux capables de diriger la fondation d’un village ou d’un établissement primitif entouré de rizières. 5- La société lao tai (dans toute sa composition hiérarchique) serait résolument terrienne. Sa manière de travailler la terre et de l’habiter serait l’un de ses facteurs d’ancrage territorial. A l’échelle individuelle, posséder des terres c’est exister dans la société, à l’échelle sociale et communautaire, c’est s’inscrire dans le territoire et dans l’histoire, et, à l’échelle anthropologique, c’est se situer dans la nature et le cosmos à travers les pratiques divinatoires liées à la terre. 6- A travers ces constats, les rizières et les habitats, leur organisation et leurs pratiques (sociales, techniques, cultuelles) ne peuvent être que le produit d’une organisation sociale et politique structurée. I. II. a. 2. Les complémentarités : ancrage territorial/migration, savoir divinatoire/savoir empirique, paysannerie/politique Ces éléments suscitent trois remarques : 269 Sap sao [la[-kJ;] : défricher la terre ; hai [wIJ] : exploitation agricole sur brûlis et en terre exondée.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 190 - 1. Dans le temps court, le phénomène sociétal d’ancrage territorial, explicité ci-dessus, conforté par la maturation du temps, semble entrer en contradiction avec le caractère migratoire des Lao Tai. Mais considéré dans le temps long sur plusieurs siècles, le phénomène semble compréhensible et justifié. Il explique probablement pourquoi sont aisément repérables les différents itinéraires qu’ont empruntés ces derniers durant leur migration ou plutôt durant leur glissement vers le Sud, alors qu’aucun témoignage historique “ bâti en dur ” ou écrit ne nous est parvenu. Ces itinéraires, ou repères, apparaîtraient comme une suite de taches d’huile de peuplement. Dans chaque tache subsisterait un échantillonnage de population tai avec son organisation spatiale, permettant “ une traçabilité ethnique ” et un itinéraire nord-sud, qu’allègue pour le moment la quasi totalité des historiens et anthropologues. 2. La terre serait l’élément qui scelle le lien sacré entre l’homme et la nature : la domestication des terres pour en faire des rizières dans un territoire donné nécessite un temps long et une main d’œuvre constante et communautaire, un savoir à la fois empirique et divinatoire. Le savoir empirique serait né de la confrontation de l’homme avec la réalité géographique et climatique, mettant en évidence sa capacité d’adaptation. Le savoir divinatoire qui relie l’homme à la nature serait, quant à lui, propre à la structure sociétale lao, accompagnant sa migration. Les deux types de savoir auraient donc présidé à la construction et à la maîtrise du territoire d’implantation d’origine, quel que soit le lieu géographique. Par la suite, ce double savoir serait persistant tout au long du “ glissement nord-sud ” des Lao Tai, pour être des facteurs de permanence jusqu’aux temps présents. Aujourd’hui, ce double savoir a quitté le champ de la maîtrise spatiale, il occupe uniquement le monde rural et agricole. L’aménagement du territoire et de l’urbain est aujourd’hui dépourvu de ces deux savoirs. 3- L’organisation sociétale des populations lao tai renferme deux caractéristiques : d’un côté la nature terrienne et paysanne et de l’autre l’aspect politisé et hiérarchisé qui caractérise l’organisation du muang. Il apparaît aujourd’hui que la société lao est composée de deux classes sociales majeures : l’élite dirigeante aristocratique (ou assimilée ou qui l’imite en la remplaçant) et la paysannerie qui proviennent de la même souche ancienne, celle du paysan politique (du muang). Ceci peut expliquer peut-être le fait que l’opposition sociale ne se manifeste pas fortement dans la société lao.270 I. II. a. 3. Du ban au muang, un renforcement organisationnel Au travers de ces constats, se dégagent les questions d’échelle et de primauté dans la constitution spatiale. Tentons ici d’en exprimer les traits. 1- Les rizières, entendues comme “ copropriété ” et de groupement de plusieurs propriétés, seraient la première échelle, dans le sens où leur existence est intrinsèque aux effets de groupement et au caractère communautaire. Cette échelle serait aussi l’échelle de “ l’entité ” : dans la mesure où les rizières existent non seulement par effort de grouper, mais aussi par effort de diriger sous une entité. L’entité de rizières fait donc transparaître une autre réalité corollaire, celle de l’entité villageoise et de l’autorité consentante qui la coiffe. En ce sens, le village ne serait pas seulement un regroupement d’intérêt, mais aussi un regroupement fondamental et “démocratique ” dans la mesure où il ne peut exister de village sans groupement de ces rizières. Cette échelle d’unité, qui n’existe que par le fait d’être regroupée et dirigée, donne naissance à une entité, à une organisation politique, du moins à son état embryonnaire, de l’échelle Un –le ban (village). 270 Toute proportion gardée, la société lao ne serait pas complètement à l’abris des collisions passives qui ont pu avoir lieu à un certain moment de l’histoire, notamment lorsque la classe dirigeante aristocratique a dû être renforcée, se mesurant par la force –militaire et économique– aux autres unités politiques, dans leur phase évolutive. A titre illustratif nous pouvons notamment évoquer l’apparition du phénomène dès le règne de Sethathirat. Mais la société aurait intériorisé l’opposition des classes et l’atenué dès son origine, alors que partout ailleurs les deux classes sociales rentrent en collision de façon quasiment permanente.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 191 - 2- On passe à l’échelle deux. Le passage à l’échelle du muang tient beaucoup plus au renforcement de l’embryon organisationnel et politique qu’à l’accroissement ou à la multiplication physique des unités villageoises : ce n’est pas tant parce qu’il y a plusieurs villages à proximité des uns des autres que naît le muang pour les englober, et encore moins parce que le village grandit. Lorsqu’un village devient plus grand il ne devient pas un muang en changeant de statut administratif, il va être scindé et rester toujours ban : ban tay / ban neua (parfois ban kang), ban thong / ban tha, etc. Bien que l’ordre de grandeur physique soit aussi un enjeu dans l’échelle du muang il ne constitue pas sa base. D’un côté, le muang, d’un certain point de vue, peut être considéré comme étant en rupture avec le ban, dans la mesure où l’organisation politique du muang possède de fait une responsabilité territoriale au-delà des principes de regroupement. Cette responsabilité qu’est le pouvoir politique – incarnée par le chao muang– émane de la dynamique de l’organisation politique propre, dépassant le cadre et les principes de regroupement spatial. De l’autre, le muang garde un lien profond avec le ban (ou groupement de rizières)271 dans la mesure où il serait le renforcement métamorphique de l’organisation politique du ban. En d’autres termes le muang est le stade de politisation du corps organisationnel qui a groupé au départ les rizières et qui a formé le village. C’est en ce sens que la maîtrise traditionnelle du territoire lao est parfaitement assurée. La capacité de maîtriser le territoire est d’abord corollaire au facteur humain qui a dicté la constitution du territoire et non le contraire. A ce stade primitif du ban, ce n’est pas le politique qui construit l’espace et le territoire, mais l’organisation sociétale construisant son ancrage spatial. Notre compréhension est placée là, au cœur d’un ethnocentrisme. I. II. b. Les hommes et la terre, fondement de l’État et identité politique Les hommes et la terre –du point de vue démographique et culturel, la manière de se répartir et d’occuper l’espace, d’utiliser les sols et de produire des richesses– sont deux composants primitifs et fondamentaux qui constituent ce qui devait être plus tard l’État et l’identité politique pour le Lane Xang. Quelques questions majeures explicitent l’importance des hommes, leur dimension individuelle et collective, dans la construction des identités culturelles et politiques : 1- Comment la personnalité du chef tai se légitimise-t-elle ? 2- Comment les détenteurs du muang, que sont les Tai, inter-agissent-ils d’un côté avec les aborigènes et de l’autre avec les détenteurs des grandes cités ? 3- Pour les Tai, quel est le rôle des esprits protecteurs dans leur manière de s’imposer dans l’espace existant ? 4- Enfin, le muang des Tai est-il vraiment un mandala ? 5- A cette dernière question, nous tentons de trouver dans les mythes des origines ethniques et dans la “ pensée politique ” de F’a-Ngoum des éléments de réponse. I. II. b. 1. Le statut du chef : maître de la vie, maître de la terre et réciprocité de légitimation Dans les deux échelles décrites –l’échelle du ban et l’échelle du muang– l’homme, qui n’appartient pas directement à l’échelle spatiale mais à l’échelle politique, est omniprésent. Il conditionne dans sa dimension anthropologique les deux échelles. La maîtrise du territoire est ainsi secondaire, ou du moins conditionnée par la maitrise des hommes dans la constitution spatiale et dans la mise en place d’un modèle d’occupation, définissant une identification politique. Le caractère anthropocentrique, ethnocentrique (prônant l’importance du composant humain et de la mono ethnicité) semble évident dans la constitution et l’occupation spatiale des établissements tai, afin de garantir le succès dans la maitrise du territoire et ensuite dans la construction politique du muang. Pour illustrer le propos intéressons-nous à un fait. Le pouvoir dominant de l’organisation politique et sociale lao traditionnelle porte une désignation qui recouvre tout son sens : le monarque 271 La formation de Muang Sing a été réalisée à partir de “ 17 têtes ou groupements de rizières ”, houa na, d’après les annales locales. C’est l’une des conditions de sa fondation.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 192 - est le Chao Sivit –maître et propriétaire des vies avant d’être le propriétaire des terres– Chao Phaèn Dinh. Il est détenteur du droit de vie sur ses sujets. En théorie, il s’agit d’un pouvoir absolu. Mais quelles seraient la particularité et les implications d’un pouvoir qui est d’abord “ maître des vies ”, précédant celui qui est “ maître des terres ” ? Entre le premier stade, où la représentation du pouvoir à partir de son état embryonnaire dans la personnalité du “ meneur du ban ”, et le troisième stade où cette représentation est incarnée par la personnalité du “ maître des vies ” –en passant par le “ maître du muang ”, il y a un grand écart du point de vue organisationnel. Doit-on voir dans cet écart une simple distance historique qui aurait forgé l’évolution de la première personnalité vers la deuxième et la troisième, ou plutôt une distance anthropologique. Du point de vue anthropologique, il s’agirait de la même personnalité placée dans un contexte différent selon le degré de complexité sociale et politique. Doit-on voir aussi que le sens du pouvoir au premier stade n’est pas lié au sacré. Il est consentant et démocratique, paternaliste et transparent, basé sur le facteur humain en tant qu’essence, acteur, moyen, voire, en tant que finalité de la réalisation du pouvoir. Il y a une réciprocité de légitimation entre le monarque et le peuple comme entre le meneur et le paysan. Le monarque et le peuple possèdent autant de capacité divinatoire : leur capacité d’accès au divin est égale et d’une commune nature. Ils sont protégés au même titre par leur phi thaèn. En d’autres termes, l’autorité ne justifie pas sa domination par le fait qu’il est détenteur du phi thaèn –son protecteur– mais par le fait qu’il est lui-même représentant ou descendant du phi Thaèn. Le pouvoir ne peut exister sans la volonté du peuple de se rassembler, et vice versa, le peuple ne peut exister ni se rassembler sans le meneur ayant la force et la capacité de rassembler, que ce soit de manière pragmatique (au début) ou divinatoire (après). Nous tentons ici de comprendre l’acquisition ou le rapport au pouvoir de l’homme, dans sa dimension anthropologique. Dans la recherche des hypothèses, nous commençons à avoir une vision moins théorique lorsqu’apparaît l’événement qui se rapporte à F’a-Ngoum, avec les premiers discours politiques qui lui ont été attribués. Vers le début du second millénaire, à l’approche de la période de pacification de F’a-Ngoum, les Lao Tai seraient groupés dans l’organisation de plusieurs muang dirigés par les chefs et l’organisation de chefferie. Les muang peuvent être importants ou modestes, le nombre des habitants aurait joué un rôle primordial dans les échelles des muang. Etant de même groupe ethnique avec quelques variants près (qui constituent plus tard la classification ethnographique), les chefferies lao tai se sont probablement reliées plus étroitement, à partir de cette période, en constituant des liens de parenté et d’alliance. A partir de Vientiane jusqu’au Nord, et probablement en dessous, des familles lao tai auraient déjà la direction des muang : à l’embouchure de la Nam San, à Vientiane-Viengkham, Luang Prabang, Xieng Khouang, Xieng Saèn, Xieng Kok, dans le Sip Song Chou Tai et le Sip Song Phanh Na. Ainsi, durant sa campagne militaire, F’aNgoum rencontre les muang majoritairement dirigés par les Lao Tai, réclamant de sa parenté. I. II. b. 2. Les détenteurs du muang faces aux aborigènes et aux détenteurs des grandes cités Avant F’a-Ngoum, notre hypothèse sur la constitution, la maîtrise du territoire et sur l’embryon de l’identité politique, relève de deux niveaux de perception. 1- Vue de l’intérieur (ethnocentrique), l’identification des populations de parler Lao Tai et leur schéma d’organisation du muang est explicite à travers la vision exposée précédemment. C’est une société agraire conduite par un chef aux savoirs empiriques et divinatoires. Elle est déjà familiarisée avec un certain degré d’organisation politique et aurait aussi été une société animiste, familiarisée avec l’idée du divin. Les espaces produits par elle auraient été sous forme de groupements de rizières aménagées en casiers immergés, entourant les groupements d’habitations qui forment le village. Dans la partie exondée des terres non bâties en seconde couronne après les rizières, il y aurait des lambeaux de forêts claires où les villageois défrichent des haï. Et plus loin dans la troisième couronne, ils auraient pratiqué la cueillette, et plus loin encore, en quatrième couronne, la chasse. C’est éventuellement dans les couronnes trois et quatre que les tai ban (habitants du ban) et les tai muang (habitants du muang) entrent en contact avec les autres groupes de population qu’ils Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 193 - désignent comme des personnes appartenant aux entités non-détentrices du muang. Ces individus tribaux ont été désignés comme Kon pa (être de la forêt) par opposition aux kon muang (être du muang) que s’auto qualifient les Lao. 2- Vue de l’extérieur, la société lao tai est une société encore tribale mais très organisée, voire, complexe. A priori la société lao tai du muang ne s’implante pas là où les autres seraient déjà implantées. Il est peu probable que les Lao Tai aient investi une occupation existante en chassant les anciens habitants : les occupations des autres tributs n’auraient pas été adéquates du point de vue spatial et divinatoire à l’organisation de leur habitat, ils auraient pénétré dans une aire existante, certes, mais auraient occupé la partie vide de cette aire. Outre les différentes sociétés tribales aborigènes avec lesquelles ils auraient d’abord des contacts de l’ordre de subsistance, d’échange et de troc, ils auraient aussi à ménager les groupes plus puissants qu’eux : telles les puissances locales, les grandes organisations mônes et khmères (dont nous allons évoquer l’importance un peu plus loin). Là encore, il est peu probable qu’ils aient investi les lieux encore actifs ou délaissés de ces grandes organisations, pour des raisons d’incompatibilité de conceptions spatiales et cultuelles. Les constats, ci-présent, remettraient en doute les idées biens galvaudées qui affirment que les Lao Tai repoussaient les peuples autochtonnes dans les montagnes et les forêts pour prendre leur plaines et leurs terres cultivables. I. II. b. 3. Le phi ban et le phi muang des Tai possèdent leur espace propre Le patronage spirituel aurait joué un rôle déterminant dans cette incompatibilité. En d’autres termes, les lieux d’habitat lao auraient été protégés par leurs propres génies, de la maison au village, du village au muang en passant par les rizières. Dans leur culte animiste, les esprits protecteurs de ces lieux –c’est-à-dire, leurs phi– sont très nombreux. Ceux qui participent aux organisations symboliques et politiques du muang auraient été principalement de l’ordre de trois : le phi ban, le phi na et le phi muang –le plus important. Le phi muang est en fait le phi thaèn, lorsque le muang est important et à la tête duquel il y a une famille des princes descendants de Thaèn f’a et protégée par celui-ci.272 Si le phi ban et le phi na ne s’occupent respectivement que du bien-être du ban et du na, le phi muang, lui, doit prendre soin du territoire qui englobe les ban, les na et les muang, tout en étant très imprécis en termes territoriaux. On sait seulement qu’ils ont les quatre orients comme limites virtuelles de protection et semblent exclure les haï et les forêts, etc., des premiers schémas d’organisation cultuelle du ban, du na et du muang. Ce qui suggère l’idée que les haï et les forêts ont des phi qui ne feraient pas partie de la hiérarchie des phi du muang. Cela signifie-t-il que la nonappropriation cultuelle par le muang des zones de forêt claire et de la grande forêt (appartenant aux autres tributs) équivaut aussi à une non-appropriation spatiale de ces lieux ? 273 En tous les cas, cela semble faire transparaitre le fait que les Lao ont été réticents à l’idée d’occuper un territoire où leurs phi protecteurs ne peuvent se trouver, à moins qu’ils ne décident d’en inviter quelques uns à s’y installer. Aujourd’hui encore, avant d’occuper un lieu, implanter une maison, aménager une rizière, couper un arbre, etc., les Lao ne manquent pas d’inviter les esprits existant à quitter les lieux, ou au contraire, à leur faire de la place par des rites rigoureusement conservés. Aujourd’hui, cette tradition demeure : les ouvriers et les artisans lao refusent de travailler dans les chantiers de construction dont les rituels dédiés aux esprits tutélaires et aux poses des premiers poteaux n’auraient pas été effectués. Revenons aux groupes plus puissants que les Lao auraient à ménager. Rappelons que si nous admettons la présence des Lao Tai dans le haut et le moyen Mékong dès le VIIIe siècle, nous 272 Les familles royales et princières lao, y compris le peuple, sont sensées descendre de Thaèn F’a qui les a envoyé prospérer sur terre. Les familles de chefs lao tai sont donc sensées aujourd’hui pratiquer, d’une manière ou d’une autre, le culte de phi thaèn – phi f’a ou assimilant, cela dépend du degré d’assimilation et d’acculturation qu’elles ont connu dans leur histoire locale respective. 273 Les différents lieux semblent se munir plus tard des esprits protecteurs. L’attribution des phi dans ces lieux accompagne alors leur appropriation par les Lao. Au fur à mesure de la consolidation de la société lao dans le territoire, le nombre des phi en ce cas ne peut être que croissant.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 194 - devons aussi constater que ce territoire est dans l’ère et dans l’aire du Chen-La établi dès le VIe siècle et scindé en deux au VIIIe siècle : le Chen-La d’eau (Cambodge) et le Chen-La de terre (Laos méridional). Durant cette époque, mis à part les aborigènes, les Lao Tai auraient rencontré sur le territoire des populations du Chen-La, notamment les Môns vivant dans une organisation complexe : d’importantes cités auraient déjà été établies par eux entre le Ie et le Ve siècle274 dans le moyen Mékong, accompagnant l’indianisation de la péninsule. Puis dès le début du IXe siècle l’Empire khmer aurait placé sous sa domination les différentes cités et multitudes tributs et chefferies –y compris les chefferies lao tai. Ces chefferies auraient été organisées en petits muang : établissements agraires et ripuaires avec enceinte en palanque ou en palissade, avec ou sans douve, maîtrisant les terres agricoles pour les besoins internes des muang, entretenant une relation assez avantageuse avec les aborigènes à travers les trocs,275 mais se soumettant aux grandes cités mônes et ensuite khmères en leur payant probablement tributs, sans toutefois adopter complètement leurs systèmes. I. II. b. 4. Le muang des Thaèn F’a est-il un mandala ? Durant le siècle de F’a-Ngoum, notre hypothèse du modèle spatial et de l’identité politique esquisse la particularité de l’organisation du muang propre à la culture lao tai septentrionale, tout en soulevant certaines de ses caractéristiques comme provenant de l’influence du mandala. L’influence partielle du mandala Le mandala est une représentation de l’organisation politico-spatiale selon laquelle le pouvoir était à la fois concentrique et rayonnant. Depuis le centre, celui-ci émet son autorité de manière rayonnante en dessinant un cercle. Le pouvoir localisé en son centre se légitime par son caractère sacré et sa capacité de symbolisation. Les limites de son cercle de rayonnement sont quasi immatérielles. Elles se rétrécissent ou s’élargissent, s’arrêtent-là où commence un autre pouvoir rival. Elles varient selon la puissance de leur pouvoir religieux, militaire, politique et économique. Les historiens affirment que les cités gouvernées selon le système du mandala sont installées dans le Sud-Est asiatique dès le IIIe siècle avec le Fou nan et ont duré jusqu’au XIXe siècle, jusqu’à ce qu’elles soient mises fin par le système colonial occidental.276 A nuancer par rapport à l’organisation du mandala, l’organisation politique primitive lao tai dans la péninsule dont nous venons de suggérer le principe, semble avoir été un système de chefferie, fondée sur la consolidation des intérêts de l’individu et du groupe, dirigée par un chef possédant un savoir empirique et divinatoire reconnu par son groupe comme étant lié au thaèn f’a – ancêtre mythique et ethnique fondateur, devenant des phi, leurs esprits protecteurs. Etant dans une société politisée, il aurait été probable que les Lao Tai aient été influencés par le système d’organisation du mandala des Môns et des Khmers. Mais fait curieux, aucune cité lao tai n’a été construite sur le modèle spatial de ces grandes cités : les Lao n’ont pas bâti de grande cité monumentale comme l’ont fait brillamment leurs suzerains. A la différence des Khmers, la représentation du pouvoir n’a pas non plus manifesté tant d’ampleur sur l’espace. Le culte de phi f’a - phi thaèn semble avoir été le trait identitaire commun et durable, marquant la continuité du pouvoir chez les Lao Tai et permettant d’identifier ce peuple durant plusieurs siècles, même après leur conversion au bouddhisme. Le mandala n’aurait alors influencé les muang que de manière partielle, du point de vue organisationnel et non du point de vue symbolique et spatial. Le système du muang peut être rapproché du système du mandala dans le sens où le pouvoir politique du muang 274 Pour une chronologie simplifiée Cf. Stuardt-Fox Martin, Historical dictionary of Laos, éd. The Scarecrow Press, Inc. Maryland, 2008, 3e éd. 275 Mise à part le fait que les échanges entre aborigènes et Tai allaient évoluer, donnant des avantages grandissants à ces derniers pour assurer aux muang leur richesse et leur puissance (idée développée dans le premier chapitre), les Lao auraient possédé un vrai avantage au départ dans ces échanges : ces derniers auraient été les détenteurs des mines de sel que les aborigènes avaient besoins. L’étude sur le rituel des mines de sel de Archaimbault devrait apporter des données explicatives à ce sujet. Cette idée sera développée plus amplement dans le chapitre traitant des muang et des xieng. 276 Cf. Stuard Fox.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 195 - ne possède pas en soit un territoire, mais s’apprécie selon le nombre des hommes vivant dans ce territoire, lui témoignant fidélité et lui payant tribut. Il en serait de même pour le chef du muang voisin et ainsi de suite. Et au dessus des muang il y aurait un grand muang auquel les petits muang doivent allégeance. C’est probablement autour de la période qui précède le sacre de F’a-Ngoum que les ban et les muang empruntent des éléments du système du mandala, en s’appropriant partiellement du système d’organisation laissé par les Môns et par les Khmer suite à leur déclin. Nous avons suggéré précédemment que le cas de Chiengmai, issu peut-être du métissage môn-tai, peut illustrer cette appropriation partielle du mandala. Le pouvoir central aurait été légitimé de plus en plus par son caractère divinatoire et de moins en moins par sa capacité empirique. Sa capacité à se rapprocher du divin par sa connaissance et sa force aurait été peu à peu pervertie ou remplacée par sa capacité d’être lui-même divin. Cette altération partielle du mode de légitimation du pouvoir chez les Tai serait ajustée assez bien avec le caractère sacré du pouvoir central du mandala qui diffuse sa puissance, sa grâce et son rayonnement aussi loin que sa lumière aurait portée. La résistance et la légitimité de la lignée de l’ancêtre mythique Thaèn F’a au centre du pouvoir L’influence du système mandala sur le système du muang semble avoir des limites : quelques résistances ressurgissent intrinsèquement de la culture tai. Tout en ayant foi en la réciprocité de légitimation du pouvoir et tout en exigeant du chef une force et une puissance empirique et tout en prônant que sa lignée thaèn f’a est liée au pouvoir divinatoire (qualités propres aux chefs lao tai), la place du pouvoir semble être déjà portée à l’époque de F’a-Ngoum par le système organisationnel du mandala. C’est là que se situe l’ambigüité du système politique du muang dans sa période évolutive, “ perverti ” par le système du mandala : 1- D’un côté, les annales anciennes ne manquent pas de souligner chaque fois qu’un intrus n’appartenant pas à la famille de F’a-Ngoum (donc à la lignée Thaèn f’a) règne sur le Lane Xang. Et de l’autre, certaines périodes de l’histoire explicitent l’idée que n’importe qui peut devenir légitime pourvu qu’il réussisse à évincer l’ancien chef pour prendre sa place au centre du pouvoir. 2- Il ne suffit pas de régner en maître au cœur du mandala pour se légitimer dans la durée. Il faut aussi être capable d’endosser les obligations et les devoirs dictés par la réciprocité de légitimation. Ce serait une sorte d’épreuve éliminatoire qui incombe aux chefs intrus : seuls ceux qui possèdent la compréhension de la réciprocité du devoir, que les Lao attribuent uniquement à la lignée thaèn f’a, peuvent passer les épreuves de légitimation. C’est en ce sens que le système de pouvoir du muang diffère et résiste au mandala. Le contexte de l’ascension de F’a-Ngoum met cependant en relief la coexistence entre le système du muang et le système du mandala : 1- La personnalité de F’a-Ngoum, telle qu’elle a été définie par l’histoire, présente une certaine ambigüité : en prenant le pouvoir à Muang Swa il se légitime d’abord par son appartenance à la lignée de Khun Burom, des Thaèn f’a ; reconnaissant sa légitimité, les gardiens et les autorités de ce muang n’auraient pas montré de fortes résistances. Les monarques locaux –appartenant à la même dynastie que F’a-Ngoum– par leur suicide à son arrivée auraient, par cet acte, confirmé sa légitimité (Cf. le Phongsavadan.) 2- Les campagnes militaires d’unification de l’un des plus importants État tai de la péninsule, que font sans cesse état les chroniques lao, ont mis cependant en relief le fait que la force et l’intelligence individuelle de la personnalité de F’a-Ngoum a été le moteur de son accomplissement, occupant la place qu’il mérite dans l’histoire du Laos sans le concours de son appartenance dynastique aux Thaèn.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 196 - I. II. b. 5. La définition du muang à travers la pensée de F’a-Ngoum L’importance des hommes dans le muang Quel que soit le système auquel il aurait appartenu, F’a-Ngoum aurait donné au système organisationnel du muang une pensée politique forte permettant d’esquisser la morphologie sociopolitique et spatiale de la société lao. Les discours dans le Phongsavadan qui lui ont été attribués mettent en évidence de multiples caractéristiques de la société lao ancienne dans sa formation politique et sa consolidation spatiale.277 « […] N’exécutez point la peine de mort si les fautes commises ne le méritent point. Emprisonnez les coupables et ensuite relâchez-les pour qu’ils puissent vivre et trouver du travail. La richesse de cette terre n’existe qu’avec les hommes : point d’homme, point de richesse, ni de biens, je ne veux point que l’on tue pour cette raison […] ». Ici, la pensée de F’a-Ngoum est pragmatique. Conscient de la carence démographique de ses muang qui freine leur développement et leur richesse, en plaçant le facteur humain au premier plan de l’espace politico-spatiale, il met en garde l’arbitrage du pouvoir et prône la précaution dans la gestion des hommes comme un précieux composant économique. La carence démographique est aussi exprimée par l’aspect parsemé de la population, au point qu’il aurait été nécessaire de reconsidérer –de recomposer même– une nouvelle démographie, accompagnant le territoire qui vient d’être unifié. En d’autres termes, il a fallu peupler certains muang. Bien que déplacer des habitants d’un lieu pour les mettre en un autre lieu ne peut constituer en soi une solution, puisque cela dépeuple forcément un lieu, cette option a été pratiquée par F’a-Ngoum, notamment lorsqu’il déplaça 100 000 Khrom kao du territoire lü vers Luang Prabang (cf. le Phongsavadan). L’ethnocentrisme, la monoethnicité du muang « […] Vous ne causerez point de tort ni aux Tai, ni aux Lao, vous ne prendrez point les biens à ces derniers quels qu’en soient les faits et les raisons. Si vous vous disputez entre vous et allez vous faire la guerre, souvenez-vous de mes paroles, vous êtes seulement autorisés à vous guerroyer les cinq jours : jour kap, jour hap, jour houay, jour meung, jour beurk. Les cinq autres jours : jour kat, jour kot, jour houang, jour tao, jour ka, vous n’êtes pas autorisés à guerroyer, ni à usurper les bétails ou les biens des uns des autres […] ». Nous pouvons interpréter dans les propos adressés aux Khrom khao (de parler môn-khmer) un certain ethnocentrisme : il aurait distingué les autres groupes des gens de “ sa race ” tout en démontrant la consolidation de son pouvoir et de sa suprématie sur ces groupes que les Lao Tai auraient clairement dominé. « […] Je suis fils de Nang Kéo Mahari, fille de F’a-Khamhyo qui n’est autre que membre de ton illustre famille […] ». Au port de Muang Leuak à Xieng Saèn qu’il s’apprête à prendre, l’un des tiao muang de la cité venu à sa rencontre se présente ainsi à lui. F’a-Ngoum, aurait répondu : « […] Si c’est ainsi, que Muang Leuak reste tien, il deviendra le muang au coeur de ma maison, (ou il sera le muang cher à mon cœur) […] » Les propos du tiao muang de Xieng Khouang s’adressant à F’a-Ngoum lorsque celui-ci arrive à la porte de sa cité évoquent également le cousinage et la révérence aux liens dynastiques278. Ces faits ainsi que le contenu des propos échangés mettent en évidence deux choses importantes : 1- F’aNgoum serait conscient de l’existence non seulement des chefferies d’ethnie lao tai préalablement installées dans la région, mais surtout de la grande dynastie de Khun Bourom –à laquelle il prétend appartenir– dispersée dans un large territoire. Il accepte de manière naturelle que Lan Na, Sipsong Phan Na, et Xieng Khouang –entre autres, entretiennent un lien de parenté avec lui. 2- F’a-Ngoum 277 Bien que le Phongsadan, qui nous sert pour l’instant de référence unique, aurait été composé plus de deux siècles après lui, transcrits et recopiés jusqu’au XIXe siècle, la plupart des historiens s’accordent pour reconnaître l’authenticité historique de ce grand roi tout en émettant un avis plus circonstancié concernant l’authenticité du contenu de ses discours. 278 Cf. 2e partie. I.I.a. (Page 177)Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 197 - serait également conscient du fait que la dispersion territoriale vient contredire ces liens de parenté existante ou réclamée. Cela serait suffisant pour justifier la volonté de rassemblement autour d’une entité. Toute proportion gardée, nous devons sans doute voir dans ce fait que F’a-Ngoum met en œuvre l’harmonisation ou la ramification des petits mandalas dans le grand mandala qu’il édifie avec la fondation du Lane Xang. L’idée de limite territoriale Certains propos contredisent cependant le mandala que F’a-Ngoum aurait tenté de fonder. Formellement, le mandala en tant que cercle de rayonnement du pouvoir ne possède pas en soit de limites territoriales, ni identifiable par une identité culturelle unique avec une composante ethnique homogène. « […] Nous sommes parents par Khun Burom dans notre lointaine histoire. Si tu désires les ban et les muang, que les territoires qui s’étendent depuis la frontière de Dong Phraya fay jusqu’au pied de la montagne Phraya Po et la frontière de Muang Nakhone Thaï soient tiens ; je t’enverrai chaque année du sucre de canne et du sucre de palmier. Lorsque ma fille Kéognot F’a sera grande, je l’enverrai partager ta couche et ton oreiller, oh Tiao F’a. […] ». Les propos de Uthong d’Ayuthia, se référant aux origines lointaines qui auraient uni les populations du parler lao tai, seraient plus une éloquence diplomatique qu’une réelle référence dynastique : ici Uthong évoque la frontière alors que les propos des autres tiao muang parlent de parenté de manière plus précise et ensuite proposent parfois des alliances matrimoniales, deux choses assez habituelles pour les royaumes tai. Par contre, ce qui semble important, tant dans les propos de Uthong que dans les œuvres de F’a-Ngoum, c’est la question de la délimitation territoriale, notamment entre Lane Xang et Ayuthia qui apparaît. Bien que celle-ci soit imprécise matériellement, elle est localisable et dessine la limite occidentale du Lane Xang, par une ligne Nord-ouest/Sud-est au niveau de Nakhone Thaï. Et il en est de même lorsqu’il a établi la séparation de frontières entre le Lane Xang et le Daï Viet. Les frontières en question peuvent être considérées comme des lignes de rencontre de deux rayonnements de mandala. Mais elles peuvent également expliciter une certaine conscience des limites territoriales du muang. En d’autres termes le pouvoir central du muang n’aurait pas seulement émis un rayonnement variable mais aurait aussi contribué à délimiter un véritable territoire. Par exemple lorsqu’il s’adresse à ses chao muang : « […] Ne vous disputez pas et ne vous entretuez pas. Soyez solidaires afin de surveiller ensemble les lisières de vos ban et de vos muang. Soyez au courant des bonnes et des mauvaises intentions des étrangers et des autres ban-muang qui vous entourent […] ». L’idée de s’inscrire dans la continuité d’une lignée et d’une histoire déjà existante Un autre propos semble confirmer la base sociale des muang profondément attachée et confondue à l’organisation sociale du ban et à ses principes moraux : « […] Vous, tous tiao que vous êtes, vous ne réduirez pas les paï (les non nobles) pour être vos esclaves. Que ces derniers se querellent ou qu’ils commettent l’adultère, il faut les infliger d’amendes d’une valeur de cinq bath. S’ils commettent un assassinat que l’assassin remplace le mort. Si vous partez en guerre, n’acceptez point l’achat des têtes. Les tiao khun, n’amandez jamais les paï plus de 100, celui qui le fait malgré tout perdra sa face et indemnisera le paï […] » Outre la réaffirmation de l’identité culturelle lao tai par la confirmation du culte des phi f’a - phi thaèn, F’a-Ngoum semble s’inscrire dans une certaine continuité avec le passé. Ceci devrait contredire, si non, tempérer les allégations qui considèrent que F’a-Ngoum et ses œuvres sont le commencement de l’espace lao : « […] Tous les deux mois vous devez envoyer vos émissaires nous rapporter les bonnes et les mauvaises affaires des muang. Tous les trois ans, vous devez vous présenter en personne devant nous. Une fois à Xieng Dong Xieng Thong, nous prierons thaèn f’a, thaèn khom, thaèn tèng […] les devata, gardiens Tham Ting et Sop Ou, les rizières, les montagnes, les lieux sacrés […]. Nous donnerons les offrandes aux phi f’a, phi thaèn […] Le premier mois vous quitterez vos muang et le troisième vous arriverez à Muang Swa. Ceux qui ne monteraient pas à Muang Swa seront considérés comme révoltés contre nous. Notre illustre ancêtre F’a Luang Ngone Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 198 - nous conseille de connaître le cœur de nos tiao Khun du Lane Xang, les bons et les fidèles comme les mauvais et les infidèles. Nous nourrissons donc les f’a et les thaèn sur les recommandations de notre F’a Luang Ngone […]». I. III. La restructuration politique de l’espace à partir du règne de Sethathirat Globalement, le siècle de Sethathirat est associé au transfert de la capitale à Vientiane. Et c’est déjà essentiellement le siècle de restructuration politique de l’espace, constituée et maîtrisée dans les siècles passés en particulier celui de F’a-Ngoum. Le XVIe siècle de la restructuration territoriale et politique est issu de parti pris idéologique inscrit dans la configuration spatiale, non seulement interne au Lane Xang, mais également régionale. Trois éléments ont été fondamentaux dans cette restructuration : 1- les actes politiques d’appropriation de l’espace à travers le renouveau religieux, 2- la construction des monuments générateurs d’une culture régionale et d’un type d’unité urbaine, 3- la découverte, la connaissance et l’appréciation du territoire. I. III. a. L’appropriation de l’espace à travers le renouveau religieux Derrière les actes pieux du règne de Phothisarat l’idéologie du Bodhisattva-raja, “ le monarque boddhisattva ”, a été mise en avant dans le sens où le monarque se considère comme éclairé par le Dhamma. L’idéologie de roi aspirant à devenir Boddhisattva est courante à la même époque dans les autres royaumes tai.279 Sethathirat va poursuivre l’œuvre de ses prédécesseurs pour le renouveau. Cependant, les œuvres de Sethathirat qui ne sont pas seulement axés sur le domaine religieux mais largement ouverts sur la réforme politique et territoriale, auraient été plus vastes et plus complexes. Trois générations de roi (Vixun, Phothisa et Setha) auraient appliqué chacun à leur manière cette idéologie politico-religieuse qui va profondément marquer la dynastie lao, la politique ainsi que l’espace non seulement religieux mais aussi laïc. Et ce, jusqu’à la fin du règne de Sri Savang Vattana.280 Il faut signaler également que les trois règnes correspondent à une période de paix et d’échange pour la région, après une période de conflit important qui a duré plusieurs années entre le Lan Na et le Lane Xang sous le règne de Thiloka et de Jaya Charkaphad.281 D’après Lorrillard, une école bouddhique de l’époque, un « bouddhisme réformé d’inspiration cingalaise », aurait même été introduite à Luang Prabang par le biais du Lan Na.282 279 En particulier au Lane Na sous le règne de Thiloka Raja grand-père maternel de Sethathirath et du Lane Xang dès le règne de Vixunnarath. Celui-ci est allé jusqu’à donner le nom de Boddhisattva Raja à son fils. Ce nom est par la suite associé à une certaine radicalité religieuse, un fait rare dans l’histoire du bouddhisme lao. Une fois accédé au pouvoir ce dernier entreprend des réformes religieuses, en parti en ce qui concerne l’ordre monastique, et promulgue l’édit contre le culte des phi. 280 Politiquement contraintes et limitées dans le contexte de la guerre froide, les actions de Savang Vatthana sont plus consacrées à l’entretien des arts et des traditions. Il refuse son intronisation sous la bipartition politique et souhaite ritualiser sa charge une fois réalisée la réconciliation nationale, qui n’a jamais lieu. Ce qu’aurait symbolisé cette action c’est l’idée qu’un monarque ne doit pas prendre parti dans les conflits politiques entre clans et fractions. Il doit conserver la “ morale de la monarchie religieuse ”, pour un Laos unifié et indivisible, renforcé par le bouddhisme unificateur qu’il a la charge d’entretenir. Cette idée est redondante dans l’hymne national : « […] aimer la nation, notre pays, aimer notre monarque, partager l’amour et la religion depuis l’ancien temps pour protéger notre territoire […] » (2e strophe, ligne 1e et ligne 2e .) Par ailleurs, la devise du Royaume du Laos était : Nation, religion, monarque, constitution. 281 Conflit, qu’une alliance matrimoniale entre Phothisarat et la fille de Thiloka (ou petite fille ?) avait du régler. Un réveil culturel et religieux semblait accompagner cette période. « […] Durant la première moitié du XVIe siècle, les relations entre les deux grands royaumes tai septentrionaux sont pacifiques –et le bouddhisme florissant de la Thaïlande du Nord se diffuse progressivement en pays lao, en même temps que les textes (et donc les écritures) qui le véhiculent […] ». In. « Les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao », Lorrillard M., BEFEO 2003-2004. 90-91. 282 Quel que soit son origine, il est possible que la version du Phrataï pidok –introduit à Luang Prabang, ait pu être une nouvelle interprétation du Bouddhisme réformée. Cependant, Souneth Phothisane précise que cela ne peut être l’introduction d’une nouvelle école demandée par le monarque lao. Les deux moines, le Phra Maha Thep et le Phra Maha Mongkhoune, « qui viennent au Lane Xang avec 60 Khamphi Phrataï Pidok » que le roi du Lan Na offre au roi du Lane Xang ne seraient pas originaires de Lan Na mais de Lane Xang-même. Les deux moines auraient été invités au Lan Na et au retour de leur voyage, auraient ramené des présents royaux. Cet échange religieux serait une coutume couramment pratiquée, lorsque deux rois entendent préserver la paix et rentrer dans de bonnes grâces réciproques. Par ailleurs le rôle Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 199 - Sur la réforme du bouddhisme, le cas de Ban Phay Lom (à Vientiane) aurait illustré l’inauguration de l’ère nouvelle, avec des formes de refondation religieuse. Il laisse transparaître la mise en application de la politique de Phothisarat dans l’éradication du culte des phi qui se serait prolongée ou qui ferait son effet sous le règne de Sethathirat. Les maîtres des rituels qui (comme nous allons le voir à Ban Phay lom) viennent de l’extérieur du village, avaient une personnalité forte de par leur érudition et leur connaissance et auraient exercé un rôle très influent. Il serait probable que ces maîtres soient des émissaires royaux envoyés dans les quatre coins du pays pour “ détruire ” les autels des phi, convertir ou recadrer une pratique religieuse qui serait trop relâchée. Bien qu’il n’y ait pas de signe d’inquisition, les ordonnances et l’autorité personnifiée émanant du pouvoir royal pour procéder à l’éradication du “ culte barbare ” a dû être scrupuleusement respectées. D’après le Phongsavadan et d’après les études épigraphiques de Lorrillard, Phothisarat aurait ordonné la destruction des autels des phi pour construire des aram. 283 Cet acte qui se veut sans doute démonstratif et symbolique, revêt incontestablement un caractère contraignant. Parallèlement, il semble qu’à côté de cette volonté de réformer en profondeur la religion, on cherche aussi à l’adapter au contexte. En d’autre terme, un travail de transition et non de rupture aurait été entrepris malgré tout. Car en dépit des interdictions, un certain nombre de rituels et de lieux non-bouddhistes ont subsisté, d’où la survivance –voire la recrudescence aujourd’hui, de nombreux cultes des génies et des esprits. Dans une certaine mesure, on peut imaginer que seuls auraient été sérieusement proscrits les cultes considérés comme les plus barbares allant à l’encontre du fondement bouddhique tel le sacrifice animal. C’est probablement à partir de cette période que le bouddhisme devient une religion majoritaire et gagne progressivement, et non brusquement, le terrain des pratiques religieuses. Nous n’avons pas d’idée précise en nombre de ce que pouvait représenter cette confession avant Phothisarat, mais il est très probable qu’elle ait été minoritaire. Même si les annales mentionnent que le bouddhisme a été institué par F’a-Ngoum deux siècles plus tôt comme religion d’État, cela ne signifie pas que le Lane Xang entier ait été converti, même en ne considérant que les communautés lao tai. Les pratiques religieuses de Ban Phay Lom qui revêtent un caractère particulier aujourd’hui par rapport au reste du pays –l’interdiction de tuer les animaux et l’interdiction d’avoir un autel des esprits [hô phrapoum s=rtr6,] au sein du village limité par les bornes du Dhamma– incarnent sans doute pour l’époque une restauration religieuse parmi les plus exemplaires. Cependant, le fait que ces interdits aient quasiment disparu du Laos pour ne subsister qu’à quelques rares exceptions, semble indiquer que la pratique du bouddhiste lao a par la suite choisi une voie moins radicale. Cela montre que la radicalité religieuse de Phothisarat est propre à son règne et à son temps, propre sans doute aussi à l’histoire particulière du bouddhisme de cette époque.284 diplomatique qu’assument les religieux à l’époque est explicite dans plusieurs chroniques. Et pour revenir à l’introduction de la mission religieuse du Lan Na, il n’y a pas plus de raison (d’après Souneth) de penser que Phothisarat « a dépêché une mission diplomatique pour demander le nouveau Phrataï Pidok au Lan Na vers 1522 » en réponse de quoi le Lan Na lui aurait « envoyé les deux moines avec le Phrataï Pidok » comme le laisse croire certains traités historiques (Jinakalamalini, chronique du Lan Na. Cf. Jean Ripaud. Op, cit.) Vers 1501 Phra Maha Thep Luang aurait rédigé Nithan Khun Bourom à Luang Prabang en compagnie du roi Vixun et ne pourrait donc pas être envoyé du Lan Na en 1522 : les deux moines seraient allés au Lan Na en 1522 sur invitation du roi de ce royaume et seraient rentrés à Luang Prabang l’année suivante, couverts de présents royaux et notamment du volume du Phrataï Pidok version Lan Na. La ville en possède déjà plusieurs volumes, sans doute plusieurs versions différentes. 283 « […] Le 12 avril 1527 Phothisarat fait rédiger à Luang Prabang la stèles du Vat Savanthevalok […]. Elle est également important pour son contenu, puisqu’il s’agit d’une ordonnance par laquelle Phothisarat charge son Maha sangharaja, chef du clergé, de restaurer la religion – et de la purifier en particulier des croyances animistes. Le souci de réforme du roi paraît avoir été particulièrement fort, puisqu’il est exprimé une nouvelle fois en 1535 dans une stèle retrouvée une soixantaine de km en aval de Vientiane […].» M. Lorrillard. « Les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao ». Op, cit. 284 Il faudrait étayer l’histoire religieuse de la dynastie lao et de celle de toute l’Asie du Sud-est continentale pour comprendre cette radicalisation qui semble constituer une parenthèse dans l’histoire du Laos et par la suite expliquer la souplesse et l’absence doctrinale qui caractérisent jusqu’à ces derniers temps le bouddhisme laotien. Nous pouvons sans doute attribuer cette radicalisation au fait que le Lane xang venait de sortir d’une longue et destructive guerre dynastique qui a duré entre la fin du règne de Lane Khamdèng en 1430 et le début de règne de Jaya Charkaphat en 1456 (période de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 200 - Ainsi, déjà sous le règne de Sethathirat, tout semble nous faire comprendre que le pouvoir prenait en compte les croyances de la population, en substituant aux contenants et aux objets cultuels antérieurs un nouveau contenu sacré : il ne serait pas impossible qu’il y ait auparavant un esprit habité dans chaque pieu à Ban Phay Lom avant l’arrivée du bouddhisme. Et il ne serait pas non plus impossible après, que l’on ait substitué les phi par les sûtras bouddhiques enterrés sous les pieux. Dans d’autres exemples, nous pouvons même voir que les phi se sont “ convertis ” au bouddhisme. En d’autre terme, certains personnages vénérés antérieurement finissent au fur à mesure par acquérir des caractéristiques bouddhiques. La sacralisation bouddhique des établissements villageois, corollaire au renouvellement religieux et à la conversion générale, aurait généré une nouvelle organisation et pratique spatiale au sein des villages. Même si la population n’a pas été convertie dans sa totalité, on peut imaginer qu’à la place des sacrifices de buffles elle a dû commencer à confectionner des offrandes de fleur pour les autels des esprits. Peu à peu, elle aurait pris l’habitude de mettre la coupe des cinq préceptes bouddhiques sur l’autel des esprits.285 Puis lorsqu’elle aurait invoqué l’esprit de la maison,286 cela serait devenu naturel d’invoquer en même temps la prière du phouthang [r5fma’]. 287 Ainsi, les cultes non-bouddhistes se retrouvent convertis, du moins par les signes extérieurs. Aujourd’hui, la majorité des Laotiens vivent leurs pratiques religieuses en associant ces deux cultes : entrées en contradiction par le passé, aujourd’hui leurs pratiques se retrouvent rapidement associées, syncrétisées. En l’occurrence, nous sommes en mesure de constater que la radicalisation du bouddhisme de Phothisarat se prolonge dans l’organisation et l’édification politique de Sethathirat. Celui-ci aurait confirmé et assimilé le renouveau religieux dans sa politique d’édification, en le rendant visible, plus sur le plan politique que religieux. Le caractère politique et bâtisseur de son règne, avec le transfert de la capitale et une liste importante de constructions d’ouvrages architecturaux dédiés qui lui sont attribués, apparaissent comme la figure emblématique de ce renouveau. L’analyse de la liste des ouvrages monumentaux, fondés, refondés ou restaurés au XVIe siècle, devrait d’abord montrer que Sethathirat a été le plus bâtisseur de tous les rois du Lane Xang, et ensuite, comment ces ouvrages se répartissent sur le territoire, tout en se rendant visibles à l’échelle régionale dans le monde tai. Elle montre également comment Sethathirat organise le mode de gestion de ces territoires physiques et humains, émanant ou accompagnant la construction des monuments. L’analyse spatiale du site de That Luang, en liaison avec l’organisation de la ville, fait transparaître une nouvelle phase d’édification politique. Elle met en exergue ce que peut représenter ce monument pour l’époque, comment il représente le pouvoir et définit le nouvel espace. En devenant l’espace emblématique et symbolique, le site de That Luang s’impose par sa persistance face à toutes les incertitudes historiques et politiques. En s’articulant avec l’évolution de la ville et de la société qui la compose, il représente sans doute le modèle spatial lao le plus abouti. I. III. a. 1. Un aperçu sur les monuments sous le règne de Sethathirat Les interventions de Sethathirat comportent aussi bien des nouvelles constructions et fondations que des restaurations et des refondations sur les édifices et sites anciens, comme le montre la liste ci-contre. Son règne est aussi l’aboutissement d’une volonté et d’une idéologie inaugurées et transmises par ses deux prédécesseurs. Outre le désir de perdurer dans le temps à régence de Nang Mahadhévi). Il venait également de se remettre de l’invasion de Luang Prabang et de la région septentrionale du Laos par le Daï-Viet vers 1483. 285 Khan ha [0aoshk] est une coupe à l’intérieur de laquelle il y a cinq paires de bougies, cinq paires de fleurs et une paire de bougies allumées. Il représente les cinq préceptes bouddhiques. 286 Phi heuane [zugInvo], esprit de la maison ou esprit des ancêtres. Aujourd’hui ce rituel est plus respecté chez les Lü et chez les Tai dam que chez les Lao. 287 Formule en pali, selon le Livre des discours, à l’origine elle aurait été prononcée par une personne qui se convertît au bouddhisme en catastrophe pour fuir les malheurs qui l’accablent. Aucune cérémonie n’est nécessaire pour marquer cette conversion, il suffit de prononcer trois courtes phrases dont la transcription phonétique est la suivante : « Phouthang saranang Khatchami, Thammang saranang Khatchami, Sangkhang saranang Khatchami » [r5fma’ lkitoa’ 7aflk,yF ma,,a’ lkitoa’ 7aflk,yF la’7a’ lkitoa’ 7aflk,y ], « je prend refuge en Bouddha, je prend refuge en Dhamma, je prend refuge en Sangha ». Tab. 7. Liste non exhaustive des monuments construits par Sethathirat au XVIe siècle ou soumis à ses interventionsDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 201 - travers les œuvres et la dévotion religieuse, une certaine conscience de la continuité du pouvoir, à travers l’entretien et la restauration des monuments existants, semble évidente. Bien que ses œuvres bâties soient exclusivement religieuses, leur portée est politique. Les monuments et leurs significations dans les œuvres de Phothisarat et de Sethathirat - That Pholn, construit durant la même période que That Sikhottabong, aurait couvert sept piliers anciens (comme That Luang qui aurait couvert un grand pilier ?) et aurait été restauré et modifié par Phothisarat vers 1539. Vers 1950 les notables de la ville ont apporté des modifications. - That Inheng, construit également vers le VIe siècle en tant que reliquaire bouddhique, aurait été investi par le culte hindouiste vers le IXe siècle. En 1548 Sethathirat le restaure en remplaçant les éléments hindouisés par l’architecture bouddhiste. En 1930, il a été restauré par les Français et vers 1950 Savang Vattana a construit son cloitre actuel. - That Phanom, construit vers le Ie et le IIe siècle par les rois des cinq royaumes : Nanthasèn de Sikhottabong, Souvannaphinkhane de Sakhonnakhorn, Khamdèng de Khoumphavapy, Inthapath de Campuchéa, Chounlani Phommathat de Xiang Khouang. Vers le VIe siècle il aurait été modifié par Soumintharath de Sikhottabong. Il aurait été retouché par Sethathirat entre 1550 et 1572, par Voravongsa Thammikharat vers 1614, puis par Phra Khrou Gnot Kéo Phonnesamek vers 1693. Anouvong de Vientiane l’aurait restauré vers 1808. Il sera complètement modifié par les autorités siamoises en 1939.288 - That Sikhottabong, dans l’ancienne ville de Thakkek –Mahukhanakhone, aurait été fondé vers le VIe siècle à l’époque de Sikhottabong. Restauré par Phothisarat en 1539, sans grand changement, et restauré par Sethathirat en 1568, des modifications auraient été apportées au monument. Vers 1622 (?), le gouverneur de Sikhottabong Luang, le Nô Muang289 aurait restauré le that. En 1806 Anouvong de Vientiane et Prince Khatiyarat de Thakek ont réalisé ensemble une autre restauration. Entre 1948 et 1949, il sera de nouveau restauré par le gouverneur de Khammouane. La fête qui lui est consacrée est réinstaurée officiellement en 1963, à la peine lune du mois de mars. - Chédi Luang de Chiengmai, aurait été fondé bien avant le court règne de Sethathirat au Lan Na. Ce qui paraît intéressant c’est le fait que le Chédi Luang de Chiengmai aurait pu exercer une influence sur le futur That Luang de Vientiane que Sethathirat allait construire quelques années plus tard. - That Sri Song-hak à Loeuy symbolise, pour beaucoup d’historien, une alliance avec Ayuthia. Comme nous allons le faire remarquer dans les chapitres suivants, le that ne symbolise pas que cela, nous pensons que Sethathirat souhaite le signifier comme un véritable traité de limitation de zone d’influence entre les deux royaumes. Le contenu de la stèle qui accompagne la construction du that insiste sur le serment des deux monarques à respecter les territoires réciproques et à observer la morale de ne commettre aucun acte d’agression l’un envers l’autre. I. III. a. 2. Le That Luang, une édification politique et une conception de la monumentalité L’intégration historique et contemporaine du site de l’esplanade de That Luang dans la ville, la persistance du plan urbain qui place toujours ce site en tant que structure majeure, marquent indéniablement la lecture de la ville d’aujourd’hui et interrogent le fondement et l’origine 288 D’après le Tamnan Oulangrathat, op, cit. 289 Nô muang [so+g,nv’], terme lao, nô nèng [so+cso’], nô néo [so+co;] : pousse d’une plante, race, espèce ; muang : ville, royaume, pays. Titre désignant le Prince héritier, équivalent de nô kasat (so+dtla8 en Lao-Sanskrit) et de Rajabout (ik-[5fF en Sanskrit Raja Boutra, fils du raja). Les textes désignent souvent les Princes héritiers par ce terme. Le fils unique de Suryavongsa était ainsi appelé Rajabout [ik-[5f]. Si le nô muang ici évoqué était le Rajabout du règne de Suryavongsa, celui-ci ne règnera jamais sur le Lane Xang, il y aurait donc une erreur de datation, car si jamais il a pu être gouverneur de Sikhottabong ce prince ne l’aurait été que vers le troisième et quatrième quart du XVIIe siècle, puisqu’il devait être mis à mort par son père vers le quatrième quart du XVIIe siècle. Par contre, le seul prince héritier qui ait été appelé nô muang autour de cette date est le fils de Sethathirat, amené à la cour birmane en 1575. Revenu à Vientiane vers 1590, il aurait règné six années sous l’égide des Birmans. Lorsque le Lane Xang devient indépendant en 1610, il est probable qu’il soit démis du trône pour devenir le seigneur de Sikhottabong Luang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 202 - idéologique et symbolique qui ont conduit l’aménagement de ce site et établi son rapport à la ville. Même si la majorité des sources locales, notamment le Tamnan Oulangkhrathat, est considérée pour le moment comme non-fiable par les historiens qui mènent des travaux à partir de l’épigraphie et des vestiges archéologiques, une lecture spatiale renforcée par l’analyse de la persistance du plan urbain et de la pratique de l’espace d’aujourd’hui permet d’avancer quelques hypothèses. Le site de That Luang comprend le monument lui-même et les ensembles bâtis implantés dans le prolongement de la haute terrasse, et surtout, un espace vide désigné comme une esplanade. Ce terme n’est pas approprié à l’origine, car cet espace n’a pas toujours eu une fonction militaire, du moins, il n’assure pas uniquement cette fonction. L’emplacement et la disposition spatiale et urbaine du site mettent en évidence son articulation étroite avec la ville et démontrent l’importance de son rôle et de sa fonction, non seulement dans les différents moments et configurations de la ville et dans l’évolution de celle-ci, mais également dans l’histoire spatiale du pays, ancienne et contemporaine, liée aux pouvoirs politiques et religieux de chaque période. A l’échelle de la ville, le site était une véritable terrasse –le san muang [-kog,nv’],290 le parc royal pour certains historiens, à une époque où Vientiane était encore contenue entre la berge et le rempart intérieur. Outre la liaison par des canaux, l’esplanade était surtout accessible par la route de Nong bone. Cette route commençait sur la berge dans le quartier du palais royal, Hô Kham, longeait ensuite l’enceinte puis cheminait vers l’esplanade. Ponctuant cette ascension, il était jalonné de pagodes et de stupas, et traversait une zone de rizière à Na Xay et une zone de marécage à Nong Bone. En arrivant enfin sur le site, nous découvrions d’abord la place et ensuite, nous pouvions apercevoir le grand stupa. Nous pouvions aussi arriver par l’entrée principale du that par la voie navigable, en empruntant les canaux entourant la ville, Hong Ké ou Hong Ouaylouay qui sont connectés à Hong Thong et Hong khoua Khao (longeant le rempart intérieur) pour gagner en barques la mare de That Luang, et de-là accéder au site. Selon une deuxième hypothèse, il y aurait d’autres canaux un peu plus au Sud, donc en dehors de la ville qui auraient permis d’accéder à la mare de That Luang depuis le Mékong. Vu l’état actuel de Hong Ké, Hong Ouaylouay, Hong Thong et Hong Khoua Khao,291 où il y a très peu d’eau, il est difficile de penser qu’ils aient pu être navigables, ou alors, seulement à la saison des pluies. Quoiqu’il en soit cet itinéraire semble ne pas être exclusivement réservé à la ville et à ses habitants, au contraire toutes autres villes en bordure du Mékong pouvaient également directement y accéder. Ce qui sous-entend que les pèlerins du site, avant, pendant ou après le règne de Sethathirat,292 venaient aussi d’ailleurs. Cette idée confortait la monumentalité du site et soulignait son importance régionale. Si les deux itinéraires pour accéder au site, par voie terrestre et par canaux montrent que la ville et le site de That Luang entretenaient un rapport étroit, depuis l’installation de la capitale grâce au renouvellement politique et idéologique de Sethathirat, l’hypothèse d’une fréquentation extérieure bien au-delà de la ville, rappelle que le site possédait une fonction antérieurement avec une identité préexistante. Ce qui veut dire que son rapport à la ville à l’époque de Sethathirat, que nous décrivons, se fondait alors sur un concept résolument nouveau. D’une part, le site existait en relation avec la ville et le pouvoir, d’autre part sa “ monumentalisation ” générait l’implantation d’une ou de formes urbaines qui étaient dépendantes de lui. A l’origine l’entrée principale du that était à l’Est, face à la mare de That Luang, le monument formant alors un écran entre la mare et l’esplanade. Le that tournait ainsi le dos à la ville qui épouse la courbure de la berge du Mékong. Le palais royal, les pagodes, les quartiers d’habitations, etc., s’ouvraient vers le fleuve. En revanche du côté rizière, le rempart la séparait de la plaine et de la terrasse à quatre kilomètres plus loin où dominait le stupa. Cette bipolarité voyait 290 Sân [-ko], est une terrasse –couverte ou non, mais en principe non couvert– dans les maisons lao. Dans le texte, il faut le comprendre au sens propre : c’est la terrasse de la ville. Actuellement le sane muang [-ko g,nv’] signifie banlieue. 291 Hong Thong a été récemment enterré lors de la restructuration du boulevard Khouvieng et Khun Bourom. 292 Sethathirat a régné au Lane Xang entre 1550 et 1572.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 203 - ensuite les deux pôles reliés entre eux par la route de Nong Bone. Il n’y avait aucune mise en perspective entre les deux pôles : leur liaison était un cheminement lent et graduel. Les points d’ancrage aux deux extrémités de la voie longeaient d’un côté le palais royal, de l’autre, l’un des deux vat qui encadrait le grand that. N’importe quel monarque en Europe et en Asie aurait été tenté de réaliser un axe monumental entre la ville et le monument, une situation spatiale grandiose dont l’urbanisme moderne des années 1960 va révéler la pertinence en y créant un axe de représentation, servant étroitement les idéologies politiques de l’époque. Pour revenir à Sethathirat, ce dernier ignorait-il l’importance des axes monumentaux, utilisés ailleurs couramment et universellement pour la représentation du pouvoir ? Ou au contraire, il ne l’ignorait pas. La notion de symétrie et d’axe a été utilisée à plus petite échelle dans les éléments bâtis. En occurrence, la culture des lettrés et des monarques au Laos a été nourrie par la culture de l’Inde antique, même s’il n’y avait pas de contact direct. Et la culture artistique khmère, indianisée, y exerçait également une grande influence. Partant du principe que Sethathirat et ses Phraya étaient cultivés, le parcours indirect, lent et ondulatoire aménagé entre la ville et le That Luang a été un choix intentionnel. Le roi bâtisseur n’était pas sensible à la forme de l’axe monumental, il a simplement suivi le relief naturel pour créer la liaison entre sa ville et le monument. Quoi qu’il en soit, volontaire ou non, la liaison entre le site de That Luang et la ville rend compte avec raffinement et naturel d’un souci d’esthétique dans la manière de relier le sacré et le profane, le sacré et le pouvoir. C’est aussi l’une des caractéristiques de l’espace lao que nous aurons l’occasion de revoir par ailleurs. L’esplanade du That Luang existait-elle avant le transfert de la capitale de Luang Prabang à Vientiane ? Les deux annales, Thamnane Oulangkrathat et Nithan Khun Bourom, qui évoquent le site où le That Luang sera plus tard implanté, ne la mentionnent pas. Elle sera évoquée pour la première fois sous le règne de Suryavongsa dans la première moitié du XVIIe siècle. Dès cette époque, son statut était déjà ambigu : cet espace était voué à un évènement religieux, mais se voulait aussi représentatif d’un pouvoir royal absolu, d’une cour faste et prestigieuse.293 A cette époque donc, l’esplanade servait aux festivités qui accompagnaient la fête religieuse. Mais il est évident qu’elle a été aménagée bien avant, au moins sous le règne de Sethathirat. Car le pèlerinage du grand that294 avait été instauré à l’occasion de son inauguration en 1566 par ce dernier, six ans après le transfert de la capitale pour pouvoir accueillir des pèlerins venus de tout le pays. C’est du moins notre hypothèse. L’esplanade a donc été construite lors de l’instauration du pèlerinage du grand that, au moment où fut achevée sa construction.295 Pour approfondir cette hypothèse, plusieurs facteurs peuvent être évoqués. Le premier, tient effectivement au renouvellement des idées politiques de Sethathirat, qui décide de transférer sa vieille capitale à Vientiane au centre du pays afin de mieux gérer le rapport de force que le Lane Xang entretenait avec ses voisins. Il s’agit de la politique de recentrage territorial de Sethathirat. Le pouvoir central pouvait tempérer les ambitions du Siam296 293 Dans ses notes de voyage, Van Wuystoff insiste sur le fait que le roi voulait impressionner ses visiteurs et n’économisait guère de moyens pour montrer combien son royaume était puissant : « […] Le roi, assis sur un éléphant, est arrivé en venant de la ville et est passé devant nos tentes […] Nous sommes alors sortis et nous avons fait une profond génuflexion au bord du chemin en signe de révérence […] Devant lui marchaient environ 300 soldats avec des lances et des fusils ; derrière lui quelques éléphants portaient les hommes en armes, suivis par quelques groupes d’instrumentistes. Ils étaient suivis à leur tour par 200 soldats et par 16 éléphants portant les cinq femmes du roi […] ». In. Gerrit Van Wuystoff et de ses assistants au Laos (1641-1642), Jean-Claude Lejosne, Centre de Documentation et d’Information sur le Laos, 1993. Op, cit. 294 Le Lane Xang à l’époque comprenait une grande partie du Laos occidental et le pays des Tai Dam dans le Nord-ouest du Vietnam. Le Tamnan Oulangkrathat nous explique que les rois lao allaient avec leur coure en pèlerinage dans le Laos occidental. Jusqu’à les années 1970, parmi les pèlerins du That Luang, il faut également compter les population du Nord et du Nord-est de la Thaïlande. Cf. « Histoire des stupas - des vat les plus importants et celle de Phrakhrou Gnot Kéo Phonnesamek », ministère des Cultes, Vientiane, 1974. 295 Cf., les stèles de That Luang et de Vat Nong Bone, relecture et annotation de Michel Lorrillard, in. « Les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao », BEFEO 2003-2004, 90-91. Op, cit. 296 Beaucoup d’historiens ne voient dans le transfert de la capitale qu’un désir de Sethathirat de se rapprocher du Siam, son allié. Nous pensons que ce n’est sans doute pas la raison principale. Le fait qu’un that ait été construit à Leuy pour marquer la frontière entre les deux États montre davantage qu’il serait aussi intéressé à clarifier la frontière entre son royaume et le Siam. Même si ce stupa se nomme That Sri song hak, signifiant “la grâce des deux amours”.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 204 - (en plus de celles de la Birmanie) qui cherchait à étendre son territoire vers le Nord-Est, 297 et contenir la déconsolidation éventuelle de la frontière sud peuplée d’ethnies de parler môn-khmer, au contact avec le Cambodge. Le deuxième facteur était de réaliser les ambitions pour le royaume qu’il venait de réformer. En tant que roi, Sethathirat aspirait à être un grand bâtisseur et protecteur de la “sainte religion ”–à l’instar de son grand-père roi de Chiangmai298 et de Açoka, l’empereur indien– et en tant qu’homme, à devenir bodhisattva et atteindre le Nirvana.299 A travers sa politique intérieure, Sethathirat avait probablement deux objectifs : 1- Chercher à donner une nouvelle base aux rapports de force qu’entretenaient les rois avec leur classe dirigeante : vassaux, gouvernants et administrateurs du pays. Le pèlerinage du grand that était un événement annuel qui obligeait les seigneurs à être présents, à contribuer aux dons et participer aux festivités. Même si c’était le roi qui dirigeait et patronnait cette fête et qui la rendait obligatoire, l’objet principal ne tenait pas à sa personne. C’était “ le tiers ” –entité sacré, qui en était la motivation centrale. Les actes votifs bouddhistes liés au that, sans remplacer la cérémonie d’allégeance pratiquée depuis F’a-Ngoum,300 donnaient une autre dimension aux rapports existant entre le peuple et le pouvoir royal : ils apportaient, en quelques sortes, un souffle de spiritualité à l’exercice du pouvoir et donnaient une nouvelle dimension à la soumission “ servile ” du peuple. Le règne de Sethathirat a marqué l’aboutissement de trois siècles de bouddhisme dans l’exercice du pouvoir, qui avait commencé avec F’a-Ngoum et qui s’était intensifié depuis Vixun et Phothisarat. D’une certaine manière, le pouvoir avait fait délibérément le choix d’adopter et d’adapter l’idéologie bouddhiste pour incarner l’unité politique et l’identité lao. 2- Offrir un lieu de loisir et de festivité où pouvait se réunir la population à l’occasion d’une fête rassemblant tout le royaume. Par la monumentalité du that auquel l’esplanade était annexée, l’ensemble du site devenait alors un véritable espace public. Nous voyons là une différence fondamentale entre le règne de F’a-Ngoum au Moyen-âge qui demandait à ses seigneurs de venir se présenter en personne à la cour (qui se trouvait à ce moment-là à Luang Prabang) pour témoigner de leur fidélité et pour honorer le culte des ancêtres, les phi Thaèn. Avec Sethathirat, les seigneurs avaient l’obligation de participer à la fête du That Luang mais pour réaliser ensemble, avec le peuple et les simples pèlerins, le Boum (mérites de vertu bouddhique), nobles gestes pour la vie actuelle et la vie future. Le caractère public des actes royaux, puisqu’ils associent le peuple, semble alors ici tout à fait inaugural. Cette esplanade était donc, dès le départ, un lieu dévolu à la religion et au politique qui consolidait l’unité et l’identité lao, servait le culte à l’initiative royale lors d’une grande manifestation festive et populaire. On y venait pour se faire voir à la cour mais aussi et surtout pour faire le boun. 301 On y organisait des processions, des jeux rituels tels que les courses de chevaux, 297 Selon Masuhara, le Siam cherchait à étendre son territoire vers le Nord-est pour des raisons commerciales. Il fallait alimenter le commerce que le Siam pratiquait avec l’Europe et le Japon, entre autres, en produits provenant des forêts du Nord. Par son port, le Siam jouait le rôle d’intermédiaire pour certains produits qui n’existaient pas chez lui. In. Histoire économique du Royaume du Lane Xang, du XIVe au XVIIe siècle, d’un Etat qui bénéficie du commerce continental vers un Etat qui bénéficie de l’économie portuaire, Yoshiyuki Masuhara, éd. Art and Culture, Bangkok, 2003 (en Thaï). L’ambition du Siam a effectivement aboutit : celui-ci a annexé les 16 provinces occidentales du Lane Xang deux siècle plus tard. 298 Grand-père maternel de Sethathirat et l’un des plus importants rois de Chiangmai, Thiloka Raja a bâti un nombre important de monuments religieux. Sethathirat lui-même a construit la majorité des monuments de Vientiane. 299 Dans les fascicules portant sur l’histoire de Vat Inpèng (Histoire de Vat Inpèng Maha Vihan, la grande statue et la légende, Tham Saygnasitséna, Vientiane, 1992,) et de Vat Ongtû (A brief history of Wat Ongtu Mahavihar, Phra Achanh Maha Phaung Samaleuk, Vientiane, 1988) les auteurs évoquent un ouvrage (en anglais, sans doute une traduction d’un ouvrage ancien) se trouvant à la bibliothèque nationale de Rangoon, intitulé Le tracée de la chaux [djkox6o]. Il évoquerait la construction de Vat Ongtû et de la statue de Phra Ongtû par Sethathirat. Il rapporterait qu’en réponse à la déclaration de guerre que le souverain Birman attendait, Sethathirat l’aurait invité à construire avec lui le Phra Ongtû : « Nous désirons devenir Boddhisattva dans notre vie future en construisant la saint effigie de Phra Samma Sam Bouddha Chao, nous ne pouvons nous engager dans la guerre contre votre seigneur, nous invitons votre seigneur à se joindre à notre pieuse action ». 300 La cérémonie d’allégeance au Roi du Lane Xang instaurée par F’a-Ngoum à l’origine ne serait pas imprégnée de rites bouddhistes mais se référerait aux cultes des esprits et des ancêtres. Sethathirat l’aurait par la suite bouddhisée. 301 Boun, terme lao qui signifie “ mérite ” ou “ bonne action ”, il désigne plus couramment la fête. Fig. 34. Schéma de l’articulation de That Luang avec la ville de Vientiane et les villages environnants. Scénario d’accès, local et régional.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 205 - des jeux de Tiki, 302 mais aussi des parades militaires. Sa configuration et ses limites n’étaient peut- être pas très différentes d’aujourd’hui. Il est certain que l’esplanade était en terre battue, limitée au Nord-est par le Vat Phone Kéng, au Sud-est par le grand that et par deux vat : le Vat That Luang Taï et le Vat That Luang Neua, et au Sud-ouest, par le Vat Nong Bone. Elle formait ainsi une plateforme d’orientation nord-ouest / sud-est. A l’est, autrefois l’entrée principale du that, il y avait probablement les habitations des serviteurs du that, dont la présence a été évoquée dans la stèle de fondation du That lui-même,303 et peut-être également celles des descendants des habitants du village de Thao Burichanh.304 Plus loin, toujours à l’est, il donnait sur la grande mare, où une voie navigable avait été aménagée. De part et d’autre tout autour de l’esplanade, il y avait des lambeaux de forêt. Tout le site était bâti sur la plus haute terrasse, le point culminant le plus étendu de la ville. Le site dominait ainsi, d’un côté la ville et le fleuve qui se situaient à environ quatre kilomètres, et de l’autre la mare, les rizières et la forêt. L’entrée principale du that du côté oriental, indique qu’il tournait le dos à la ville et que, par conséquent, l’esplanade était aménagée à l’arrière du that. Bien avant Sethathirat, le Tamnan Oulangkrathat explique que le site était occupé par une construction en forme de pilier, datant de l’époque d’Açoka et construit par ses missionnaires vers le IIIe siècle avant J.C. Le Tamnan évoque également, en contre-bas de la bute vers Hong Ké, l’existence du village de Thao Burichanh, et les gens de ce village considéraient déjà le site comme un lieu de culte (sic). Dans le Tamnan Khun Bourom, les moines venant du Cambodge avec la mission de Kéo Kengna vers 1359305 demandaient également où se trouvaient les lieux vénérés de la ville. En réponse, un notable désigna plusieurs sites, dont le lieu de l’actuel That Luang.306 Lorsque Sethathirat implanta sa capitale, il aurait été logique que le lieu ait été retenu pour construire un espace sacré, symbole du renouveau du royaume et du réveil de la religion. En réalisant ce choix, Sethathirat souhaitait sans doute répandre et développer cet héritage pour le rendre plus éclatant. Les fonctions de l’esplanade décrites, ne dépendaient donc pas exclusivement de la nature haute de son site, mais étaient liées aussi à la monumentalité du that, construit sur un site mis en valeur antérieurement pour profiter de sa position topographique au point le plus haut déjà investi par le sacré. Nous pouvons dire alors qu’à l’origine l’esplanade et le that, avec les fonctions décrites, sont nés avec la construction de la capitale, même si elle fut implantée sur un site déjà occupé antérieurement par le sacré. D’un lieu qui relèverait de la dévotion religieuse d’Açoka, Sethathirat a fait un espace symbolisant le pouvoir politique, tout en gardant la force spirituelle originelle. Celleci palliait le fossé existant entre le peuple et le pouvoir et les réunissait dans un destin commun, une véritable nouveauté à l’époque. Si la sacralisation du site dans la période antérieure était conditionnée par la situation géographique (le point le plus haut de la ville), la dimension politique et symbolique sous Sethathirat était devenue le nouvel élément moteur, donnant au lieu sa force symbolique et historique. Cette force aura un rôle important et sera façonnée et réutilisée tout au long de son évolution en tant qu’espace emblématique. Elle sera marquée par des ruptures 302 Le Tiki est un jeu rituel, proche du hockey ou du polo. In. Archaimbault, « La fête du T’at, trois essais sur les rites laotiens », documents sur le Laos N°1, mission française d’enseignement et de coopération culturelle au Laos, date imprécise. 303 Cf. Lorrillard. M. Op, cit. 304 Tamnan Oulangkhrathat évoque le village construit par Burichanh, comme étant contemporain de la période où les missionnaires d’Açoka étaient arrivées sur les lieux pour construire le that en forme de pilier, environ vers le IIIe siècle avant J-C. Même si cette source est considérée comme peu fiable par les historiographes, cette référence est parmi les rares textes évoquant l’origine de Vientiane. Elle mérite d’être citée, même en tant que légende ou mythe. Cf. M & P. Ngaosivathana, « Ancient Luang Prabang, Vientiane, mon realm and the Angkor imperial road », in. The Enduring Sacred Landscape of the Naga, Mekong Press, 156 p, Chiangmai 2009. Op, cit. 305 Kéo Kengna est une princesse angkorienne. Epouse de F’a-Ngoum, elle était à l’origine des missions religieuses et artistiques khmères à la coure du Lane Xang Luang Prabang. 306 « Où se trouve donc le Pak Bang Xay, le Pak Passak, le Phone Sabok, le Nong Chanh, le Nong Kadé, le Saphang Nô ? » Quand les notables de la ville leur montrèrent où se trouvaient ces lieux, les moines conclurent ainsi : « A Pak Passak les vénérables esprits ont marqué le lieu avec une borne en bois de santal, sur la bute, à l’Ouest depuis Nong Kadé jusqu’à l’Ouest, les vénérables esprits ont marqué avec un pilier carré […] ». Cf. Histoire des Stupa - des vat les plus importants et celle de Phra Khrou Gnot Kéo Phonesamet, ministère des cultes, Vientiane, 1974.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 206 - politiques et sociales postérieures où, entre la politique et la religion, les problématiques se confondent parfois. Ces ruptures, sont intervenues à trois moments clef : d’abord aux origines lors de la fondation de Sethathirat, ensuite au moment de l’émergence de l’urbanisme moderne des années 1960 et enfin, avec le renouvellement et l’instrumentalisation contemporaine à partir de 1975. Cependant, le site de That Luang conserve une continuité dans le sens où il demeure à la fois la mémoire, l’expression et le réceptacle des idées, des rêves et des ambitions de la société et du pouvoir, accumulés dans la longue durée. C’est ce qui est laissé en héritage par Sethathirat dans sa politique d’édification. I. III. b. Les monuments générateurs d’une unité urbaine et d’une culture régionale Les espaces et les monuments religieux produits sous le règne de Sethathirat font apparaître non seulement la pertinente de la restructuration politique de ce règne mais constituent également un élément générateur de certains types d’unité urbaine et villageoise à l’intérieur ou dans le rayonnement du muang. L’édification des monuments et en particulier celle des stupas sous le règne de Sethathirat, est également une pratique régionale qui connaît en cette période un moment florissant. Comme nous venons de le voir, il y a une régénérescence religieuse au XVIe siècle, accompagnée d’une restructuration spatiale et politique, traduite soit dans une refondation religieuse (Ban Phay Lom), soit dans une fondation d’habitat (Ban Lingsan) et dans l’édification des édifices emblématiques et monumentaux (That Luang). Si Phothisarat pouvait ordonner l’application d’un édit contre le culte des phi, Sethathirat a pu également ordonner différents muang et chefferies d’entreprendre des actes votifs dans l’édification des monuments religieux, tout comme il y avait eu ses ordonnances pour l’affectation de serviteurs et de donations aux domaines pour leur entretien.307 A la rencontre de la dévotion populaire, les ordonnances royales qui devaient être des contraintes, engageaient dans ce cas les actes pieux et volontaires faisant naître des groupements de mains d’œuvre et de “ fournisseurs ” de matériaux, à proximité immédiate ou éloignés, comme ce fut le cas de la zone de Ban Phay Lom et de Ban Donoun où nous pouvons formuler l’hypothèse que des villages de tailleurs de latérite s’étaient établis. Donc, à travers la réforme politique et le renouveau religieux et à travers la dévotion royale et populaire réunie pour la construction des monuments, nous entrevoyons premièrement la formation –ou une certaine dynamique– des corps de métiers qui constitueraient plus tard des villages, fournissant de la main d’œuvre (qualifiée dès le départ ou peu à peu formée) et des matériaux nécessaires aux chantiers. Nous entrevoyons, deuxièmement, dans l’affectation des serviteurs et dans l’attribution des domaines pour l’entretien des monuments une fois construits, la genèse des nouveaux types d’unité villageoise, voire, des nouveaux types d’unité urbaine, que nous tenterons ici d’identifier à travers des exemples : A That Phnom (Thaïlande), à That Pholne (Khammouane, Laos), à Ban That Luang (Vientiane), et à Ban That (Savannakhet, Laos). Nous nous attarderons sur deux monuments qui nous semblent représentatifs : Ban That et Ban That Luang. Nous évoquerons rapidement deux cas de fondation contemporaine de that : sur les ruines d’un ancien that à Oudomxay et sur un nouveau site à Luang Nam-Tha. Les deux derniers cas semblent tout à fait anachroniques et, contrairement aux édifices générateurs d’espace précédemment évoqués, ne génèrent aucun espace, mais deviennent des monuments qui justifient l’existence postérieure des espaces sans unité qui ont perdu leur histoire ou qui n’en avaient pas. Il s’agit de ces villes moyennes, nouvellement restructurées, et qui connaissent actuellement une croissance significative. A partir de ces exemples, nous pouvons tenter de définir un mode et un processus de fondation, bien que les exemples soient ici un peu contextuels. 307 Cf. Lorrillard. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 207 - I. III. b. 1. Le That Luang, générateur de l’unité urbaine et villageoise Nous avons vu que la construction ou la refondation du that aurait produit dans la pratique un certain nombre d’espaces qui auraient perduré avec le temps. D’abord, il y aurait des espaces organisés sous forme de villages qui auraient fourni de la main d’œuvre, tels les tailleurs de pierres et de latérite, et pourquoi pas des fabricants de brique. De manière un peu contextuelle, l’exemple de la zone Phay Lom et Donoun montre que la forme de l’organisation villageoise serait préexistante. D’une part, à la suite des déplacements organisés depuis Xieng Khouang, les Phouans auraient, dès leur départ de Xieng Khouang et dès leur arrivée à Vientiane, organiser leur groupement en village, nouveau donc. Il est improbable que l’émigration Phoune en ce cas précis ait été anarchique ou isolée, auquel cas, il y aurait eu un éclatement en petits groupes pour s’ajouter aux quartiers existants en ville ou à sa périphérie. Il y aurait aussi des villages entiers dont les populations seraient affectées comme “ serviteurs ” du that, mandatées ou ordonnées par le souverain. Soit ces villages existaient préalablement et auraient par la suite été intégrés dans les domaines, donnés en servitude au monument. En ce cas, les conditions de bases semblaient quasiment réunies pour constituer une unité complète et autonome : le nombre des individus, leurs compétences, les habitations et la richesse des terres en matière de production. Les villages de “ serviteurs ” auraient ainsi été créés de toute pièce. A la question du nombre des personnes concernées, l’annotation des stèles par Lorrillard montre que les individus attribués au that se comptaient par milliers de personnes. Pour That Luang Sethathirat aurait attribué « pas moins de 3500 individus ». 308 A la question qui concerne la compétence en corps de métiers nécessaire pour construire le That Luang, les stèles restent muettes. Mais nous verrons un peu plus loin ce que cela peut impliquer. Quant à la question des habitations nécessaires pour loger les personnes qui venaient construire ou qui venaient entretenir le that, ainsi que les vat et les kùti pour loger les moines, les stèles ne donnent pas d’information. Enfin, à la question relative aux terres, comme moyen de production pour que ces personnes puissent se nourrir, les stèles indiquent que des grands domaines avaient été octroyés. Ceux-ci peuvent être soit à proximité soit très éloignés du monument. Les textes signalent ainsi des domaines qui sont difficilement localisables. Pour le domaine du That Luang Lorrillard suggère la région de Ban Kheun et de Vieng Kham.309 Si la donation du prince et de la princesse, les propres enfants de Sethathirat, comme “ serviteurs ” du that semble purement symbolique, les donations de domaines paraissent cependant effectives. Et plus que pour faire vivre les individus vivant dans les domaines ou en rapport avec le that, il était quasiment sûr que ces domaines, constitués de rizières et de forêts, mais surtout d’individus corvéables, pouvaient aussi générer des profits. Nous parlons de la richesse des rizières et des produits provenant des forêts, de certaines formes de taxes, etc. Il faut rappeler que, puisque ces domaines et ces individus ont été attribués à un monument, cela peut signifier que les profits tirés de ces domaines et de ces individus sont traités à part. Bien que nous ayons peu d’information sur la gestion de ces dons royaux, il est probable que les profits en question n’aient pas été rétribués à la caisse publique appelée autrefois Prakang Luang [rit7a’s];’], mais à celui ou ceux qui en avaient le droit et la charge ; en d’autre terme, réservés strictement aux besoins liés au monument. Il était mentionné dans Khamphi Phosarat et Sangkrapakone du droit coutumier, que les dons royaux étaient inaliénables. Mise à part le fait que ces dons étaient réservés logiquement à l’entretien du monument et des domaines annexés et à ceux qui les entretiennent, nous pensons qu’ils reviennent surtout au prince et à la princesse, serviteurs symboliques du that. Sans doute pouvons-nous suggérer une administration autonome, une rétribution particulière.310 On peut remarquer aujourd’hui que l’emprise des monuments ne semble pas exercer une 308 Selon la relecture des stèles de That Luang et de Vat Nong Bone par M. Lorrillard. Op, cit. 309 Cf. M. Lorrillard (Ibid), à propos des domaines attribués au grand That Luang. 310 La gestion financière très autonome des monastères lao aujourd’hui porte à croire que cela est une survivance de cette autonomie antérieure historique.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 208 - grande influence sur les villages et les quartiers environnants, sur leurs tissus urbains et leur développement en cours. Mais nous ne pouvons pas remettre en doute la mémoire de ces quartiers et villages qui affirment avoir connu les servitudes et nous ne pouvons pas non plus ignorer les inscriptions qui les évoquent, même si les espaces urbains et villageois en gardent si peu de traces. Mais comment expliquer cette rupture ? Imaginons que par la suite (sur un temps long) les personnes, les groupes et les villages de serviteurs du that devenaient plus libres et plus autonomes. Cela leur permettrait de se consacrer plus aisément à la construction de leur vie sociale et économique, au développement d’un espace plus autonome par rapport au monument. Nous pensons que c’est ainsi que certains quartiers se forment : en se détachant physiquement et économiquement des servitudes religieuses et en subissant dans une moindre mesure l’emprise politique d’une autorité, pour pouvoir rejoindre peu à peu les autres quartiers et villages non soumis aux servitudes. Pour That Luang il est probable que Ban That Luang et les quartiers aux alentours de Phone Phanao ainsi que le village de Burichanh autour de Hong Ouaylouy –l’un des deux noyaux qui ont formé Vientiane selon le Tamnan Oulangkrathat– qui auraient été intégrés dans le domaine de servitude religieuse du That soient issus de ce contexte. L’autonomisation par disparition des servitudes ne peut se faire sans deux conditions. La première, il faut que les quartiers, les villages et les communautés se retrouvent sans obligation envers les domaines religieux aux services desquels ils ont été affectés par l’autorité royale. Et il faut également qu’ils se retrouvent sans l’autorité royale directe vis-à-vis de laquelle ils sont naturellement assujettis. La deuxième condition concerne la levée de la servitude de la part du pouvoir royal. Celle-ci n’a été mentionnée nulle part, ni dans les annales, ni dans les inscriptions. En fait, nous n’avons pas vu de cas où le souverain aurait relevé les personnes de leur servitude. Quant à la première condition, elle ne peut exister qu’avec l’effondement du pouvoir royal. Les événements qui auraient pu causer l’effondrement ou l’affaiblissement du rôle du pouvoir royal, voire son effacement vis-à-vis des domaines religieux ont été plus ou moins mis en exergue à différents moments au XVIe et XVII e siècle : trois guerres avec les Birmans suivies de l’occupation du Lane Xang, conflits internes et crise de succession.311 Une autre question qui semble importante dans la formation des unités spatiales, mais cette fois-ci sous forme de quartier, c’est l’idée de faire venir et de grouper dans un lieu les artistes et artisans sous l’autorité royale, que ceux-ci viennent de l’étranger ou pas. Sur le That Luang, aucune mention n’a été faite à ce sujet. C’est le plus grand that du Laos et le plus représentatif de l’art lao du XVIe siècle. Ceci sous-entend pour l’époque une mise en œuvre par des artisans de grandes pointures. Même si du point de vue architectonique et décoratif l’architecture du That Luang ne peut être reliée directement à l’architecture des stupas de Chiangmai, du Siam, de la Birmanie et du Cambodge, la participation d’artistes étrangers dans sa construction ne serait pas impossible. Les stèles omettent malheureusement le nom des maîtres d’œuvre. Ces artistes et artisans, qu’ils soient étrangers ou lao sont anonymes pour la postérité, mais nous savons que dans toute la région de l’Asie du Sud-est continentale, ils ont un rôle important dans la société. Au Lane Xang, ils auraient existé en tant que tel dans la hiérarchie administrative royale : les titres furent donnés aux maîtres tisserands, sculpteurs, architectes, dessinateurs, etc., regroupés dans une sorte de corporation, sapha sang [ltrt-jk’] “ poly technique ”. En tant que fonctionnaires royaux, ils 311 Après l’inauguration du That Luang, même si plusieurs monuments auraient été inaugurés ou restaurés par Sethathirat, son règne et ceux de ses successeurs n’avaient pas été d’un calme absolu. Entre 1566 et le début du règne de Suryavongsa en 1638, des guerres, des conflits internes et des règnes s’étaient succédés, provocant plusieurs fois des mouvements de migration, forcée ou volontaire, vers le Sud et vers l’Ouest. Deux campagnes à Pitsanoulok en 1567 et en 1569, une campagne à Muang Ongkan (au sud du Laos) en 1572, période durant laquelle Sethathirat fut porté disparu. Assaut birman en 1570 où les souverains et les hauts dignitaires se retiraient de Vientiane, un nouvel assaut de la ville par les Birmans en 1574 suivi de leur occupation qui aurait duré 24 années. Il y aurait eu 10 règnes avant que Suryavongsa puisse restaurer l’ordre : Saèn Surinh (1572-1575) -personnage extérieur à la dynastie de F’a-Ngoum ; Voravangso (1575-1580) placé par les Birmans ; de nouveau Saèn Sourinh suivi par son fils Nakhonne Noy (1580-1582) ; le Lane Xang se retrouve sans roi, les nobles assuraient par intérim le pouvoir (1582-1590) ; Nô Muang (1591-1598) suivi de la régence de Vorapita jusqu’à 1603 ; Voravongsa (1603-1621) ; Oupa Yaovarat (1622) ; Phra Bandith (1622-1627) ; Phra Momkéo (1627-1638).Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 209 - auraient reçu un traitement salarial en argent et en nature. Vivaient-ils en villes ou possédaient-ils des résidences avec atelier en dehors de la ville ou proches du monument ? Dans tous les cas, lorsque Sethathirat transféra son administration de Luang Prabang à Vientiane, nous pensons que les maîtres qui l’accompagnaient vinrent d’abord habiter en quartier à proximité du grand that. Les quartiers en question auraient ensuite fini par être intégrés dans les villages existants. L’idée de maison en bois sur pilotis avec atelier en dessous et dans la cour, que ce soit en ville-même ou à proximité du monument, paraît tout à fait appropriée. Les artisans lao ont ainsi été lotis jusqu’à une époque récente. Les fabricants de tuile, de brique et de poterie habiteraient prioritairement à proximité des rivières ou dans les parcelles avec étang ou plan d’eau. A Vientiane nous retrouvons autour de Nong Chanh et de Nam Passak, autour des puits etc., des anciens fours et des débris de forge attestant à plusieurs endroits l’existence d’anciens ateliers de poterie, d’armuriers et de fabriques de tuile et de brique. L’observation de certaines parties des habitations autour du That Luang tend à nous montrer que leur organisation ancienne pendant et après l’instauration du grand that en villages n’est pas exclusive. Il semble qu’elles auraient aussi été organisées sous forme de quartiers urbains : la trace de densités certaines au Sud et au Nord du stupa semble montrer que le groupement d’habitations se faisait peut-être autour d’une autre idée d’unité que celle qui formait traditionnellement l’unité du village, telle concentration de corporations, ou groupement autour d’un événement et d’un élément particulier, etc. Mais du fait que l’évolution urbaine de la ville se trouvant à 3-4 kilomètres au sud-ouest du that a intégré complètement ces zones qui étaient à l’origine bien distinctes de la ville, cela fait disparaître les noyaux éventuels de quartier en question et nous empêche d’avoir une vision plus claire de son statut d’origine. Le cas de That Inheng à Savannakhet semble plus parlant. Effectivement, Ban That conserve son unité villageoise du fait de son éloignement par rapport à la ville de Savannakhet. Il conserve aussi une certaine densité. Les habitants, aujourd’hui, se disent clairement descendants des esclaves du That. De tels constats n’ont pas été entendus à Vientiane. Quoi qu’il en soit force est de constater que les villages subsistent encore aujourd’hui à proximité immédiate ou dans les alentours de la plupart des that monumentaux, et leur densité est souvent supérieure à la densité habituelle des villages. I. III. b. 2. Une culture régionale, circulation des savoirs suscitée par la construction des stupas et des nouvelles fondations religieuses Nous avons vu précédemment, en ce qui concerne la fréquentation du That Luang, que l’aménagement des accès au site ne serait pas exclusivement réservé à la ville et qu’il serait aussi ouvert et tourné vers l’extérieur. Ce qui sous-entend qu’il était disposé avant, pendant ou après le règne de Sethathirat (1550-1572), à recevoir des pèlerins venus de loin et d’autres lieux que Vientiane. Un tel fonctionnement confortait alors la monumentalité d’un site d’importance régionale. A cette même époque That Luang n’aurait donc pas été un lieu de pèlerinage isolé. Si les pèlerins venaient d’ailleurs, la population de Vientiane allait aussi rendre hommage à d’autres that bâtis ou restaurés, comme le That Inheng, le That Phnom, le That Sikhottabong, ou le That Pholne. Sethathirat, ainsi que ses successeurs faisaient des déplacements réguliers pour aller restaurer et embellir ces monuments. Nous avons vu aussi qu’à chaque restauration ou construction importante des servitudes religieuses ont été instaurées : des serviteurs avaient été installés par les souverains, ou alors des villages existants dans les alentours, mandatés pour leur entretien. Les effectifs pouvaient atteindre plusieurs milliers de personnes pour ainsi former des villages, des quartiers et des unités urbaines avec des artisans aux corps de métier divers, des lettrés aussi sans doute pour organiser et diriger les rituels et les cérémonies. Cette pratique aurait été vraisemblablement généralisée dans la région de culte bouddhique –chez les Siamois, les Birmans et les Lao– avec des variantes qui font la particularité de chacun. Il est probable que des individus, voire, des corporations se déplacent entre les sites, corollairement aux échanges et aux “dons” d’artistes, d’artisans, de lettrés et de moines entre les royaumes, une tradition fort ancienne et bien connue chez les souverains de la région. Ainsi en est-il Fig. 35. Le village de Ban That à That Inheng Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 210 - des artisans venus de Pegu à Chiangmai à la demande de Mengrai vers le début du XIVe siècle, ou de ceux qui formèrent la mission Kéo Kengna en venant du Cambodge au milieu du XIVe siècle pour se rendre à Luang Prabang.312 Souvent, ces missions étaient à l’origine ou parfois le résultant des traités de paix, des alliances d’amitié ou matrimoniales. Nous apprenons par exemple qu’au moment où Sethathirat restaurait That Phnom, il faisait travailler les maîtres artisans Phouans, qui avaient leurs propres formules pour fabriquer les stucs, les enduits et les badigeons. Ceux utilisés dans le sanctuaire de Ban Lingsan, de fabrication phouane, seraient de la même composition que ceux utilisés à That Phnom.313 Le cas de Ban Lingsan Revenons au modèle d’édification des établissements sous Sethathirat. Les habitants de Lingsan sont Phouans et datent leur venue et la fondation de leur village sous le règne de Sethathirat. Dans une situation différente de notre étude précédente, la fondation de Ban Lingsan nous aurait permis de comprendre l’une des faciès de la mise en application de la politique de Sethathirat dans une autre variante. Du moins, elle aurait pu nous donner un aperçu sur un autre type de fondation de l’époque, qui ne serait issu ni de la refondation religieuse en réaction contre le culte des phi comme ce fut le cas de Ban Phay Lom, ni de la construction d’un monument fédérateur comme ce fut le cas du That Luang. D’après son grand Vénérable l’emplacement du monastère central aurait été édifié en 1233 et restauré –voire reconstruit– par Sethathirat en 1527. Sur ces dates des problèmes se posent. D’abord la date 1233 place ce village dans une période historique que les historiens identifient avec incertitude, puisque la chronologie de l’histoire du Laos ne se clarifie qu’à partir de 1271, date du début du règne de Phraya Lang, arrière-grand-père de F’a-Ngoum qui aurait régné à Muang Swa entre 1271 et 1316.314 Ensuite, la date de la reconstruction du sanctuaire ne correspond pas au règne de Sethathirat, mais à celui de Phothisarat. Soit il y a une erreur de datation, soit les deux règnes ont été si marquants pour l’histoire du village qu’ils auraient été simplement confondus. L’architecture du sanctuaire telle qu’elle nous apparaît aujourd’hui s’apparente effectivement à l’architecture phouane. Il aurait été ensuite restauré par l’autorité royale entre 1950 et 1960. Lors de cette restauration, la peinture blanche à la chaux aurait recouvert les anciennes fresques des parois intérieures du sanctuaire. Les supports des anciennes fresques seraient constitués d’enduits de la même composition que ceux utilisés à Nakhon Phnom sous le règne de Sethathirat, l’un des types d’enduit autrefois couramment utilisés aussi pour les stucages des décors architecturaux dans les constructions en brique. Si cette information s’avère exacte, cela confirmerait la circulation effective des savoirs-faires, qui seraient –dans cet exemple– phouans venant de la haute plaine de Xieng Khouang et traversant la vallée du Mékong occidentale. I. III. c. Une nouvelle perception du territoire Le parti pris idéologique pour la restructuration spatiale de l’époque de Sethathirat s’était traduit, nous l’avons vu, par le renouveau religieux et politique accompagné d’une mise en valeur importante de la conception des monuments qui étaient générateurs de certains types d’espace, de certains savoir-faire liés à une culture régionale. Elle mettait en évidence surtout une prise de conscience de l’importance du territoire comme un enjeu politique et économique des États, en particulier si ce territoire se trouvait sur les routes de commerce, et en conséquent, le désir des États 312 Tamnan Prabang, annoté par Sila Viravong et Nouane Outhensakda, Ministère des Cultes, Vientiane, 1967. 313 D’après le Vénérable de ban Lingsan, la composition du mortier aurait été formulée et transcrite sur une ou plusieurs plaques en bambou qui seraient datées du XVIe siècle. Et toujours d’après le Vénérable elles pouvaient être encore consultées jusqu’à il y a une quinzaine d’année à la pagode centrale de Ban Lingsan. Les plaques en question auraient disparu vers 1995. 314 Selon la chronologie proposée par A. Padijon, Chronologie de l’histoire du peuple Lao, Paris, 2001 (sans éditeur). Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 211 - de le contrôler et d’en tirer parti. Ce parti pris se serait donc traduit par des actes politiques de Sethathirat en faveur de la consolidation des frontières et du recentrage du pouvoir, au coeur d’un vaste royaume dont le centre était jusqu’alors très excentré. Cet élan politique aurait aussi des répercussions par la suite sur les lettrés lao de l’époque. Ce fait se serait reflété dans une sorte de littérature géographique, dont la connaissance du territoire par ses auteurs est remarquable. I. III. c. 1. La consolidation des frontières et la politique de recentrage de Sethathirat Nous avons évoqué rapidement les conditions de la politique de recentrage de Sethathirat dans le chapitre, traitant de la question du contrôle des produits de la forêt du Laos et du rapport entre ces produits et le commerce maritime dans la politique d’expansion siamoise. Nous examinons ici ce recentrage et son implication sur la vie culturelle, politique et économique du Lane Xang et sa place dans la région. Nous essayons de comprendre pourquoi la politique de Sethathirat a été comprise uniquement comme un rapprochement au Siam son allié ; en d’autres termes, comme une consolidation du monde tai, alors que nous décelons des signes de distinction, voire, d’éclatement, du fait des facteurs nouveaux que sont les intérêts des États pour le commerce maritime et pour le contrôle des routes du commerce ripuaire et terrestre. Il s’agit de comprendre pourquoi Sethathirat a consacré tant d’efforts et a participé tant de fois aux conflits Birmans aux côtés d’Ayuthia, alors que ces conflits ne semblaient pas le concerner directement, mise à part la question portant sur la suzeraineté du Lan Na. Sa politique dans le conflit siamo-birman serait-elle uniquement liée au statut de Chiangmai ? Il apparait en tous les cas que la participation du Lane Xang à la guerre siamo-birmane a été inappropriée : cela lui a valu les sièges de Vientiane, obligeant le Lane Xang à verser aux Birmans des tributs durant près de 24 années,315 alors que la région aurait dû se réjouir d’une période de paix et d’échanges culturels, de savoir-faire et surtout d’échanges commerciaux fructueux. Avant d’aborder cette question, comprenons d’abord ce qui constitue le territoire du Lane Xang sous Sethathirat, quelle situation politique a-t-il hérité, et qu’en est-il de l’aire d’influence de ce pays dans le moyen et le haut Mékong, laissée par F’a-Ngoum et les souverains des règnes précédents.316 Situation interne Pour comprendre le XVIe siècle remontons au XVe siècle.317 Le pays a été préoccupé par les conflits de palais, la gouvernance des muang s’est retrouvée délaissée. Le Daï-Viêt annexe Muang Phouan en 1448. En 1456, le Lane Xang se remet du désordre avec l’ascension de Jaya Charkaphat Phaèn Phèo.318 Selon les annales du Lan Na, entre 1443 et 1454, un conflit aurait eu lieu entre Luang Prabang et Chiangmai. Le litige aurait porté sur la suzeraineté de Muang Nan. Ce conflit se serait soldé par la défaite du Lane Xang. Le Nithan Khun Bourom évoque le Gouverneur de Vientiane, Tiao Say Mui, un prince qui avait tenté de faire sécession dans les années 1470. Sur le plan de succession, il semble qu’il y ait eu un flou entre le moment où mourut Jaya Charkaphat (1480) et le début du règne de Vixun (1500), aussi bien du point de vue chronologique que 315 Vers 1575 ce fut le début de la deuxième hostilité interne au Lane Xang. Cette période trouble fait apparaître des changements fréquents de règne. Cf. note, op. cit. 316 Il est préférable d’utiliser l’expression “ aire d’influence ” au lieu de “ délimitation de frontière ” : les frontières entre les royaumes à l’époque de F’a-Ngoum, n’étaient pas physiquement fixées ou n’existaient pas. Elles étaient souvent désignées en référence à la topographie ou aux caractéristiques particulières des lieux. Ainsi reconnaissions-nous la limite entre le Siam et le Lane Xang au niveau de Dong Phragna Fay (changé en Dong Phragna-Yen par les Siamois au XIXe siècle), entre Lane Xang et Daï-Viêt au niveau des versants de la chaîne annamitique, etc. 317 La première période de troubles internes entre 1428 et 1453 s’est produite sous le pouvoir de Nang Maha Dhevi, mettant en relief une dynastie complexe : des intérêts divergents, des muang dispersés. Maha Dhevi dans les livres d’histoire est responsable de l’assasinat d’une douzaine de rois en une vingtaine d’année. En réalité nous ne savons rien de cette reine (petite fille de F’a-Ngoum ?). Nous sommes dans une période de trouble : conflit avec le Daï-Viêt, crise de succession liée aux orientations politiques, etc. Les assassinats étaient probablement liés à cette crise politique. Le portrait gratuit de ce personnage cache sans doute une réalité politique incomprise par les auteurs du Phongsavadan et du Nithan. 318 Le quatrième fils de Sam-Saèn-Tai lorsqu’il a été appelé au trône, était alors gouverneur de Vientiane sous le nom de Phraya Khoua Passak (Seigneur du pont de Passak ou du palais de droite à Passak), se référant au site d’implantation de sa résidence. Le lieu de résidence des Gouverneur de Vientiane serait à l’embouchure de Nam Passak, dans le campus de l’actuelle école technique Pak Passak et non dans le campus du palais pésidentiel.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 212 - politique. Il est important d’évoquer ces faits puisque les trois sources, le Nithan Khun Bourom, le Phongsavadan et le Ming Shi, (d’après Hoshino) ne concordent pas et laissent des hypothèses qui pourraient expliquer, d’une part le tournant de la politique du royaume lao vis-à-vis de la Chine, et d’autre part la raison du déplacement de la capitale et la politique de Sethathirat une soixantaine années plus tard. D’après Hoshino, en confrontant les trois sources, il y a eu trois tendances politiques au sein du pouvoir qui entraient en conflit durant cette période ; tendances exprimées par les auteurs du Phongsavadan, du Nithan Khun Bourom et du Ming Shi. Le Nithan fait apparaître une tendance qui était liée à Ayuthia alors que le Phongsavadan paraît plus neutre concentré sur la situation interne du Lane Xang. Quant au Ming Shi, il montre qu’une tendance aurait été favorable aux pouvoirs des Ming. Pour notre part, même si l’un des quatre princes (Vixun, Souvanna Banlang, La-Saèn-Tai, Sumphou ?) avait pu être prochinois nous pensons que le Phongsavadan et le Nithan n’ont pas mentionné le rôle des Ming parce que le Lane Xang était engagé dans une démarche pour s’émanciper de la domination chinoise à ce moment-là, et que cette situation est précisément l’un des antécédents du déplacement de la capitale vers le Sud et l’un des aspects déterminants de la politique de Sethathirat. Par ailleurs, nous pouvons aussi penser que la tentative de sécession du Prince Mui vers 1470, quand il était gouverneur de Vientiane, est une anticipation politique du déplacement du pouvoir vers le Sud, rompant avec une vieille tradition de main-mise de la Chine sur le Lane Xang (comme le souligne Hoshino)319. Mais cette anticipation aurait été empêchée par une politique conservatrice de Luang Prabang et ne serait devenue réalisable que sous Phothisarat et Sethathirat. Cette crise politique qui a duré vingt années passe quasiment inaperçue dans la chronologie du Lane Xang alors qu’elle est particulièrement importante : c’est une période de rupture par rapport à un temps qui était sur le point d’être révolu, préparant une nouvelle période avec l’ascension au pouvoir de Vixun en 1500 et le déplacement futur de la capitale. Situation par rapport au Cambodge Au Cambodge, les Khmers tentent de redorer le pouvoir royal et de restaurer l’immensité territoriale de leur ancien empire, terni et réduit. Dans le Sud du Laos, ils tentent donc de repousser leurs frontières vers le Nord, chevauchant ainsi la limite qui avait été “fixée” à l’époque de F’aNgoum et apparemment consentie par le roi khmer de l’époque. Mais durant le règne de Sethathirat un roi khmer envoie ses troupes vers Khorat et vers le Sud du Laos, dans le but de faire reconnaître à Sethathirat la souveraineté du roi khmer sur Strung Trun, Veunexay, Lomphad, Métho et Ban Done. 320 Situation par rapport aux minorités du Sud Toujours dans le Sud du pays les populations de parler Môn-Khmer, ou non Tai, menacent l’intégrité du territoire et la souveraineté des rois lao par des révoltes. Ce fait est sans doute lié à trois facteurs : 1- le rapprochement du pouvoir central cambodgien de la zone qui faisait partie de son empire un temps donné, peut réveiller les liens anciens de suzeraineté ; 2- le pouvoir central lao qui était préoccupé quelques décennies auparavant par des luttes internes et par des guerres avec le Daï-Viêt, finit probablement par s’éloigner de ces populations en négligeant “pactes” et “ rituels” qui honoraient traditionnellement les relations entre les rois lao et les chefs des minorités ; 3- il est également très probable que les tributs, qui ont été par la suite exigés par l’administration royale aux peuples des hauts plateaux, sont devenus plus importants, voire abusifs, au fur à mesure que la société lao dominante se complexifiait et que les besoins se retrouvaient de plus en plus accrus avec l’accumulation des biens et des richesses. 319 Cf., les annotations de Hoshino qui a analysé les trois ouvrages : le Phongsavadan, le Nithan Khun Bourom et le Ming Shi. 320 Sangkragna Chanthakhot, Histoire d’Attapeu, Imprimerie et publication de l’Etat, Vientiane.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 213 - Situation à l’Est Du côté de la frontière avec le Daï-Viet, la plupart des muang constitue des motifs de conflit incessant entre les deux pays. Par exemple, le cas de Xiang Khouang. Ce muang a été vassalisé par le Daï-Viet la première fois sous Thao Khamphong vers la fin du XIIIe siècle. Vassalité à laquelle a mis fin F’a-Ngoum au milieu du XIVe siècle pour l’être à nouveau en 1448, puis libéré sous Jaya Charkaphat et annexé encore en 1479, où les deux villes (Xiang Khouang et Luang Prabang) ont été cette fois-ci incendiées. Cette guerre a beaucoup affaibli et appauvri le Lane Xang. Il en est de même pour les régions de Houaphanh et des Sip Song Chao Tai : dans la région de Lai Chau, vers 1439, le Daï-Viêt a lancé des troupes importantes pour récupérer la province, les Lao l’ayant incorporée dans le Lane Xang. A cette époque, les Lê ont déjà conquis tout le Champa dès les années 1470. Il était clair que cette frontière orientale était plus que vulnérable : les muang et les lignes de démarcation naturelle peuvent être à tout moment sujets de conflit qu’il fallait toujours surveiller de près. Situation par rapport à la Chine Au nord, il semble que les liens de suzeraineté traditionnelle ont été plus ou moins maintenus. De ce point de vue, il y a une certaine stabilité, même s’il a été signalé dans les annales chinoises que le Lane Xang a cessé d’envoyer les tributs en Chine après le transfert de sa capitale à Vientiane.321 Il n’est pas mentionné, suite à cette remarque, qu’il y ait un quelconque conflit entre le Lane Xang et les Chinois sous les Ming, plus préoccupés par la situation politique intérieure. Par contre, il a été signalé que si la cessation d’envoi de tribut en Chine a pu se faire au milieu du XVIe siècle, c’est grâce au fait que les Ming, à la différence des Yuan, n’avaient plus de troupes stationnées dans ces pays-là, et dans le meilleur des cas, ils n’ont laissé qu’un nombre réduit d’agents administratifs. Situation à l’Ouest du Haut Mékong Au nord-ouest, les Birmans au faîte de leur puissance poussent la frontière du Haut Mékong. Une partie du Sip Song Phan Na ainsi que le petit royaume lü de Xieng Khaèng, qui s’est émancipé de la confédération traditionnelle en se rattachant d’abord au Lane Xang, s’est placé sous la suzeraineté de la cour birmane durant cette même période. Quant au Lan Na, il était déjà devenu vassal des Birmans alors qu’il était aussi un allié du Lane Xang, puisque Sethathirat possédait un droit dynastique sur Chiangmai par sa mère, fille de Thiloka Raja. Cependant, une partie des nobles de ce pays était favorable aux Birmans. Situation sur le plateau de Khorat Khorat qui était une province princière de l’Empire khmer322 et qui a été depuis F’a-Ngoum intégré en partie au Lane Xang,323 semble être un territoire fragile, culturellement et ethniquement partagé et mixte. Les seigneurs locaux pouvaient très bien se rallier aux Khmers, aux Siamois ou aux Lao Lane Xang, mais toujours dans un esprit de liberté, à la limite de l’anarchie dans le sens d’une soumission difficile à des règnes extérieurs. Les périodes suivantes ont montré que les habitants et les chefs locaux changent souvent de suzerain : entre Vientiane et Ayuthia.324 Donc, à 321 D’après Hoshino, le Laos n’aurait pas payé de tributs vers 1481, car il doit faire face à la guerre avec le Daï-Viêt. 322 D’après Hoshino, Soryotei, Prince d’Angkor, devant succéder à son frère vers 1350, était Gouverneur de Khorat. Op. cit. 323 Cf. Gagneux P-M., « La frontière occidentale du Lane Xang. Quelques documents. », Péninsule. N°1, 1979, p. 3-21 EFEO-CM. « Il nous apparaît donc assez clairement maintenant que, contrairement aux affirmations des historiens thaïlandais des XIXe et XXe siècles, le plateau de Khorat a toujours fait partie intégrante du royaume de Lan Xang, tant que celui-ci a eu une existance effective ». 324 Le “ comportement politique ” controversé des habitants de Khorat suscite débat. Les Lao du Laos oriental ainsi que ceux du Laos occidental considèrent les habitants de Khorat comme des “ infidèles ”. Selon eux c’est dans la région de Khorat que la lutte du Roi Anouvong de Vientiane a basculé dans la défaite : Khorat a choisi de se rallier aux siamois. Daralat Metanikanonh explique dans La politique des deux berges du Mékong (op, cit.) comment le territoire et la culture des populations de Khorat se sont constitués, comment cette culture mixte a toujours cultivé une certaine liberté, voire, Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 214 - l’Ouest de Vientiane, sur le plateau de Khorat, Ayuthia commençait sans doute à exercer un certain pouvoir dès le règne de Thaïlökanat dans les années 1460-1480. Les limites des zones d’influence entre Lane Xang et Ayuthia au niveau de Dong Phragna Fay et entre Ayuthia et Lan Na commençaient probablement à bouger dès cette époque. Situation par rapport au Siam et à la situation internationale Ayuthia connaît en cette première moitié du XVIe siècle l’âge du commerce maritime avec la prise de Malacca par les Portugais. Les ports siamois accueillaient les marchands étrangers, ses villes ripuaires se tournent désormais vers la côte. Les produits des terres intérieures et de l’extrême Nord de la péninsule transitent par son territoire. Il est vital de pouvoir solidement participer au commerce transasiatique par les ports, de contrôler les produits qui viennent du Nord, c’est-à-dire, contrôler les routes de transit des produits, qu’elles soient ripuaires ou terrestres, et pourquoi pas contrôler aussi les territoires fournissant les produits demandés par le commerce maritime. Ces enjeux économiques vont peu à peu modeler la politique d’Ayuthia par rapport à ses voisins du Nord et du Nord-est. L’extension de son territoire et l’annexion de ses deux voisins, Lane Xang et Lan Na, vont devenir un plan stratégique qui ne tarde pas à s’accomplir. Du rapport traditionnel entre des États tai partageant la même histoire de la légendaire migration, le Siam se démarque par son désir de puissance. Vers 1533, il pousse ses troupes vers le Lane Xang, et vers 1546, il attaque le Lan Na. Ces premières tentatives ont échoué par les contre-attaques respectives du Lane Xang et du Lan Na encore prospères. Le Lane Xang, au faîte de sa puissance sous le règne de Phothisarat, arrête pour un temps la prétention du Siam. Plus qu’une réaction défensive, il semble même que le Lane Xang ait saisi la situation et a tenté sans doute de contrôler aussi les routes du commerce du Nord qui allaient vers le Sud : en venant en aide au Lan Na souvent attaqué par Ayuthia et Hongthawady, celui-ci en a profité pour occuper Chiangmai et renforcer le rapprochement avec ce royaume par l’alliance matrimoniale entre Phothisarat et Gnot Kham fille de Thiloka. Sethathirat lui-même semble vouloir garder Xieng Saèn qui se trouve dans une situation stratégique sur la route du Nord entre le haut Mékong et le Lan Na : par le Mékong Xieng Saèn est surtout un avant-poste commercial important avant Luang Prabang ou avant Muang Nan, Sukhothai et Ayuthia. En venant de Chine, les produits passent-ils par là de manière importante avant de repartir vers Luang Prabang ou Ayuthia ? C’est dans le contexte politique interne et externe mis ici en relief que Sethathirat accède au pouvoir : l’âge du commerce maritime est bien entamé. Les États qui connaissent un relâchement relatif du pouvoir des Ming, mènent une lutte active pour les richesses et la souveraineté. Les routes fluviales et terrestres, les sites ripuaires qui servaient de liaison et d’échange entre les royaumes deviennent des éléments stratégiques. Les aires d’influence se forment en même temps que les enjeux se construisent, modelant la politique des États. Sethathirat devait d’abord préserver le Lan Na qu’il avait hérité de Thiloka s’il voulait acquérir la puissance régionale, face à un Siam politiquement et commercialement redoutable et un Daï-Viêt militairement agressif qui s’émancipait de la Chine. Mais le Lane Xang avait probablement des handicaps pour répondre à un tel défi. Ses tentatives pour constituer une grande unité à partir des deux royaumes qu’étaient Lan Na et Lan Xang ont été empêchées par les Birmans et aussi indirectement par les Siamois. Là où le Lane Xang a échoué, le Siam a réussi. Sethathirat a été contraint de choisir le Lane Xang.325 Après avoir renoncé à Chiangmai, qui signifie la fin de son droit dynastique sur ce royaume, Sethathirat une certaine anarchie pour ne pas se soumettre ni au Lane Xang, ni au Siam. Mais du point de vue culturel et ethnolinguistique, les populations de Khorat sont à l’évidence majoritairement lao. 325 « […] Arrivé à l’an 913, huitième mois, Chao Phraya Upayova Raja ordonna la confection des bougies, des cierges et des fleures d’argent et d’or pour vénérer et pour se prosterner devant le Dhamma et le Sangha et prononça qu’il ne reviendrait plus. Il donne ainsi la garde de Chiangmai à Nang Mahathévi » Cf. Le Phongsavadan lao. Op, cit. Bien que le choix de Sethathirat soit avant tout lié à la tradition dynastique qui prime en priorité la lignée et l’héritage paternel, il devrait aussi être motivé par le territoire et la position politique du Lane Xang, beaucoup plus importants. Au moment où il a tenté de garder le royaume de sa mère, une grande partie des nobles, soutenue par les Birmans, ont placé sur son trône, pendant son absence, Phramékuti un autre descendant de Mengrai. Tab. 8. Les produits exportés du Lane Xang au milieu du XVIIe siècle. Tab. 9. Les produits imposés aux Lao du Lane Xang comme taxe de capitation au XIXe siècleDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 215 - concentre tous ses efforts sur le Lane Xang. Des mesures ont été prises en 1560 pour déplacer la capitale –centre du pouvoir, de Luang Prabang à Vientiane. Ce qui a permis de stabiliser pendant près de deux siècles les “limites d’influence” Ouest menacées par l’extension du Siam. Afin de renforcer cette limite un pacte a été scellé avec Ayuthia. Il portait essentiellement sur le marquage des frontières –entendu ici comme limite de rayonnement des pouvoirs réciproques des deux royaumes– au niveau de Na Song Hong dans la province de Leuy. Dans le Sud, sa politique de “ pacification ” a permis de calmer les révoltes des minorités et d’arrêter les revendications khmères sur ces provinces. La politique de recentrage de Sethathirat a également pour objectif le renforcement, ou du moins, le maintien de la souveraineté ternie des rois du Lane Xang : l’adhésion des aborigènes de parler môn-khmer, susceptibles de se révolter dans le Sud, et surtout la consolidation de la frontière avec le Cambodge. 326 Il est admis généralement que la raison du déplacement de la capitale à Vientiane était le désir de Sethathirat de se rapprocher de son allié siamois et de s’éloigner des attaques des Birmans, Luang Prabang étant trop proche de leurs incursions. Cette raison existe, mais n’est pas majeure. Il en existe d’autres, rappelons-le : la première est la volonté de se retrouver dans le centre géographique du Lane Xang pour pouvoir consolider les limites territoriales héritées de F’a-Ngoum, surtout celles du Sud et de l’Ouest. Et ce, même si les limites frontalières du Moyen-âge n’étaient pas matérialisées de manière claire. La frontière entre les chefferies qui étaient dans le Lane Xang n’étant pas non plus vraiment nette. A l’époque de Sethathirat il y a très probablement une remise en question de ces limites au même titre qu’il y a une remise en question de l’autorité des rois du Lane Xang dans le Sud, comme nous venons de le suggérer. Cette région était apparemment en proie aux désintégrations du fait des révoltes des populations de parler môn-khmer ou des aborigènes. Cette idée est confirmée par la nécessité pour Sethathirat de mener des campagnes pour pacifier Ramalak Ongkan (l’actuel Attapeu) où il a trouvé la mort. La deuxième raison est sa volonté de repousser la prétention siamoise qui voulait dès le XVIe siècle étendre sa domination sur l’arrière-pays, sur le Lane Xang et le Lan Na, pour des raisons que les rois lao ne devraient sans doute pas ignorer, comme nous venons de le voir. Car ces raisons étaient directement liées au contrôle des richesses naturelles provenant des terres profondes de ces pays et transitant par leur territoire, très demandées par le commerce maritime devenu plus dense encore après la prise de Malacca. La politique de Sethathirat vue de l’intérieur est un renouveau religieux, un réveil culturel lié à celui de la région et une consolidation du pouvoir central. Certains historiens défenseurs de la conception du muang assimilé au mandala, peuvent voir dans cette consolidation, un désir de renforcer le rayonnement du pouvoir central sur le territoire. Vue de l’extérieur, c’est surtout une politique de consolidation du territoire et des frontières, teintée sans doute par un désir de contrôler les routes terrestres, fluviales et ripuaires du commerce qui transitent par son territoire avant de déboucher vers le Siam et les côtes. Cette compréhension de la politique régionale des rois lao, du moins jusqu’à la fin du règne de Suryavongsa, a garanti la souveraineté et la richesse du Lane Xang durant près de deux siècles, malgré des problèmes de conflits internes. 326 Durant la même période les Khmers déplacent leur capitale vers le Nord pour tenter de redonner vie à Angkor. Ils lancent une armée vers Prachinbury, Khorat et Stung Treng. Ces événements mettent en évidence la méfiance khmère vis- à-vis des États tai, rappelant qu’Ayuthia a envahit Angkor au milieu du XIVe siècle. Sethathirat mène une campagne de pacification des ethnies et de consolidation de la limite du territoire Sud : rallier la majorité des chefs ethniques, dont le controversé Phra Say Setha aux longues oreilles, un ancien religieux défroqué d’origine mône-khmère, engagé dans l’armée de Sethathirat, devenant à la fois son ami et son général, et qui possède une grande autorité pour faire adhérer les plus grands groupes ethniques du Sud. Par ailleurs, Sethathirat aurait reçu vers 1570 un message du roi du Cambodge lui demandant de reconnaître sa souveraineté sur Stung Treng, Veunexay, Lompad, Métho et Ban Done, en échange de quoi le souverain lui enverrait deux de ses filles, Thep Kagna et Prathoumphonne. En réponse, Sethathirat envoie une mission diplomatique, acceptant la proposition et demandant aussi de régler à l’amiable les problèmes de frontière entre le Sud du Laos et le Nord du Cambodge. Au début de l’année 1573 Sethathirat lance une armée à l’extrême Sud du Laos, vers Attapeu et y a monté un camp, qui a servi de lieu de dressage d’éléphants et d’entrainement des soldats. Mais au milieu de la même année, Sethathirat serait mort de malaria (?). Il n’y a donc jamais eu de bataille entre le Cambodge et le Laos, dans ces circonstances. Cf. Histoire d’Attapeu, Sangkragna Chanthakhot. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 216 - I. III. c. 2. La littérature du XVIIe siècle, révélatrice de la découverte du territoire Les thèmes et les personnages fabuleux et mythiques des deux œuvres, Phra Rama Sadok et Sinhsay, sont d’origine étrangère. Ils seront réadaptés et réinterprétés en version lao par des auteurs anonymes vers le XVIIe siècle.327 Dans tous les cas, l’action et le drame dans Phra Lak-Phra Lam et Sinhsay se déroulent dans des pays imaginaires, mais la description des lieux désigne des sites existant au Laos : dans certains passages du Phra Lak-Phra Lam, nous pouvons reconnaître la forêt de roche de la province de Khamouane Hinboun ou la chute du Mékong à Siphanh Done, etc. A ce sujet Sachchidananda Sahai, dans son ouvrage Phra Lak-Phra Lam ou Phra Rama Sadok Première partie [rt]ad rt]k, s]n rtik,k-kfqd rkd 1.] a étayé chaque site évoqué dans le Phra lak Phra Ram en les faisant correspondre aux différents sites du Laos. 328 En voyageant l’auteur aurait été impressionné et séduit par les paysages, inspiré par les histoires et les personnages locaux ou par le nom des lieux. 329 Le même phénomène peut être remarqué tout le long de la lecture de Sinhsay. L’introduction de certaines versions de cette épopée indique que le Prince Pangkham en est l’auteur : un voyageur sensible, un homme raffiné et cultivé appartenant à la famille royale, car il est évident qu’il a accès au Ramayana original, la version qui circule parmi les hommes instruits de la région. Si l’auteur porte le nom Pangkham, l’identité de ce prince est une énigme dans l’historiographie lao, qui donne quatre versions différentes : 1- Prince tenant une position importante dans la famille de Souryavongsa, mais écarté du pouvoir ; 2- Prince et chef de l’armé cornac et aventurier réputé ; 3- Prince lü de Xieng Hung en exil politique, nommé gouverneur à Nongboualamphou ; 4- Prince héritier, fils de Souryavongsa, se cachant sous un nom d’emprunt.330 Quelle que soit son identité, l’auteur a réellement voyagé. Sa culture et la connaissance de son pays 327 Le Ramayana nous est parvenu de l’Inde antique écrit en Sanscrit à partir de la tradition orale, vers le IIIe siècle avant J-C par le Sage Vâlmîki. Il sera repris plus tard en Hindi par un autre poète, Tulasi-Dasa. Dès le VIIe siècle les deux versions seront diffusées et réadaptées dans toute l’Asie du Sud-est continentale et dans les îles indonésiennes, sous forme de littérature locale et adaptée plus tard pour les pièces dansées. 328 Sachchidananda Sahai, Phra Lak-Phra Lam ou Phra Rama Sadok première partie, 1973. 329 L’auteur anonyme de Phra Lak-Phra Lam lao invente des histoires toponymiques pour chaque site : pour Xieng Khouang, Khamkeut, Hin Heup, Sikhottabong, Saravan, Attapeu, Savannakhet et Done Xieng Xou, etc. Etait-il « géographe » ou administrateur royal, « romanesque » ? S’ennuyant dans ses charges administratives pour des levées d’armes ou des tributs, il aurait composé ces vers pour faire passer le temps ? Dans la manière de décrire les lieux géographiques, il serait possible que les deux œuvres aient été composées par le même auteur. « […] Phagna Chanthasèn amena ses filles : Nang Edkhay, Nang Adso, pour les donner en mariage à Phra Lak et Phra Lam ; à ce même moment les jeunes gens d’Inthapatha Maha Nakhone, venus à la rencontre de Nang Chantha et ceux de Chanthabouri Si Sattanark eurent l’occasion de se rencontrer, alors ils s’aimèrent et pour donner libre cours à leur passion ils allèrent se cacher dans une île pour s’aimer plus librement. Dès lors cette île fut appelée Done Suong Sou qui signifie île où se cacher pour s’aimer […] Et plus tard on l’appela Done Say Sou (l’île de l’amant). » Done Xieng Sou d’aujourd’hui se trouve légèrement en amont du centre de Vientiane. Ou encore sur Attapeu : « […] Thao Pu Lu, fils du Khoun Kéo Moun à Chanthabouri Si Sattanark avait pour maitresse Nang Adta, une nièce du Pagna Chanthasèn du Muang Khoun Khom. Ils s’enfuirent vers l’Ouest. Le lieu où ils s’établirent fut appelé Muong Adtapu ou Attapeu (du nom Adta et de celui Pulu) […] ». Traduction de Vo Thu Tinh, Phra Lak Phra Lam ou le Ramayana lao, op, cit. 330 L’auto-introduction de différentes versions attribue cette œuvre au Prince Pangkham, attribution encore discutée. L’historiographie lao l’évoque de manière évasive : Pangkham serait de la famille de Suryavongsa, envoyé par ce dernier loin de la cour afin de l’écarter de toute prétention au trône. D’après le Phasoum Phongsavadan Thaï, Chapitre 70, Pangkham aurait été le génial chef de l’armé cornac du Lane Xang, en charge de la chasse aux éléphants pour les incorporer dans les troupes de l’armée royale ; d’où ses extraordinaires voyages dans tout le pays. Il aurait vécu dans la 2e moitié du XVIIe siècle sous le règne de Suryavongsa. D’après Tamnan muang Oubon Pangkham aurait été un prince lü du Sip Song Phan Na, venu demander refuge à Suryavongsa son cousin, à la suite des attaques de son royaume par des Hô houa khao vers 1685. Suryavongsa l’aurait nommé chef de la principauté Kheuakhan Kapkéo Bouabane à Nong Boualampu. Par la suite Pangkham aurait été père de Phravo et de Phrata, ancestres des fondateurs de Muang Oubon Rajathani. Cf. Histoire des reliques et histoire de Muang Oubon Rajathani – Det oudom, publication en Thaï de Vat Sèngkhet, 67 pp, Oubon, 1998. Certains historiens lao pensent que Pangkham est un nom d’emprunt derrière lequel se cacherait le Rajabout, fils unique de Suryavongsa condamné à mort par son père, mais sauvé par le moine Phrakhu Gnot Kéo Phonnesamek. D’après Thoumma Thammachark (il ne serait pas le seul à avancer cette thèse) le Prince héritier serait officiellement mort décapité, disparu à jamais de l’histoire, laissant l’homme vivre en tout anonymat, libre et déchu de son identité, devenant auteur inspiré de ces épopées. Sa condamnation, qu’elle soit effective ou pas, a été retenue dans les versions officielles de l’histoire du Laos. D’après le Phongsavadan, il aurait été condamné à la peine capitale. Mais cette condamnation à mort du Rajbout pour avoir séduit la femme d’un haut dignitaire semble rétrospectivement exagérée. Car d’après le code Kamé-soumisachane régissant la famille, et le code Rajasat régissant droits et obligations des monarques, il aurait été pénalisé à payer de lourdes réparations et, dans le pire des cas, démi de son droit de succession. Cette condamnation abusive cache sans doute un problème politique non mentionné dans le Phongsavadan : une volonté de rendre vacant le trône du Lane Xang ? L’usurpation du pouvoir par Phraya Muang Chanh et la crise politique après la mort de Suryavongsa rendent alors tout à fait crédible l’hypothèse du complot, d’où le mystère autour de l’identité de ce grand poète.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 217 - (la région du haut et du moyen Mékong), fait qu’il serait représentatif des hommes cultivés du XVIIe siècle qui découvrent les composants géographiques du Lane Xang et sans doute qui font prendre conscience, à leurs contemporains, y compris aux potentats, de l’immensité et de la diversité du territoire, et par de-là, de sa dimension politique. Quant à Syosavat,331 l’œuvre est moins légendaire. Même si son auteur reste anonyme, il ne renferme pas de mystère et ne fait pas l’objet de polémique. C’est un roman philosophique où nous trouvons de nombreuses maximes bouddhiques. Il évoque le voyage et les rencontres. Et c’est après les longs voyages en bateau en compagnie des marchands où le héros a vu le monde et appris les choses qu’il était devenu un grand sage et conseiller du roi. Les anecdotes et les histoires que le Maha Bandit Syaosavat raconte à son roi sont des renseignements et des informations. Elles dénoncent aussi la stupidité et la malhonnêteté de la cour, les vices qui portent atteinte aux préceptes bouddhiques. Conclusion L’examen des données anthropologiques, accompagné d’une lecture spatiale ainsi que l’analyse spatialisée des structures religieuses du culte des phi et des devata protecteurs, des pieux de fondation, révèlent qu’il existe des établissements plus anciens avant l’installation des Lao tai. Les implantations lao tai sont le résultat d’un long glissement migratoire Nord-Sud et d’un processus d’insertion territoriale et culturelle dans un espace triplement occupé : d’abord par les autochtones proto-indochinois, puis par les constructeurs de grandes cités que sont les Môns, les Khmers, voire probablement, les Puy de la Haute Birmanie. Autant dire que les implantations lao tai, nées dans des contextes géographiques et géologiques, culturels et politiques du territoire de Souvannaphoum, ont connu des périodes de formation préliminaire culturellement et spatialement chargées. Leurs formes historiques, en tant que nouveaux établissements ou nouveaux modèles spatiaux, dont nous avons approché hypothétiquement les processus de formation, sont construites à partir de deux fonds spatiaux et culturels : d’un côté des fonds pré-tai ancrés dans le grand territoire de Souvannaphoum avec des établissements urbains et villageois, agraires et ripuaires, citadins et ruraux, militaires et commerciaux, politiques et religieux déjà complexes. Et de l’autre, des fonds tai eux-mêmes accompagnant leurs itinéraires de glissement migratoire Nord-Sud. Nous avons notamment suggéré que la région entre Chiengmai et Dien bien phu, possédait déjà une tradition urbaine à partir de laquelle ou sous l’influence de laquelle les Lao Tai ont installé leurs établissements. Ceci dans l’hypothèse que ces derniers peuvent être contemporains des Môns et des Khmers autour du VIIIe siècle. 332 Cette suggestion met en perspective le fait qu’il peut exister des implantations lao tai, telles que Chiangmai, Chiangrai, Xieng Saèn, Sip Song Chou Tai, Sip Song Phanh Na (Xishuangbanna), considérées comme des productions transitoires du point de vue spatial et politique, issues du glissement migratoire proprement tai ou nées du métissage môn-tai à un moment donné. Ceci, pour que les Tai puissent émerger en fondant des unités politiques et en produisant des cités aussi significatives. A travers les insertions géographiques observées a postériori, nous avons pu voir que la manière de s’inscrire dans l’espace des Lao Tai se distingue de celle des autochtones protoindochinois et de celles des Môns, des Khmers et probablement aussi de celle des peuples de l’Ouest dont nous avons suggéré avec incertitudes l’identification –que seraient les Puy de la Haute 331 Houmphanh Rattanavong, Séna Mark Khika, éd. MIC, Albert Kunstadter family Foundation, Vientiane 1999. C’est un extrait de Syosavat le Maha Bandith, un ouvrage d’auteur anonyme qui date probablement du XVIIe siècle. Par des petits détails l’auteur évoque les objets qui ne devraient pas exister au Laos de l’époque, telles les longues-vues ou les loupes. Cela signifie que ce dernier aurait été en contact avec les étrangers, sans doute les commerçants européens qui auraient importé des objets “étranges”. Ce qui aurait permis de dater l’époque de l’auteur au XVIIe siècle, moment où les européens commencent à visiter le pays. Parmi les cadeaux que Wustoff confiait aux mandarins lao il y a effectivement des longues-vues. 332 Même si durant l’émergence des Etats tai le rayonnement de la civilisation mône décline, les Môns restent cependant présents et leur culture ne cesse d’influencer les États tai dans tout le territoire.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 218 - Birmanie. Cette distinction serait persistante en dépit des influences incontestables dont ils bénéficient des sociétés rencontrées –voire en s’opposant, sur place. Les implantations lao tai auraient possédé leurs propres principes, révélés par leurs mythes de fondation, formant des objets de connaissance de l’histoire matérielle de leurs implantations. Ceci nous a conduit à formuler une synthèse “théorique” des formes d’implantations lao tai, ou de celles dans lesquelles ces dernières seraient construites. Ce sont des modèles spatiaux, rendus visibles et compréhensibles à travers leur manière de s’insérer dans le territoire, de le maitriser et de le contrôler. Dans les cités lao tai, le rapport de l’homme à la terre détermine une certaine identité politique qu’est le muang. Les Lao Tai sont des détenteurs du muang dont les structures sociétale, spatiale et religieuse sont fondées sur le mythe historique et ethnocentrique du thaèn f’a –l’esprit de l’ancêtre fondateur et spirituel du monde lao tai. En fait, ce qui est le plus révélateur dans les occupations lao tai, ce sont leurs structures et leurs pratiques religieuses fortement spatialisées. Le muang est aussi caractérisé par la corrélation étroite entre la forme politico spatiale et la forme cultuelle à partir de laquelle les Lao Tai se sont autoréférencés avec le mythe Thaèn f’a. Les Thaèn f’a, après leur mort seraient devenus des esprits protecteurs de toute la “ race ” lao tai. Cette conception des origines constitue la permanence des structures religieuses, mais aussi politiques et spatiales chez les Lao Tai, en dépit du bouddhisme qui marque aussi de son rayonnement leur espace. C’est la marque de l’identité des villes lao tai. Après la période de constitution décrite, l’espace des cités lao se structure de manière plus claire à l’approche et à partir du règne de Sethathirat. C’est une période de prise de conscience, d’appropriation et de maitrise du territoire et de production de l’espace importante, qui se traduit à travers plusieurs faits révélateurs : 1- L’édification politique de Sethathirat se spatialise avec la conception de la monumentalité lié au pouvoir et avec la construction des monuments eux-mêmes, générant un type d’unité urbaine et villageoise et explicitant aussi un phénomène d’échange régional des idées et des savoirs. 2- La prise de conscience de la dimension territoriale se concrétise à travers la politique de consolidation du territoire par rapport aux enjeux de la politique régionale, sous-tension du commerce maritime. Celui-ci ouvre les cités côtières et pousse les cités retranchées et continentales à s’ouvrir. Peu familiarisé aux données insulaires par rapport à sa continentalité, le Lane Xang semble répondre aux nouveaux enjeux régionaux de manière partielle, alors que les autres établissements, moins intérieurs, avec une capacité de transformation plus grande, s’ouvrent au nouveau schéma. Pourtant, depuis l’intérieur et sous le règne de Sethathirat, le Laos connaît une période de renouvellement éclatant, qui va marquer l’espace du Laos dans les siècles à venir. Cette période est en tout cas identifiée comme une période bien marquée de production de modèle spatial.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 219 - CHAPITRE II La réception de modèles spatiaux et leur acculturation Du point de vue historique, d’un modèle constitué, endogène à une culture auto-référencée, l’espace lao serait aussi constitué à partir des modèles exogènes. Il s’agit du modèle siamois et du modèle colonial. Par ailleurs, l’implication de la communauté chinoise dans les espaces coloniaux est importante, l’administration coloniale ayant fait appel à elle pour les activités commerciales dans les villes qu’elle vient de réinstaller.333 Ces trois références exogènes sont des marqueurs qui font les variantes spatiales des villes et des territoires laotiens. Les espaces et les territoires du Laos ont connu une évolution lente mais progressive. Notre étude dans le premier chapitre a synthétisé les facteurs de permanence qui ont joué un rôle important dans la continuité de cette évolution. Il s’est forgé tout au long de l’évolution spatiale des modèles et des types d’espace, organisant le territoire tant en réseau, de manière plus ou moins marquant, qu’en taches d’huile isolées. Le territoire lao n’est pas un territoire clos et vide comme aurait pu le faire transparaître son isolement et sa carence démographique. Il est situé au cœur de la péninsule, dans un territoire d’articulation entre différentes entités, un lieu de sédimentation culturelle forte, parmi les groupements successifs de peuplements et d’émergence de modèles culturels et spatiaux. Notre approche a tenté d’apporter une contribution à la compréhension de l’histoire spatiale de cette “ sous-région ” 334 ; une histoire spatiale dont la connaissance est restée, à ce jour, bien lacunaire. Nous identifions les facteurs de modélisation essentiellement sous formes exogènes et endogènes. Les formes exogènes, ce sont les espaces issus du modèle administratif et politique siamois et colonial ayant apporté des modifications dans l’organisation et la gestion du territoire. Comme endogènes, ce sont les formes héritées des savoirs anciens. Nous considérons également comme forme endogène l’urbanisme et l’architecture qui a accompagné le développement socio- économique et politique des années 1960. Ceci, dans la mesure où les espaces de cette période se sont aussi formés à partir du phocessus d’acculturation, d’endogénisation et d’idiosyncrasie. Les deux formes –exogènes et endogène– constituent les éléments de formation spatiale et historique du territoire laotien tout le long de son évolution de manière durable. Leur lecture et leur connaissance permettent de comprendre l’un des aspects du fondement de l’espace lao contemporain. II. I. Les modèles exogènes Parmi les trois périodes d’occupations du territoire laotien par les acteurs extérieurs, à savoir l’occupation birmane au XVIe siècle, l’occupation siamoise (de la fin du XVIIIe siècle à la fin du XIXe siècle) et l’occupation française (de la fin du XIXe siècle à 1954) seuls le Siam et la France 333 Un administrateur adresse au Résident Supérieur du Laos à Vientiane un rapport : « […] la reprise du commerce dans le Sud n’est pas ressentie à Vientiane. Le prix du transport est cher. Plusieurs commerçants ont fermé boutique. Les statistiques de l’année passée montrent dans la colonie chinoise, le nombre des départs a très sensiblement dépassé celui des arrivées […] ». Signé Résident de France A. Torel, « Rapport économique du 1er semestre 1935 », fonds GGI, CAOM. 334 L’expression est utilisée pour désigner dans le Sud-Est asiatique la péninsule indochinoise avec la Thaïlande, la Birmanie et la région du Sud de la Chine bordant le Nord du Laos, du Vietnam et de la Thaïlande. En occurrence on utilisera pour le reste de la thèse plutôt l’expression “ le Sud-est asiatique continental ”.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 220 - ont marqué et bouleversé respectivement le territoire du Laos par leur système d’organisation. La France a laissé sa présence dans la structure administrative et a conditionné la reconstitution de la structure urbaine et des tissus des villes laotiennes. Alors que le Siam a marqué la configuration du pays dans le long terme en l’amputant de sa partie occidentale, et dans le court terme, par la création des “ villes de capitation ” et par sa réorganisation administrative calquée sur le modèle khmer duquel il s’était inspiré depuis la période Sukhothai. La période siamoise a ainsi caractérisé le Laos pré colonial que la France a connu au moment de son arrivée en Indochine. Si la France et le Siam ont ainsi marqué l’espace lao, les vingt-sept années d’occupation birmane au XVIe siècle et une courte période vers 1772 n’y ont apporté aucun bouleversement, bien que l’histoire septentrionale ait enregistré des sites qui auraient été bâtis un temps par les Birmans, telle la fortification de Vieng Phu Kha dans la région du Haut Mékong. II. I. a. Les villes siamoises précoloniales L’occupation siamoise a commencé suite aux conflits internes du Lane Xang.335 Chacun des monarques des trois royaumes lao336 ont fait intervenir le Siam qui connut au moment de la destitution de Tarksin337 puis du règne de Rama I en 1782 une certaine puissance. En pleine période d’expansion commerciale, le Siam avait opportunément besoin de contrôler les terres du Nord et du Nord-Est, leurs richesses et leurs mains-d’œuvre. Venues pour l’arbitrage des conflits au Laos (comprenant donc le Laos Occidental) les troupes siamoises en profitaient pour occuper tout le pays vers 1779 et imposer aux locaux les tributs de vassalité qui changeaient rapidement de forme. L’aspect symbolique de vassalité traditionnelle pratiquée jusqu’alors à tour de rôle selon les opportunités et la puissance de chacun changeait alors de forme. Du pouvoir symbolique des souverains des hommes, on est passé au pouvoir politique des souverains territoriaux, comme le souligne Lafont à travers le cas de Muang Sing, mais qui vaut aussi pour toutes les principautés à partir de la fin du XVIIIe siècle.338 En 1827-1828 sous le règne de Rama III, Anouvong, roi de Vientiane, a mené campagne pour mettre fin à l’annexion du Siam. L’émancipation de Vientiane était d’abord diplomatique dès le début de son règne en 1805. Celui-ci remplissait toutes les obligations qu’un vassal devrait à son suzerain : repoussant les Birmans de ses frontières et de celles du Siam, remettant de lourds tributs et de la main d’œuvre annuels que Bangkok exigeait pour ses divers travaux urbains, notamment les canaux de Bangkok.339 Vientiane intensifiait aussi ses actions politiques à l’intérieur du Laos pour reconsolider l’unité laotienne ternie depuis la scission du Lane Xang. Anouvong a hérité de ses pairs d’une situation politique intérieure désastreuse. Pour tenter de réparer les erreurs de ses prédécesseurs et apaiser les querelles du passé, il envoyait, par exemple, au roi de Luang Prabang les arbres d’or et d’argent, symbole de l’inclinaison de son autorité ; il entreprenait des visites, des 335 L’intervention du Siam aurait lieu en 1778 sous le règne de Tarksin. Cette intervention lui a permis de vassaliser non seulement les principautés du Lane Xang se trouvant dans le Nord-est du Siam mais également Luang Prabang, Vientiane et Champassak. In. Histoire des reliques et de Muang Oubon Rajathani et Muang Deth Oudom, documents rassemblés par Phrakhou Sirioudomket, publication de Vat Sèngket, Oubon Rajathani, 1998 (en Thaï). Cf., aussi le Phongsavadan lao. 336 Luang Prabang s’est scindé du Lane Xang en 1707 et Champassak en 1713. 337 Tarksin, devient roi du Siam en 1768 et destitué en 1782. Rama I lui succéde et fonde la dynastie Charkrit. 338 « Les rois du Siam avaient décidé d’être désormais des souverains territoriaux, ce que les princes et les rois locaux comme celui de Jyn Khèn ne comprirent pas immédiatement […]. Ils furent en effet trompés par le fait que, pour faire leur soumission, Bangkok exigeait qu’ils apportent un tribut d’allégeance constitué de « fleurs d’or et d’argent » [dqdw,hg’uo dqdw,h7e. Arbre d’or et d’argent, c’est moi qui le souligne], comme ils le faisaient précédemment avec le Myanmar […] la seule chose que recherchaient les rois siamois était l’annexion pure et simple des territoires et la population des principautés et royaumes tay qui se trouvaient à la périphérie de leur domaine […]. Et cela, parce que ces souverains étaient entrés dans la logique du colonialisme moderne. » In : Le Royaume de Jyn Khen, Chronique d’un royaume tay lü du haut Mékong (XVe -XXe siècle), L’Harmattan, Paris, 1998. Op, cit. 339 Les diplomates anglais soulignaient que le Siam exige de la main d’œuvre des territoires qu’il annexe, notamment du Laos, pour les grands travaux apportés aux canaux de Bangkok, de manière inhumaine. Cf. Mayoury et Pheuiphanh Ngaosrivathana, Chao Anu (1767-1829) The Lao people, and Southeast Asia, ouvrage publié lors de l’inauguration de la statue de Chao Anouvong et lors des 450 ans de Vientiane, 2010.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 221 - pèlerinages et des restaurations des monuments religieux dans les autres muang en compagnie des princes locaux. En ce qui concernait le Siam, devant “ l’impassibilité ” de Rama III, les efforts de Anouvong ont dû déboucher en 1827 sur une lutte armée, causant de grands dommages pour le monde tai définitivement éclaté.340 Les deux années de guerre ont été dévastatrices pour le Laos. Les revendications de Vientiane et de certains muang du Laos occidental et du reste du pays étaient considérées par Bangkok comme un acte de trahison alors que les populations des régions concernées les vivaient comme un acte de libération légitime.341 Pour punir les “ traitres ” [dt[qf, kabot] même des dizaines d’années après la défaite de Vientiane, le Siam continuait à lancer ses troupes contre les muang, anciens partisans de Anouvong et leur imposait de lourds tributs. Vientiane a été pillée et saccagée, les institutions royales qui régissaient la structure sociale et politique de l’ancien Lane Xang se sont effondrées, devenant tout au plus de petites unités locales avec une autorité souvent limitée au village et au tassèng, devant rendre des comptes aux autorités siamoises de quatrième ordre.342 Des institutions royales complexes du Lane Xang il ne subsistait que trois familles 343 des trois anciens royaunes sous le contrôle de Bangkok, quatre titres et fonctions anciens nommés par le roi du Siam (ou devant obtenir son approbation).344 Etant devenus surtout dans la période siamoise (et après, durant la période coloniale) des titres et non plus forcément des fonctions à responsabilité, ces différents titres relevaient encore de l’autorité royale lao. Ils avaient leur importance du point de vue social alors que politiquement et administrativement, ils perdaient tout leur sens. Les événements du roi Anouvong ont donc profondément bouleversé la structure politique et sociale ainsi que l’organisation territoriale de l’ancien Lane Xang. Alors que dans la vassalité traditionnelle les monarques locaux jouissaient d’une liberté assez grande et possédaient une autonomie, leur propre système de gestion des territoires et des hommes, ayant encore leur cour, leur sénat et leur amat, 345 les événements de 1827-1828 ont marqué la fin de cette autonomie. Bien que les Siamois exerçassent un contrôle quasi-total sur les muang dont ils ont attribué les statuts administratifs, de manière générale les muang étaient sous-administrés. Le Laos siamois peut être analysé en trois périodes entre les années 1780 et les années 1954 : la période avant l’avènement du roi Anouvong (1778-1828), celle entre l’avènement du roi Anouvong et le début du protectorat français (1829-1893), et enfin celle entre le début du protectorat et l’indépendance (1893-1954). Notons que nous continuons à parler du Laos siamois durant le protectorat pour toute la région du Laos occidental, par le fait que la manière dont était géré ce territoire permet de comprendre la question spatiale de l’époque et de celles qui allaient suivre. Durant la toute première période, le Siam semblait occupé la partie septentrionale du pays avec quelques difficultés à cause 340 Plus d’un siècle après les événements du roi Anouvong, les nationalistes thaïs, tel le Maréchal Phibounsongkhame, tentent de construire un grand État thaï avec l’intégration du Laos. L’idéologie Pan-Thaï n’a pas pu atteindre ses objectifs à cause probablement de l’éclatement du monde tai provoqué lors de la guerre siamo-lao au début du XIXe siècle. 341 L’histoire du Siam enregistre la lutte menée par le roi de Vientiane comme un acte de révolte concentré à Vientiane alors que c’est une véritable guerre livrée aux Siamois depuis la vallée du Mékong jusqu’au plateau de Khorat, et de Muang Sing Jusqu’à Champassak. Paradoxalement les données historiques (lao et thaïes) montrent que la volonté de lutter contre Bangkok n’était pas un fait unanime chez les différents chao muang du Laos oriental et occidental. Certains auraient prêté mains fortes aux troupes siamoises. 342 Vientiane étant classé dans l’administration siamoise comme muang Chatava, 4e position après muang ek, muang tho et muang tri, Cf. Phongsavadan Lao, S. Viravong, op, cit. 343 Il s’agit de Luang Prabang, Champassack et Xieng Khouang. 344 Il s’agit de la nomination du roi lui-même, du Uparaj, du Rajbut et du Rajvong. Uparaja (Pl), Uparajan (Sk), vient de Upa (aide, suppléant), le Uparaj, titre de vice-roi réservé aux membres de la famille royale (frère ou oncle du roi). Rajaputra, rajabut (Sk), fils du roi, titre réservé au prince héritier. Rajavamsa, rajavong (Sk), de famille royale, titre réservé aux autres membres de la famille royale (fils ou neveu du roi). Les autres titres et fonctions, tels que Phraya, Phya, Saèn et Meueun pouvaient être occupés par des personnes n’appartenant pas à la famille royale ou par les membres de l’aristocratie. Les titres nobilières liés à la fonction publique dans l’administration royale de l’ancien Lane Xang étaient essentiellement le Phraya [ritpk], 1e rang équivalent de ministre, le Saèn [clo], 2e rang correspondant à 100 000, le Meueun [gs,no], 3e rang correspondant à 10 000 et le Phya [grap], 4e rang. 345 Amat, Amatya (Sk), Amacca (Pl), ministre, conseiller, compagnon du roi. In., Lexique étymologique Lao-Pali-Sanskrit, Bounthanh Sinavong, éd. Sadda, Paris, 2007.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 222 - de l’influence encore importante des Birmans. Une fois l’influence de ces derniers réduite,346 il pouvait organiser le territoire lao plus aisément, mais toujours en relation conflictuelle avec le Daï Viet qui en revendiquait également sa suzeraineté, en particulier sur Houaphan, Xieng Khouang, Mahaxay.347 Par la suite, le Siam a dû réorganiser à plusieurs reprises la gestion de l’ensemble du territoire laotien, surtout durant le protectorat, il a dû s’y prendre aussi avec beaucoup de prudences dans la partie occidentale du pays qui lui restait et qui a échappé à la France, en prévention d’éventuelles revendications de celle-ci. II. I. a. 1. Les modèles artificiels, la création des muang de capitation : émergence d’une pensée « localiste » de l’Issane Le Laos siamois était caractérisé surtout par la création de nouveaux muang et par la particularité des taxes imposées dans les circonscriptions existantes et nouvelles. Dans ce contexte, cela a été l’une des causes qui ont provoqué la mobilité des hommes. Conscient de l’intérêt que suscitait l’existence des nouveaux muang et conscient des méfaits économiques induits par la mobilité des hommes qui tentaient d’échapper aux muang et donc aux taxes, l’administration siamoise prenaient des mesures dès le début de sa suzeraineté sur les muang lao en incitant les princes et les chao muang locaux, ceux qui auraient voulu entrer en sécession par rapport au pouvoir central de Vientiane,348 à créer de toute pièce des muang sous son autorité. Les nouveaux muang du Laos occidental se seraient en fait appuyés sur une configuration démographique existante. D’abord il y avait préalablement dans les muang une population lao ou de culture lao dont la période d’établissement était assez floue mais pouvait remonter à une période assez lointaine, probablement déjà à l’époque F’a-Ngoum.349 Ensuite, il y avait des vagues de migration venant de la partie orientale au XVIIe et au courant du XVIIIe siècle. Enfin, quelques décennies avant la vague de création de nouveaux muang par l’autorité siamoise, il faut ajouter le nombre de ceux qui étaient issus des déplacements à la fois volontaires et forcés. Thida Saraya note que cette vague de migration a été voulue et planifiée par la politique siamoise qui cherchait dès le début du XVIIIe siècle à réduire le pouvoir central de Vientiane en soutenant et en incitant les princes lao à entrer en sécession contre Vientiane et à créer leur propre muang dans le Laos Occidental350 avec muang Oubon Rajathani comme centre. Ce qui signifiait que les Siamois avaient bien compris que la force et la faiblesse du Lane Xang pouvaient dépendre de sa région occidentale et plus étroitement à la 346 En 1767, les Birmans mettent à sac Ayuthia. En 1771 lorsqu’un conflit éclate à Luang Prabang les Birmans qui stationnent à Chiangmai aident Suryavong à usurper le pouvoir au détriment de son frère Sothika sur le trône de Luang Prabang. Vers 1792, accusé d’avoir conspiré avec les Birmans contre le Siam le roi de Luang prabang est traduit en procès à Bangkok durant quatre années. La même année, soutenu par les Birmans, le Chao F’a de Xieng Hung (à l’époque attaché à Luang Prabang) se révolte contre l’autorité siamoise. Vers 1798-1799 une guerre éclate à Chiangmai entre Siamois et Birmans, Vientiane envoie ses troupes secourir son suzerain siamois. Vers 1803 Vientiane libère Chiang Saèn de l’occupation birmane. Ces différents événements montrent que les Birmans étaient restés très présents dans la partie septentrionale du Laos. L’événement de 1803 à Xieng Saèn aurait marqué leur repli définitif du Laos et du Lan Na, avant qu’ils ne soient dominés par les Anglais. 347 Cf. Pheuiphanh et Mayoury Ngaosrivathana, « Vietnamese Source Materials Concerning the 1827 Conflict between the Court of Siam and the Lao Principalities : Journal of Our Imperial Court’s Actions with Regard to the Incident Involving the Kingdom of Ten Thousand Elephants ». Vol. II : Introduction, Translation, and Han-nom Text : Vol. II : Annotations, Bibliography, Indexes. Tokyo : The Centre for East Asian Cultural Studies, for UNESCO, The Toyo Bunko, 2001 ; Pheuiphanh et Mayoury Ngaosrivathana, Chao Anou (1767-1829) The Lao People, and Southeast Asia, op, cit. Par ailleurs c’est au nom de cette suzeraineté vietnamienne que la France revendique le Laos aux Siamois durant la première moitié du XXe siècle. Les Laotiens eux-même réfutent l’idée de la suzeraineté vietnamienne avant le protectorat français et estiment que seul Xieng Khouang aurait été vassalisé par le Daï Viet, celui-ci lui ayant payé régulièrement tribut. Cf. Savèng Phinith : « La frontière entre le Laos et le Vietnam (des origines à l’instauration du protectorat français) vue à travers les manuscrits lao ». In : Les frontières du Vietnam. Lafont P-B., éd. L’Harmattan, Paris, 1989. pp. 194-203. 348 Il y avait un certain nombre de muang dont le tiao avait demandé la protection de Bangkok et donc de leur rattachement vers la fin du XVIIIe siècle. Parmi eux certains révisaient leur jugement en se rangeant aux côtés du roi Anouvong. 349 Lorsque F’a-Ngoum menait campagne, il trouvait à la porte des muang des manifestations de soumission des tiao locaux lui déclarant leur appartenance à sa “ lignée ”. 350 « Muang Oubon », coll. Muang Pavatsat, éd. Muang Bouran (ISBN 974-7367.01.7), Thida Saraya met en évidence que les conditions de la création de muang Oubon se faisait selon ce schéma et qu’il était le centre du Laos occidental à partir duquel les établissements du Nord-est de la Thaïlande émaneraient contrebalançant le pouvoir de Vientiane dès la fin du XVIIIe siècle et permettant par la suite son éclatement. Tab. 10. Liste non exhaustive des muang du Laos occidental à la fin du XIXe siécle.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 223 - démographie de l’ensemble du pays, comme l’avait souligné quelques siècles plus tôt F’a-Ngoum. Cette situation explicitait aussi la fragilité de l’unité du Lane Xang : dès que le pouvoir central ne couvrait plus de son autorité, souvent incarnée par un monarque charismatique, les muang qui lui étaient attachés durcissaient leur position. Plus tard les nouveaux muang, qui seront créés dès que l’administration siamoise jugeait suffisants les groupements de populations installées, n’avaient rien d’autre à faire que de regrouper opportunément la main d’œuvre taxable et corvéable existant dans ces groupements. Mais face à la mobilité incessante des hommes des mesures particulières pour les fixer dans un territoire donné ont été mises en œuvre. Il s’agissait de les identifier par tatouage des numéros d’immatriculation. 351 Lorsque les registres administratifs de Bangkok mentionnaient froidement la fuite des populations pour ne pas payer les taxes, la mémoire des concernés évoquait le drame des « tatouages » qu’ils avaient subi et auxquels ils cherchaient à se soustraire [soudkoladg]d]. A l’époque Bangkok envoyait dans tout l’Issan des « agents de tatouage » [kong sak, dv’lad] pour immatriculer aussi ceux qui se cachaient et qui n’étaient enregistrés dans aucun muang. Ainsi les corvées et les capitations seront imposées, alimentant les fonds de la trésorerie royale de Bangkok et celui du ministère des commerces, satisfaisant aussi les fortunes personnelles de certains gouverneurs, stationnant dans les nouveaux muang. Ces mesures étaient issues de véritables stratégies comme le note le Phraya Damlong Rajanouphab. 352 Les nouveaux établissements peuvent être désignés de “ muang de conscriptions ” ou de “ muang de capitations ”. Car le mode traditionnel de tributs a été abrogé et remplacé par le système d’impôts et de taxes lourdes. Ils constituaient véritablement la richesse de la trésorerie royale du Siam et étaient quasiment les seuls motifs de la création de ces nouveaux établissements. La survivance de ces établissements après l’abandon du système de conscription est rare. Leur disparition ne fait que confirmer alors leur caractère artificiel et spéculatif propre à la mise en place d’une politique ad hoc du Siam dans le Laos Occidental. Ces établissements artificiels tendent à disparaître dès que le système politique en question s’est effondré. Aymonier avait réalisé une intéressante description de cette époque dans ses Notes sur le Laos siamois. 353 En ce qui concerne les récits des événements vécus, les impressions internes, ils avaient été transcrits par les acteurs eux-mêmes dans Pheune Vieng et Pheune Muang Phouan.354 Les notes de Aymonier rendent compte vers la fin du XIXe siècle combien le système siamois avait marqué le pays juste avant le protectorat français, et comment le système administratif et de capitation abusive avait pu provoquer la migration des hommes durant plus d’un siècle cherchant à fuir de tous les côtés. Il s’agissait des taxes directes lorsque les administrateurs siamois les prélevaient eux-mêmes dans les zones relevant de leur responsabilité directe. En ce cas, auraient été concernés les territoires des muang vassaux, muang padesaraj [g,nv’xtgmfltik-] ayant acquis un statut proche des houa muang extérieurs siamois. Il s’agissait des taxes indirectes lorsque les chao muang lao les prélevaient pour les reverser ensuite aux administrateurs siamois. Auraient été concernés les territoires des muang 351 L’immatriculation par tatouage était d’une rare violence et se rangeait dans les pratiques de la ségrégation raciale et antisémitique pratiquées en Europe pendant la 2e guerre modiale. Mais fait incompréhensible : les Siamois et les Lao sont les deux groupes tai particulièrement proches. Mayouri et Pheuiphanh Ngaosrivathana parlent même de marquage au fer. Op, cit. 352 « Du règne de Rama I au règne de Rama III il est ordonné aux chao muang dont les populations ont déserté le muang de chercher à rassembler les populations sans utiliser la force (sous-entendant alors que la force a été utilisée). Ceci, pour les intérêts des deux parties. Pour atteindre ces objectifs les chao muang qui seraient capables de ramener plus de monde recevront le reste des fonds ramassés, et ils peuvent se réjouir de l’augmentation du nombre des serfs disponibles à leur service. Avec de pareils intérêts il est clair que les chao muang chercheront avec enthousiasme à créer des nouveaux muang. En ce qui concerne les serfs eux-même, ceux qui sont en fuite ou qui se cachent et qui vivent dans de grande pauvreté, dès qu’ils savent que les ban et les muang se constituent, reviendront d’eux-même nombreux. » Propos de (SAR) Damlong Rajanouphab ministre de l’intérieur de Rama V (?), in. Phaytoun Mikousonh, Histoire de Oubon Rajathani, première période, 1786-1889. 353 La société du Laos Siamois au XIXe siècle, Etienne Aymonier, présenté par Fabrice Mignot, L’Harmattan 2003, Paris, paru la première fois en 1885 sous le titre Notes sur le Laos, Imprimerie du Gouvernement, Saïgon. 354 [rNo;P’] Pheune Vieng, chronique du XIXe siècle, auteur anonyme, Comité de Recherche en Langue et Littérature Lao, Département des Lettre de l’UNL, publié sous le titre Pheune Vieng de l’époque de Chao Anou, Ed. Honphim Suksa, Vientiane, 2004 ; [dk[g,nv’r;o] Kap Muang Phouan (poésie de muang Phouan), chronique du XIXe siècle, auteur anonyme, Comité de recherche en Langue et Littérature Lao, Département des Lettres de l’UNL, Vientiane, 2001.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 224 - vassaux, muang padesaraj, mais relevant des chao muang locaux. Les communautés ou les hommes touchés par ces prescriptions économiques recherchaient dès lors des régions sans autorité, tels les anciens territoires qui ont été décimés par l’armée siamoise suite aux événements du roi Anouvong. Ainsi, la région du Nord-Est, mal administrée, “ sauvage et pleine de brigandage ”, a été des muang de prédilection. Mais par la suite, ce serait aussi dans ces régions que l’autorité siamoise intensifiait la création des nouveaux muang de capitation. Ces muang étaient sans centralité sociale et historique, la classe dirigeante était des tiao muang nouvellement nommés qui n’avaient parfois aucun lien avec les anciens tiao muang locaux. Ceci aurait souvent donné à ces territoires un aspect de nomansland, décrit par Aymonier comme des amas d’établissements parfois sans foi ni loi où il ne faisait pas bon de s’y aventurer. Certains de ces établissements nouveaux ne semblaient pas faits pour durer, fonctionnant le temps d’une décision administrative. Au-de-là, certains d’entre eux pouvaient sédentariser pour devenir des villages ou des muang plus importants, mais aucun ne semblaient réellement porteurs de modèle spatial durable. Au contraire, ils seraient culturellement des dérivés des anciens muang desquels ils s’étaient émancipés en reproduisant par exemple leur modèle d’architecture dans la construction de leur lieu de culte, etc. Reprenons comme exemple quelques villes du Nord-Est thaï, dont certaines ont été remarquées dans les notes de Aymonier, notamment Oubon Rajathani, considéré comme une place-forte parmi les anciens muang lao qui s’émancipaient du pouvoir ancien du Lane Xang. Conséquences dans la distinction territoriale dans la longue durée et émergence d’une certaine pensée “ localiste ” de l’Issan A l’issue de cette période, ce que l’espace siamois a marqué dans l’espace lao –et ceci, jusqu’à nos jours– c’est la contradiction entre similitude culturelle et distinction territoriale de la région située dans le bassin moyen du Mékong : la partie occidentale d’un côté et la partie orientale de l’autre. Le territoire occidental (le Nord-Est thaï) possèdait une densité démographique plus importante mais avec une centralité sociale, culturelle et politique moindre. La Thaïlande avait mis beaucoup de temps pour qu’il devienne “ administrable ”, pour que sa population se soit stabilisée et adhère au système siamois. Malgré cela, jusqu’au début des années 1970 la migration du Laos Occidental vers le Laos Oriental (c’est-à-dire en sens inverse par rapport au mouvement Est-Ouest forcé par les Siamois au XIXe siècle) s’est poursuivie en petit nombre mais de manière régulière. Les grandes familles qui se dispersaient dans les deux territoires se réunissaient parfois. Cette migration pointue dans les années 1950 et 1960 correspondait aussi à une période de grande pauvreté renforcée par la sécheresse de la partie Occidentale. Le gouvernement royal de Vientiane avait mis en place des mesures pour l’accueil de cette migration en leur accordant des terres et la nationalité laotienne.355 C’est ainsi que nous pouvons aujourd’hui retrouver de nombreux villages aux alentours de Vientiane où la population est entièrement constituée de population d’Issan : à ban Nakhouay, ban Samké, ban Nong Kisang, ban Nong Gniang. Dans Issan-même tout en s’y intégrant peu à peu dans la communauté nationale thaïe, la population s’était forgé tout le long de l’histoire sa propre identité, consolidée fortement autour d’une culture du bas peuple, de la paysannerie et de la migration dont les études de Dalalat Méthanikanonh ont en partie mise en évidence la richesse, qu’elle et d’autres anthropologues qualifient de “ localisme ” sous les traits d’un particularisme de la culture lao, par opposition à la culture siamoise de Bangkok. Que cette culture soit lao ou non, car sa définition pose aujourd’hui problème –ou du moins suscite révision, il est important d’insister sur son côté populaire et paysan 355 Les migrants en question sont désignés de Lao Issan par les Thaïlandais de Bangkok et de Thaï Issan par les Lao de Vientiane, désignations que les concernés refusent et préfèrent se dire être “ Lao de Thaïlande ”. Issan signifiant Orient, l’administration siamoise l’utilisait seul sans préfixe Lao pour désigner l’ancien Laos Occidental afin d’éviter toute référence aux origines lao. Mise à part la pauvreté qu’ils essaient de fuir et la “ terre promise ” qu’ils essaient de retrouver au Laos, une autre raison qui les faire fuir le pays Issan aurait été leur refuse d’être siamois.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 225 - que l’on désigne présentement sous l’enseigne de “ culture Issane ” et non plus de culture lao, difficilement assimilable à la culture siamoise. La culture Issane caractérisée par la paysannerie met en évidence un autre fait du passé : la région Issane a été désertée par ses élites traditionnelles (administrateurs royaux, ecclésiastiques, artistes et artisans, que ces derniers étaient originaires de Issan-même ou venaient de Vientiane ou de Xieng Khouang), assassinées ou ayant fuit auparavant dans le Laos Oriental, ou au contraire absorbées par le système nobiliaire siamois. Il en restait à l’époque quasiment plus d’élite, ni des grandes familles. Sans ces derniers, les populations puisaient dans leur propre bagage de migrant pour exister et développer leur propre culture.356 Par exemple, alors que l’oralité persistait à préserver ses sources d’origine et ses liens avec le Laos, à travers les chants et la musique (le lam et le khrèn), la langue écrite sera peu à peu siamisée : on ne sait plus écrire le parler lao en lao, mais on l’écrit en Thaï alors qu’on continue à parler lao. En plusieurs décennies la culture populaire de Issane, tout en étant originale et riche, est devenue une culture hybride que les Lao du Laos appelaient péjorativement dans les années 1960 de sot kacha (hybride, sans racine, informe). Pour les territoires qui ont su se reconstituer plus rapidement après être devenus siamois lors de la scission du Laos en deux parties (occidental et oriental avec approximativement le Mékong comme ligne de partage), ce sont des territoires qui possédaient au départ des éléments d’unification au-delà des aléas politiques, ou parce que l’aristocratie locale ou une certaine élite subsistait encore pour faire le lien. Il s’agit notamment de muang Nakhon Phnom qui fondait son identité sur le monument religieux, et de Muang Oubon Rajathani fondé par les princes lao en sécession par rapport à Vientiane vers la fin du XVIIIe siècle et dont les descendants forment encore aujourd’hui une élite intellectuelle.357 Le territoire oriental qu’est le Laos actuel a connu quant à lui une carence démographique par rapport au territoire occidental, mais possédaient une centralité sociale et culturelle plus importante, une identité politique plus rapidement identifiable. Les villes en tant que lieu de rassemblement culturel et social ont su se reconstituer rapidement, alors que du point de vue physique elles ont mis beaucoup plus de temps pour se reconstruire et la démographie était restée faible pour de très longs termes. La base politique et culturelle consolidée autour de l’élite traditionnelle s’était en fait ramifiée essentiellement dans le territoire de la rive gauche, alors que la main d’œuvre était dispersée nombreuse dans le territoire de la rive droite. A Vientiane l’élite locale survivant du début du XIXe siècle se réduisait à quelques familles de Meun [s,no] et de Phya [grap], titres nobiliaires et de fonction publique de trois à quatre rangs en dessous du rang de Phraya muang. A la fin du XIXe siècle et dans les premières décennies du XXe siècle cette petite élite attirait celle qui était éparpillée dans le pays Issan. Cette dernière venait alors rejoindre en partie celle de Vientiane ou de Champassak. Cette élite qui subsistait et qui ne possédait aucun pouvoir tenait malgré tout le monopôle culturel et artistique et se rapprochait de l’élite religieuse. Par ses fonctions passées elle avait la capacité de rassembler les populations –celles qui lui restaient fidèles, pour en faire des rassemblements politiques. Sans quoi, il ne serait pas imaginable de constituer un Laos tel que nous connaissons plus tard, malgré le pouvoir colonial qui était de fait l’édificateur du Laos moderne près d’un siècle après la chute de Vientiane. Par exemple dans le rapport de l’un des administrateurs coloniaux nous lisons qu’un ancien phya de Vientiane –et dans un autre rapport, un 356 La culture Issane est un sujet d’étude à part entière et intéresse notamment l’anthropologie et les études politiques. Cf. Sripranom Phisitvorasane, « Derrière Phong Sidhidham, le Kabot », in : Mémoire lors de la crémation de l’ex-ministre Phong Sidhidham, 2525 (1982) ; Sirixay Bounmatham, Histoire sociale de Issane septentrionale, 2318-2450 (1775-1907), 2536 (1993) ; Thavat Phounnothork, « Croyances populaires, mode de vie et société dans Issane », document de séminaire : « culture populaire : maximes, croyances, arts et langues », université Choulalongkhorn, 2526 (1983) ; Phueun Vieng : études historiques et littérature de Issane, Université Thammasat, 2526 (1983). Les chants régionaux, les lam, incarnaient la culture Issane et racontaient l’histoire des populations de cette région, meurtrie par les déplacements. Cf. Chayphet Sayarath, « Molam Samane », texte d’après un interview de Molam Samane pour l’exposition temporaire au centre culturel Marc Leguay ban Naxay Vientiane, 2004. 357 La famille Na Oubon, dont le chef est descendant du fondateur de muang Oubon, est considéré comme l’une des personnalités intellectuelles issanes. Tab. 11. La polpulation de Vientiane vers la fin du XIXe siècleDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 226 - autre ancien phya de Champassak, se donnaient la mission d’aller chercher les anciens habitants de leur ville déportés au Siam.358 En occurrence lorsque l’on examine aujourd’hui l’histoire des familles de Vientiane par exemple, on trouvera pour la majorité que les ascendants revenaient du pays Issan.359 II. I. a. 2. L’organisation territoriale et administrative siamoise L’organisation du territoire Le territoire du Siam est composé de trois entités administratives principales : le Rajadhani et le houa muang qui constituent le Siam proprement dit, et le territoire vassal appelé le muang padesaraja. 1- Le rajadhani360 est le premier rang, la capitale [muang Ek, g,nv’gvd], le siège du pouvoir, c’est la capitale Bangkok et les villes qui lui sont limitrophes. Le roi est le maître suprême de ce territoire et siège en son centre. Il émet son autorité rayonnante dans le reste du pays à travers une organisation administrative, hiérarchisée et complexe. 2- Il existe deux types de houa muang [sq;g,nv’] : les houa muang intérieurs et les houa muang extérieurs. a- Les houa muang intérieurs sont proches et tournent autour du territoire du rajadhani, occupant le quatrième rang hiérarchique du muang, appelé muang chatava. Les administrateurs des muang intérieurs sont responsables devant les hauts administrateurs du rajadhani qui siègent dans la capitale sous l’autorité directe du roi. b-Les houa muang extérieurs ne sont pas en contact direct avec le territoire du rajadhani même s’ils se rattachent à lui. Ils occupent le deuxième [muang tho, g,nv’3m], le troisième [muang tri, g,nv’8iu], et le quatrième [muang chatava, g,nv’9a88t;k] rangs hiérarchiques. Les houa muang extérieurs ont des petits houa muang extérieurs qui se rattachent à eux et ainsi de suite. Ce système aurait défini le système du mandala. 3- Les muang padesaraja [g,nv’xtgmfltik-] étaient à l’extérieur du territoire du Siam et appartenaient à d’autres royaumes que le Siam a annexé. Les populations étaient en principe considérées comme différentes des Siamois du point de vue culturel et ethnolinguistique –que cette distinction soit justifiée ou pas, du moins qui auraient possédé des traditions et des us et coutumes différents des Siamois. Les muang padesaraja avaient à leur tête un pouvoir local. Soit ce sont des chao phaèn Dinh (roi, monarque, comme ce fut le cas du royaume de Vientiane), soit des chao muang par naissance (aristocrates), par exemple avec le titre de Rajabuta comme ce fut le cas de Rajabuta Gno placé à la tête de Champassak par son père le roi Anouvong de Vientiane avec l’approbation de Bangkok. Il y a aussi des chao muang par fonction (ils ont été nommés selon leur mérite vis-à-vis de Bangkok). Ils devenaient de toute façon vassaux du roi du Siam. D’après la vassalité traditionnelle pratiquée entre les royaumes tai, les chao des padesaraja auraient à exercer leur pouvoir de manière autonome et indépendante tout en envoyant au suzerain les prestigieux présents symbolisant leur vassalité. Ils lui devaient également fidélité et obligation en lui envoyant des troupes, des armes et des ravitaillements lorsque celui-ci entrait en guerre. En occurrence, c’est ce qu’avait fait Chao Anouvong lorsque le Siam entrait en guerre contre les Birmans. Mais le suzerain n’occupait, ni ne contrôlait les territoires du vassal. En ce qui concerne la suzeraineté du Siam sur les padesaraja lao, tout était différent des pratiques traditionnelles dès le début : en plus des obligations ci-dessus citées, les vassaux lao devaient payer lourdement les tributs de vassalité fixés par Bangkok, et par la suite ce dernier envoyait les gouverneurs ou le représentant de son pouvoir contrôler les muang padesaraja. Dans le cas où les muang possédaient leur propre 358 CAOM/Côte D2, monographie de Vientiane 1896, adressé au Commandant Supérieur du Haut Laos par P. Morin. 359 Mon arrière grand-père paternel, Khun Sayasèng, vient de Yasothonne à la fin du XIXe siècle. Deux éléments indiquent l’origine des familles : 1-Les arrières grand-parents revenaient du Siam. 2- Et en quittant le Siam, ces derniers étaient souvent bonzes pour ne pas être empêchés par l’autorité siamoise. Le cas typique c’est Maha Sila Viravong, jeune moine originaire de Roy-et, qui arrive à Vientiane en 1930, quitte le monastère en 1931 et devient professeur de Pali à l’école de Pali, sous la direction de Louis Finot, fondée par l’Accadémie Chanthaboury et étroitement soutenue par l’EFEO. 360 Rajadhani [ik-mkou.] (Pl.Sk), capitale, métropole.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 227 - représentant du pouvoir traditionnel local, le droit de succession était complètement bouleversé, car c’est le roi du Siam qui destituait et couronnait ou donnait son autorisation pour l’investiture du nouveau roi. C’est ainsi que Chao Anouvong avait reçu l’approbation de Bangkok pour placer son fils Rajabuta Gno à la tête du royaume de Champassak, alors que celui-ci possédait encore ses représentants traditionnels.361 L’organisation administrative Le système de pouvoir siamois était organisé selon deux modèles et le territoire se distinguait selon trois systèmes administratifs remontant à l’époque Rattanakosin. 362 Il s’agit du système catùsadom [9t85ltfq,],363 né à l’époque d’Ayuthia calqué sur le modèle khmer, il caractérisait le plus le système de pouvoir siamois, puis du système agnasid si [vkfpklyf luJ], 364 modèle utilisé dans l’ancien Lane Xang. En ce qui concerne la partition tripartite du territoire administratif, comme nous l’avons noté, il y avait le territoire rajathani, le territoire houa muang et le territoire padesaraj (voir plus loin). L’utilisation simultanée de deux systèmes administratifs au Siam avait sans doute des raisons historiques. Ayuthia avait conservé le modèle khmer plusieurs siècles après son émancipation de la domination de celui-ci. Il n’aurait pas été facile pour les Siamois méridionaux de se défaire du modèle et du monde khmer dans lequel ils s’étaient développés durant plusieurs siècles à travers l’héritage de Sukhothaï. Bien qu’ils ne fussent pas complètement coupés du monde tai du Nord, les siamois se montraient être les plus imprégnés de la domination khmère (écriture, système politique, art et architecture, etc.) Quant au système agnasid si utilisé dans le Nord (Lan Na, Lane Xang, Sip Song Phanh Na), il était sans doute mieux conservé et partagé par la grande majorité des muang Tai Lao avec quelques variantes près. Ainsi tout en s’émancipant de la domination khmère les Siamois continuaient à conserver leurs influences en continuant à adopter le système catùsadom. Alors que le système agnasid si, probablement affaibli à l’intérieur du Siam “khmérisé ”, aurait été fortement maintenu dans le Nord et en particulier au Lane Xang. En ce cas ce serait à travers les vassaux du Nord que le Siam pouvaient encore prétendre se relier aux systèmes tai anciens, auxquels ils s’étaient les plus détachés par rapport aux autres Tai. Le système catùsadom siamois est caractérisé par une très forte hiérarchisation des muang : le plus grand muang domine les plus petits muang et les plus petits muang dominent à leurs tours les autres muang encore plus petits qu’eux, ainsi de suite. Un système d’emboitement comme le note Stuardt Fox. Le système politique est régi par cinq groupes de pouvoir : groupe des agnasid, kana agnasid [7totvkfpklyf], groupe des suppléants des agnasid, pousouay kana agnasid [z6J-;Jp 7totvkfpklyf], groupe des comités politiques spéciales, komkanemuang phiset [dq,dkog,nv’ ryglf], groupe des comités politiques secondaires, komkane muang pounoy [dq,dkog,nv’ z6Jovhp], groupe des fonctionnaires ou des agents administratifs, panak ngane [rtoad’ko].365 Le système agnasid si [vkfpklyf luJ] désigne le système de pouvoir dont l’autorité est fondée sur quatre composants. A première vue on pourrait considérer ce système comme issu du système catùsadom, puisque le agnasid est le premier des cinq groupes de pouvoir qui composent le système catùsadom. Remarquons cependant que catù366 désigne verbalement le chiffre quatre et non le chiffre cinq comme le nombre des groupes de pouvoir qu’il désigne. Il serait probable que les Siamois imbriquaient le système agnasid si du Lane Xang dans le système catùsadon qui ne 361 Cette lignée a été inaugurée par Soysisamouth Phouthralangkhoune, petit fils de Suryavongsa, à la fin du XVIIe siècle. 362 L’époque Rattanakosin commence avec la création de la dynastie Charkrit, inaugurant la fondation de Bangkok dans l’île Rattanakosin (noyeau historique) par Rama I en 1782. La période Rattanokosin est situé entre 1782 et 1932, elle correspond en même temps à un style artistique, dit “art de Bangkok ” ou “art de Rattanakosin”. 363 Catùsadom, catù (sk) désignant quatre et sadom, terme d’origine inconnue, probablement d’origine khmère. 364 Ajna (sk), pouvoir, autorité + siddhi (sk), accomplissement, droit + Si, du lao, quatre. Ajna siddhi si, ou agnasit si, système de pouvoir fondé sur quatre composants. 365 D’après Phaytoun Mikousonh, « Histoire de Oubon Rajathani, première période, 1786-1889 » (article en Thaï). 366 (Pl) Catura, (Sk) Catvara, désignant le chiffre quatre.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 228 - possèderait à l’origine que quatre pouvoirs pour composer cinq pouvoirs sans pour autant changer sa désignation. Ce qui aurait signifié que le système catùsadom siamois est un système mixte. La raison de cette imbrication serait probablement due au fait qu’une grande partie du Siam, qu’est le Laos occidental, était anciennement régie par le système agnasid si lao qu’il aurait été difficile de transformer et gouverner avec le système catùsadom siamois. Le agnasid si, système de pouvoir reposant sur quatre pouvoirs utilisé au Lane Xang, correspond en fait au monopôle absolu du pouvoir par quatre personnes morales ou quatre groupes de personnes : 1- le groupe des pô ban ou kouane ban (chef de village), 2- le groupe des tassèng, 3- le groupe des tiao muang, 4- il s’agit probablement du pouvoir des phraya qui siègent au centre du muang auprès du roi, ou du pouvoir royal lui-même, en tant qu’autorité qui domine les autres pouvoirs en dernier recours.367 Les groupes –un et deux, sont encore redéfinis dans le décret royal de 1966 comme les agnasid thongthinh [vkfpklyfmvh’4uJo], c’est-à-dire, le pouvoir local qui vient du bas (représentant et défendant la population des ban), alors que les groupes –trois et quatre– seraient venus du haut, c’est-à-dire qui représentent et qui font acheminer les directives venant du haut vers le bas, du central vers le local. II. I. a. 3. Les modèles durables, entre la ville siamoise et le muang des Lao Pour évoquer les villes et les occupations siamoises en tant que modèle, à défaut d’une étude plus approfondie qui dépasse le cadre de notre recherche. Nous allons seulement les évoquer à travers quatre points qui nous semblent révélateurs. Le rapport à l’eau des établissements siamois La relation à l’eau des villes siamoises est différente des villes septentrionales qu’incarnent les villes lao, gnouanes et lü. Du fait de leur situation géographique et topographique beaucoup plus basse, les implantations siamoises sont “ baignées ” dans le bassin de la Ménam. Elles se sont appropriées de l’eau non seulement comme moyen de liaison externe entre le site et les établissements mais aussi comme armature interne des cités : liaison interne entre éléments bâtis à l’intérieur des établissements. En fait, les habitats siamois les plus caractéristiques intègrent l’eau dans sa conception et son espace. Cet aspect lacustre de l’habitat semble propre aux implantations des Thaïs méridionaux. Il est vrai pour Bangkok, le petit Bangkok, désigné autrefois comme “ la petite Venise de l’Orient ”, 368 ainsi que pour les autres établissements de la Ménam. Alors que pour les établissements tai du Nord, tout en étant un composant majeur dans la conceptualisation et dans la fabrication spatiale l’eau n’est pas intégrée dans l’habitat et les maisons lao n’ont pas les “ pieds dans l’eau ”. Les villes lao tai du Nord aménagent l’accès facile au fleuve et à l’eau, la retiennent par des nong et des sa [sov’F lt] –sorte de bassins de rétention d’eau, lui donnent une fonction utilitaire et d’agrément, une fonction sacrée parfois, mais cherchent aussi à se protéger contre elle. En d’autre terme, les occupations lao aménagent davantage les digues en terre pour protéger leur ensemble d’habitations et leur espace agricole des actions de l’eau qu’elles intègrent comme une altérité. Dans leur situation topographique générale de villes hautes du Nord, elles donnent à l’eau un autre statut que ne le font les villes siamoises. De ce fait, les implantations lao de la haute vallée et du haut Mékong peuvent être considérées comme un modèle à part dans l’espace tai. Le côté lacustre serait plus spécifique aux villes thaïes de la Ménam, alors que le côté ripuaire serait spécifique aux villes lao. 367 Nous n’avons pas retrouvé de texte, ni des personnes qui pourraient le confirmer concernant le 4e pouvoir. Mais nous pensons qu’il s’agit plutôt des groupes de phraya. Le roi étant une personne sacrée se trouvant à l’extérieur des considérations et du système social, ce terme ne semble pas le désigner. Le 4e pouvoir serait les groupes de phraya, détenant le pouvoir administratif suprême. 368 La “ petite Venise de l’Orient ” désigne Bangkok pour les voyageurs européens au XIXe siècle, en se référant à sa situation historique. La ville est construite dans l’île Rattanakosin, où la Ménam Chao Phraya constitue l’axe de circulation principale et rassemble densément les activités de commerce.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 229 - La ségrégation spatiale Dans l’organisation de la ville siamoise et à travers la constitution des quartiers, il y avait la différenciation spatiale qui permet de distinguer les communautés étrangères des communautés locales. Au XIXe siècle à Thonboury les cartes nous montrent qu’il y avait des quartiers réservés aux étrangers tant à l’intérieur qu’à l’extérieur de la ville. Thonboury (Bangkok) serait donc une ville libre et ouverte pouvant recevoir les étrangers. Dans cette logique une ville méridionale comme Bangkok aurait été un modèle de villes marchandes près des côtes, avec des comptoirs de négoces et d’étrangers qui s’y seraient stationnés nombreux, d’où la nécessité d’avoir des quartiers qui leur auraient été dédiés avec des espaces plus grands pour le stockage de leurs marchandises. Cependant, compte tenu de la taille –petite et moyenne– de ces villes et dans l’idée que l’importation et l’exportation des produits marchandes vers l’Extrême-orient, l’Inde et l’Europe aient été actives et divergentes, induisant une variabilité du nombre d’occupants du territoire urbain selon la dynamique commerciale, les espaces situés à l’extérieur de la cité seraient plus en mesure de répondre à de telles situations pour des raisons pratiques et de disponibilité physique. Bangkok avait des quartiers étrangers autant à l’intérieur qu’à l’extérieur. La ségrégation spatiale dans la ville siamoise existe par le fait que les étrangers habitent dans des quartiers à part et non pas par le fait que c’est à l’intérieur ou à l’extérieur de la ville, comme ce serait le cas des villes lao. Vers la fin du XVIIIe et au début du XIXe siècle lorsque la ville de Vientiane passait sous contrôle de Thonboury, nous nous posons la question si à ce moment-là, la ville tributaire était libre de recevoir les étrangers comme bon lui semble. En d’autre terme si elle était facilement accessible aux étrangers ou s’il existait des règles d’accessibilité ? Toujours est-il, l’existence des visiteurs européens dans la ville de Vientiane semblait être un fait rare à cette époque. En tout état de cause aucune mémoire étrangère ne la mentionne en cette fin XVIIIe -début XIXe siècle. Pourquoi de telle situation ? Est-ce parce que Vientiane était une ville enclavée et difficile d’accès ? Ou bien, est-ce parce que les étrangers devraient recevoir d’abord l’autorisation du pouvoir royal ou l’approbation de Bangkok son suzerain ? En tant que vassal, nous savons que Vientiane devrait avoir un certain nombre d’obligations vis-à-vis de Bangkok, notamment l’approbation de celui-ci pour les grandes constructions monumentales. Notre hypothèse est donc de penser qu’en tant que vassal la capitale du Laos serait également limitée dans ses relations diplomatiques avec l’extérieur. Par exemple, lorsqu’elle recevait les étrangers sans l’aval de Bangkok, elle pourrait être aussitôt soupçonnée d’alliance et éventuellement de comploter contre celui-ci. Crawfort notait dans ses mémoires qu’un prince lao vassal du Siam tentait avec difficulté de rentrer en contact avec lui, car gêné par la suspicion de l’autorité siamoise.369 Le nombre important de procès des princes lao à Bangkok pour conspiration et trahison suggère cette hypothèse. Donc pour Vientiane, outre sa situation géographique de territoires difficiles d’accès pour les Européens de cette époque le contrôle de Bangkok aurait également été un facteur qui contribue à son isolement. 369 Le terme utilisé dans le texte de Crawfurd pour désigner le mystérieux visiteur le soir du 19 mai 1822 est “ chef, ou dirigeant lao ”, et le nom de Chao Anouvong n’est pas mentionné. Crawfurd évoque les suspicions de l’autorité siamoise et décrit la rencontre à Bangkok avec l’inconnu de manière respectueuse (traduit de l’Anglais) : « Je n’ai jamais pu recevoir aussi bien un hôte que cette fois-ci, parce que ma résidence est contigue à celle du ministre des Affaires Etrangères du Siam. Pour être à l’abri de toute suspicion des Siamois les gens n’osent venir me rendre visite. La visite du dirigeant lao est digne dans ma mémoire. (…) Avant de s’asseoir ils (le visiteur et sa suite) s’inclinent trois fois la tête en direction du palais royal (de Bangkok) et trois fois en direction de la personne qui se présente devant eux. Sa conversation était pleine de sincérité et d’intelligence. Il connaît parfaitement les données concernant la situation de son pays et la considère avec gravité. Et son pays, il est bien vaste et convoité par le Siam et les Européens qui en ont peu de connaissence. » Cf. Crawfurd, Tome 1, année 1834, cité par M. et P. Ngaosivathana. (Op, cit.) D’après ces deux auteurs le roi Anouvong de Vientiane serait rentré en contact avec les Anglais, afin de tenter d’avoir une ouverture diplomatique avec l’Europe. Cf. Mayouri et Pheuiphanh Ngaosrivathana, Chao Anou (1767-1829) The Lao People, and Southeast Asia, Vientiane, 2010. Contrairement à la description élogieuse de son hôte lao, Crawfurd décrit les dignitaires royaux siamois comme des gens « désagréables, grossiers, intéressés, peu intelligents et imbus d’eux-même ». Notons que les points de vue de l’Ambassadeur anglais sur les Siamois ne semblent pas très objectifs, mais liés aux échecs diplomatiques et commerciaux que les Siamois avaient fait subir aux Anglais. Finlayson G., Mission au Siam et en Cochinchine. L’ambassade de John Crawfurd en 1821-1822, Ed. Olizane, Genève, 2006. Fig. 36. Schéma hypothétique de l’accès de Vientiane au XVIIe siècle montrant l’existence probable des règles d’intériorité de la ville.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 230 - L’intériorité spatiale Mise à part cette situation particulière du contrôle de Bangkok, la ségrégation spatiale proprement dite des villes lao serait absente. Effectivement, nous n’avons pas de trace de quartiers étrangers dans les villes lao du Nord, ni à Vientiane. Les plus vieilles cartes par exemple de Luang Prabang ne mentionnaient pas ce fait. Cependant, nous pensons qu’il y avait des règles d’extériorité et d’intériorité des citadelles par rapport aux visiteurs étrangers. Ne pénètre pas dans la ville qui le voudrait. Les notes de voyage de Van Wuystoff évoquent à demi-mot cette intériorialité de la citadelle de Vientiane au XVIIe siècle, lorsqu’il note que les marchands doivent stationner à l’extérieur de la ville en attendant de nouvel ordre royal pour se rapprocher et pour pénétrer dans son enceinte. Nous suggérons cette hypothèse tout en admettant en réserve l’autre hypothèse qui explique que la situation décrite par Van Wuystoff serait exceptionnelle, car c’était le moment de fête du grand that et qu’il serait probable que des restrictions spécifiques de circulation aient pu être instaurées spontanément. La première hypothèse nous semble cependant remporter sur la deuxième, dans la mesure où l’existence du port intérieur au niveau du kilomètre quatre (second port après celui de Vieng Kuk) semblait bloquer tous accès à la ville par voie fluviale. Que ce blocage soit lié ou pas au régime du fleuve : ensablement d’une partie du fleuve (au niveau de Done Chanh et de Khone Kyo) le rendant impraticable à la saison sèche. Sur les cartes de la fin du XIXe siècle nous pouvons remarquer qu’à Chiangmai il y a cette distinction de quartier étranger situé à l’extérieur de l’enceinte de la citadelle (les nouveaux quartiers commerciaux liés au commerce du tek). Nous nous posons la question si ce fait correspond aux règles d’intériorité et d’extériorité obligeant les étrangers à rester à l’extérieur de la citadelle, comme notre hypothèse sur les villes lao du Nord. Ou au contraire s’il s’agit des règles de ségrégation. En d’autre terme, que ce soit à l’intérieur ou à l’extérieur, les étrangers doivent rester dans un quartier à part non mélangés avec les indigènes, comme généralement dans les villes siamoises. S’il s’agit de ce cas, il y aurait deux scénarios possibles : premièrement, il serait probable que Chiangmai ait pu observer les mêmes règles que les villes siamoises. Elle serait effectivement ouverte mais à l’intérieur de laquelle on établit une ségrégation spatiale pour les étrangers, que cette règle soit endogène à ses propres traditions, ou qu’elle provienne de l’influence siamoise après son intégration dans le Siam. Deuxièmement, il serait également probable que la cité ait pu être simplement saturée, obligeant les visiteurs et les ambassades à constituer leurs quartiers à l’extérieur sans qu’il puisse s’agir du respect des règles d’intériorité. Pour d’autre réponse éventuelle, le cas de Chiangmai doit être rapproché des cités Birmanes par le fait que ce royaume était influencé et dominé de manière cyclique par les Birmans. Quant aux villes lao, elles se seraient relevées quasiment toutes du modèle septentrional. Ces dernières y auraient accueilli des caravanes marchandes qui y seraient stationnées proches de la ville, comme ce fut le cas de Muang Sing, voire, de Luang Prabang. Si nous nous fions à la morphologie de la petite péninsule nous pouvons constater que les caravanes (si celles-ci avaient été nombreuses) ne pouvaient entrer dans la ville pour des raisons de manque d’espace pour le stockage de marchandises, le « stationnement » et le logement des caravaniers. Les bateliers avec des marchandises plus importantes auraient été obligés d’amarrer également à l’extérieur. A Luang Pragbang, l’ancien marché à bétails avec son petit port est par ailleurs à l’extérieur de la péninsule. Outre que par le Mékong rappelons que toute la région nord et nord-est, très montagneuse, pouvait avoir une liaison avec Luang Prabang par la Nam Ôu et ses affluents, notamment la Nam Noua qui relie Muang Khoua à Dien Bien Phu et Laï chau (respectivement Muang Son La et Muang Lay.) A propos des règles d’intériorité, si nous nous fions aux notes de Van Wustoff sur Vientiane, nous devons constater que les raisons qui empêcheraient les marchands étrangers d’entrer dans la ville avec leurs marchandises relèveraient aussi des règles d’intériorité. En d’autre terme, ils ne pourraient venir en ville pour traiter les affaires qu’après autorisation. Dans le cas contraire, nous pouvons nous étonner que le marchand hollandais n’ait pas pu décrit l’ambiance de la ville, s’il avait pu s’y balader librement. Il n’est pas imaginable de penser qu’un Européen en Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 231 - mission exploratoire commerciale ait pu avoir si peu de curiosités. Cela laisse à croire qu’il ne pouvait pas se balader à sa guise, bien qu’il n’était pas spécifié que l’accès à la ville lui était interdit. Mais nous devons comprendre que cet accès avait des règles à respecter : pour les étrangers, ne rentre pas en ville intra-muros qui le veut, une autorisation était certainement en vigueur ; la taille modeste de la ville facilitait certainement l’application de cette règle. Le contrôle de Bangkok et son rayonnement éventuel en tant que modèle Toute construction ou modification dans les muang padesaraj au Laos Oriental doit avoir l’aval du roi de Bangkok, d’après Aymonier. Mais nous ne trouvons aucun document qui aurait indiqué que le roi Anouvong ait suivi exactement ces restrictions et ait attendu chaque fois l’aval de son suzerain pour entreprendre la réalisation des projets royaux qui sont alors nombreux dans le Laos Occidental. Mais il est très probable qu’il en était ainsi. Par exemple, nous pouvons penser que Vat Sissakhet construit par Chao Anouvong a été épargné par les Siamois lorsque ces derniers mirent à sac toute la ville, parce que sa construction aurait reçu l’approbation spécifique de Rama II.370 Si non, étant le lieu où l’autorité royale siamoise venait recueillir les actes d’allégeance des princes lao, le monastère n’aurait pas été détruit aussi pour cette raison. A ce sujet les documents thaïs disent que les tributs devraient être acheminés par les Lao eux même jusqu’à Bangkok.371 Vat Sissakhet aurait donc été seulement réservé aux cérémonies d’allégeance symboliques et non à la remise des tributs. Puis, il y a un autre fait qui pourrait avoir un lien avec la survie de Vat Sissakhet : Crawfurd notait dans ses mémoires que lorsqu’un haut dignitaire lao à Bangkok allait prendre la parole ou décider d’un acte, il s’inclinait la tête trois fois en signe de respect et de soumission en direction du palais royal du roi de Bangkok (réf., note 369). Le sanctuaire de Vat Sissakhet construit par Chao Anouvong étant orienté en direction de Bangkok sous le règne de Ramma II, peut-être son orientation obéissait à cette règle, et aurait été épargné pour cette raison aussi. Si tous les projets étaient soumis à Bangkok comme l’auraient suggéré les témoignages de Aymonier ainsi que les nombreuses allusions à desquelles les procès se rapportaient, le modèle siamois dans la fabrication du bâti ne serait pas complètement étranger dans l’immédiateté historique d’un XIXe siècle siamois, bien que nous ne trouvions pas aujourd’hui d’exemple. Mais il est difficile de mesurer la durabilité de l’influence du modèle siamois dans la constitution des établissements lao en général. A Oubon Rajathani, la construction du bâti, permise par la fondation volontaire de la ville par les princes lao sous l’autorité de Rama I, ne reprend pourtant pas le modèle flamboyant de l’architecture de Bangkok. Le département des Beaux-arts thaïlandais372 mentionne aujourd’hui l’influence de l’art de Vientiane et de Luang Prabang sur la majorité des constructions anciennes de Muang Oubon, en particulier concernant la bibliothèque du monastère principal, Vat Sèngket. Nous pouvons donc dire que malgré une pression politique forte et malgré le véto de Bangkok vers la fin du XVIIIe et durant le XIXe siècle pour les grandes constructions dans le territoire oriental et occidental du Laos, l’emprise artistique, culturelle et spatiale de Bangkok sur ses muang padhesaraj était faible par rapport à son contrôle politique. Plusieurs raisons peuvent l’expliquer. Le Siam connait à ce moment-là le début de l’influence de l’Occident et préparait sa modernisation quelques décennies après, sous le règne de Chulalongkorn ; il est peu concevable d’imaginer l’influence de l’art de Bangkok sur ses muang padhesaraj au moment où il est en train de se former lui-même. On peut justifier la faiblesse de cette emprise également par les conditions géographiques et topographiques qui conditionnent les établissements siamois méridionaux 370 L’intervention de Chao Anouvong en 1815 sur Vat Sissaket a été l’ajout de nouveaux bâtiments, probablement le sanctuaire central et la bibliothèque, dans une enceinte monastique existant, bâtie au XVIe siècle et appelé Vat Saèn. 371 Les transporteurs étaient eux-mêmes responsables des pertes et des vols, car sur le plateau de Khorat le brigandage pulullait et le détournement des fonds était fort courant. 372 Plaquette de présentation muséographique du hô taï de muang Oubon, Département des Beaux-arts. Fig. 37. Deux constructions de la même époque : bibliothèque de Vat Sissaket de Vientiane construit en 1815 ; bibliothèque de Vat Sèngket de muang Ubon RajathaniDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 232 - différemment des établissements lao septentrionaux ; les conditions culturelles d’origine, partagées par les deux mondes tai, seraient même peu à peu estompées. Le contexte de la domination et de l’oppression siamoise fait que le Siam ne peut être considérée comme un modèle, à partir du moment où, à plusieurs reprises et à différents lieux, des tentatives de révolte et d’émancipation ont eu lieu. Par ailleurs, le territoire lao sous l’administration siamoise était difficile à gérer avec le système siamois, qu’il a fallu utiliser le système agnasid si [vkfpklyf luJ], modèle traditionnel du Lane Xang, afin de mieux maîtriser sa gestion. La domination siamoise finit par disparaître du Laos oriental, à partir du moment où l’Indochine est constituée. Par contre, le reste du territoire lao occidental a continué, par la suite, à recevoir son influence de manière progressive. Par exemple, les quatre anciennes fonctions utilisées au Lane Xang –Tiao muang, Ouparaj, Rajvong, Rajboud– ont disparu du Laos occidental et ont été remplacées, vers 1899, par Phuva rajakharn muang [z6j;k ikdkog,nv’] Palat muang [xtiafg,nv’], Phusouay rajakharn muang [z6j-;jp ik-dkog,nv’]. II. I. b. Les villes coloniales Si la ville coloniale –vue à travers les typologies architecturales et à travers la structure viaire– est devenue aujourd’hui un des tissus urbains caractéristiques des villes du Laos, elle possédait à l’origine et au début de son établissement une particularité exogène. Et il a fallu une période d’adaptation pour que ces particularités (forme politique et administrative, tissus urbains, trames viaires, programme d’équipements publics, etc.), qui se superposent sur les structures existantes, puissent connaître une acculturation. En d’autre terme, afin que les structures locales puissent s’approprier des formes et du mode de fonctionnement venus de l’extérieur pour former une identité urbaine propre. Par la nature même de la colonisation investissant un territoire pourvu de populations et d’organisation existante, et par le contexte politique et économique local de l’époque, l’établissement de la ville coloniale au Laos semblait commencer avec les territoires militaires. Ceci, avec l’installation des forts et des postes de commissariat dont nous allons comprendre l’importance avec quelques exemples. Après les forts, les villes coloniales étaient visibles principalement à travers les trames et des armatures urbaines et territoriales, desquelles émergeaient les nouveaux quartiers : des “ villes nouvelles ”, des plans d’extension et des travaux de voirie. La compréhension de l’espace colonial est due aussi à l’analyse de la gestion des sols, du programme des équipements publics et de l’organisation politique et administrative. Ces éléments deviennent l’un des aspects de la ville laotienne d’aujourd’hui. II. I. b. 1. Les organisations politiques et administratives coloniales et l’intégration du monde indigène L’espace colonial renfermait deux contradictions au moment de son installation : il y avait à la fois une méconnaissance du fonctionnement de la ville lao et une volonté de marquer une continuité dans de l’existant. Lors de la convention du 3 octobre 1893, la France a installé à Luang Prabang le premier Commissaire principal du Gouvernement.373 En 1895, les Autorités coloniales ont partagé l’administration du territoire lao en deux zones : le Haut Laos ayant son siège à Luang Prabang et le Bas Laos ayant son siège à Khong. Ces unités administratives exerçaient une fonction de contrôle territorial plus qu’une gestion, car les postes étaient avant tout militaires. Ils étaient en charge des affaires administratives et civiles374 avec deux postes de Commandement Supérieur créés. A Luang Prabang dans le cadre d’un protectorat, le premier Commandant Supérieur exerçait un contrôle administratif de manière indirecte, le roi possédait une certaine autonomie en animant le Sanam Luang où siégeaient les phrya, sortes de ministres royaux, structure survivant de la cour 373 Le 1e Commissaire principal du gouvernement fut Joseph Vacle, le 2e est Garanger, membres de la mission Pavie. 374 CAOM. Rapports annuels sur la situation administrative et économique du Laos ; De Reinach, Le Laos, Paris 1911. CAOM / GGI / Publication / V8. 17805. Tab. 12. L’organigramme de l’administration locale pour le statut de colonieDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 233 - Tab. 14. Classement des fonctions administratives et du personnel administratif indigène, d’après le décret du Résident Supérieur du 5 juillet 1935 ancienne. Tandis qu’à Muang Khong un système administratif direct, et donc de colonie, était appliqué et placé sous la direction du deuxième Commandant Supérieur. Puis, les petits postes militaires chargés des affaires administratives et civiles ont été installés un peu partout dans ces deux grandes zones. Ils étaient instables dans leur ensemble, du fait qu’ils ont dû être souvent déplacés, toujours par stratégie et par commodité, au fur à mesure que la connaissance du pays s’améliorait ou que les problèmes émergeaient. Par exemple, dans le Bas Laos, en 1895 Song Khone a été déplacé au bord du Mékong pour devenir Savannakhet, et en 1914 Pak Hin Boun a été déplacé pour devenir Thakhek en s’installant sur leur site respectif actuel. Lorsque les deux postes de Commandant seront supprimées pour être remplacées par le seul poste de Résident Supérieur qui siégeait à Vientiane en 1900375 et le Haut Laos et le Bas Laos supprimés pour être reformés en 11 provinces avec des postes de Commissaires (commissaire du gouvernement) dans les provinces, la gestion de l’ensemble du Laos indochinois commençait à mieux se structurer sans pour autant se stabiliser complètement. Dans les premières années, certains postes étant peu importants ne bénéficiaient que d’un minimum de personnel administratif. On installait alors, en ce cas, des postes administratifs placés sous la responsabilité des Gardes indigènes avec un administrateur dans chaque poste et son Commis.376 Parfois, c’est le poste de Commissaire du gouvernement, de Commis des services civils, de Délégué ou d’Inspecteur de la garde civile. Par exemple en 1902, à Muang Khroua, le poste de Commissaire du gouvernement a été annulé pour être remplacé par un poste administratif placé sous la responsabilité d’un Commis des Services civils. Ce dernier sera à son tour responsable devant le Commissaire du gouvernement de Luang Prabang. En 1910, le poste administratif de Commis des Services civils sera aussi annulé et remplacé par un poste de Délégué inspecteur de la garde civile. Plus tard autour des années 1910 et 1920, lorsqu’un certain nombre d’administrateurs indigènes coloniaux auraient été formés à l’école coloniale en France ou à Saïgon, la structure administrative du Laos français allait connaître peu à peu une plus grande stabilité. Comment l’armature du pouvoir indigène et traditionnel a-t-elle été réutilisée dans l’armature administrative coloniale Dans les premières années, le Laos a été organisé en dix provinces, la onzième province était le Ve Territoire militaire avec un système de contrôle et de gestion différente.377 Elle a été considérée comme insécuritaire à cause des incursions des Hô et des révoltes des Tai de Muang Lay quelques années plus tôt, et probablement aussi parce que la province partageait ses frontières avec la Chine et la Birmanie sous le contrôle des Britanniques. Au total cinq territoires militaires ont été créés dans l’Indochine par décret du Gouverneur Général de l’Indochine le 21 mars 1916 : le Ie Territoire avait son siège à Mong Cay, le IIe à Cao Bang, le IIIe à Ha-Giang, le IVe à Lai Chau, et le Ve à Muang Khoua. Ce dernier était dans la province de Muang Houn-Xieng Hung, avant que le siège de la province ainsi que le chef-lieu du Ve Territoire ne soient transférés à Phongsaly. Dans son ensemble, la création des 11 provinces induit la création d’une armature administrative couvrant tout le pays. Bien que l’organisation administrative coloniale fût une nouveauté qui avait apporté une modernité à la gestion territoriale du Laos, et une meilleure consolidation des agglomérations anciennes, cette organisation était plus ou moins calée sur une armature physique des anciens muang traditionnels, qui partaient en lambeau depuis près d’un siècle, que le roi de Luang Prabang –dans le Nord, et le roi de Champassak –dans le Sud, tentaient d’y veiller malgré tout.378 375 Le siège de la Résidence Supérieure était d’abord à Savannakhet en 1899, puis transféré à Vientiane l’année suivant. 376 Vongkotrattana, Histoire de la province de Phongsaly, op, cit. 377 Le Ve Territoire militaire sera supprimé en 1949 lors du traité de l’indépendance du Laos. Cf. Vongkotrattana, ibid. 378 Dans le Nord du Laos, le roi Sakkarinh tentait avant le protectorat en 1893, de veiller sur la région du Nord, notamment celle qui deviendra Phongsaly et le Haut Mékong, durant les révoltes des Hô et des Tai de Muang Lay, en envoyant les membres de son administration et les troupes royales (thahan luang, mtskos];’) secourrir les tiao muang locaux pour lesquels il a encore de l’autorité : il les nommait et pouvait leur ordonner d’organiser des levées d’arme locales (thahan lat, mtsko]kf). « […] Tiao Rajphakhinaï, Tiao Sang, Tiao Charkavat, Tiao Vongkot, Phraya Muang Phaèn et Phra Si Tab. 13. L’organigramme de l’administration locale pour le statut du protectoratDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 234 - En réorganisant l’administration du pays, l’élite locale a été intégrée dans l’administration coloniale de deux manières. D’abord en tant que traducteur dans l’administration, soit au siège de la Résidence Supérieure, soit dans les sièges des postes administratifs de Commissaire du gouvernement, soit auprès des Commis des services civils, soit auprès des Délégués et Inspecteurs de la garde civile, etc. Ensuite, l’élite locale pouvait aussi occuper des postes importants de chef de province, de chef de district et de canton poursuivant leur prérogative ancienne et traditionnelle qui perdurait sous une autre forme, permise, acceptée et intégrée dans son administration par le pouvoir colonial. Car ils ont été nommés, si non confirmés dans leur position par le Résident Supérieur. Mais les chefs traditionnels étaient, dans tous les cas, responsables devant le Commissaire du gouvernement ou devant le Délégué dans l’exercice de leur fonction, desquels ils dépendaient. L’autonomie des élites traditionnelles a été plus visible dans le Nord que dans le Sud. Dans le Sud s’ils continuaient à conserver leur titre traditionnel et même à en recevoir de l’autorité royale locale, leur service au sein de l’administration coloniale était apparemment celui de simples fonctionnaires coloniaux, même s’ils usaient de leur autorité traditionnelle dans l’exercice de leur fonction. La différence entre le Nord et le Sud était leur régime respectif de protectorat et de colonie. Pour mieux drainer les rares ressources humaines locales (initiative tardive) et pour mieux harmoniser l’autorité indigène et l’autorité coloniale, le Gouverneur Général de l’Indochine a ordonné la création du Conseil administratif dans toutes les provinces. A Vientiane il était question d’un Assemblée du conseil, tenue sous l’égide du Résident Supérieur, ceci, par les circulaires administratives du Gouverneur Général de l’Indochine de 1920 et de 1923. Les membres du Conseil administratif provincial étaient composés des Chao muang (chef du district) et des Vice-Chao muang. Le Conseil était présidé par le Résident Supérieur lui-même. Il avait pour mission première de discuter et de fixer des budgets internes, du fonctionnement administratif divers, des taxes et des impôts, des problèmes économiques et sociaux de la province. Quant à l’Assemblée du conseil de Vientiane, elle était constituée de trois groupes de personnes : 1- les représentants du Conseil administratif provincial ; 2- les personnes nommés par le Résident Supérieur ; 3- les personnes choisies parmi les personnalités importantes lao, par exemple les membres de l’administration royale. Cette Assemblée était tenue une fois par an par le Résident Supérieur qui la dirigeait et qui avait aussi le droit de la dissoudre. Les deux assemblées étaient les seules interfaces de niveau supérieur où l’élite lao participait formellement. L’Assemblée de Vientiane discutait surtout des budgets, des dépenses et des perceptions, des plans et des projets de développement économique et social du Laos, des améliorations et des réformes administratives diverses et variées. Les membres y écoutaient probablement plus les rapports qu’ils ne donnaient des avis. Ils ne votaient apparemment pas, mais leurs avis pouvaient probablement compter pour améliorer certaines situations. En d’autres termes, leurs avis n’étaient pas des avis conformes qui pouvaient empêcher ou approuver la mise en application des décisions ou des affectations des budgets. Mais ils pouvaient avoir des influences sur les décisions à prendre ou sur les budgets à approuver pour les années ultérieures. Akhrarat avec 200 soldats lao quittent Luang Prabang, arrivent à Muang Ngoy […] et s’y implantent un temps. Ils ont fait des achats pour constituer le ravitaillement pour les troupes. Tiao Rajphakhinaï a inspecté et relevé de nombreux dégâts entre Pak-Ou et Muang Ngoy […]. Tiao Rajphakhinaï a reçu le message de Phraya Muang Khroua, le gouverneur de Muang Khoua-Xieng Houn qui était déjà sur le front […] Phraya Muang Khroua a demandé à Phraya Surivongsa chef du district de Phou Noy de rassembler 300 hommes […] ». Cet événement se produit vers 1887 et 1888. In. Vongkotrattana, Histoire de la province de Phongsaly, pp 1-3. (Op, cit). Dans le Sud du Laos, les remarques de Aymonier sur la société locale de Champassak montrent l’attention et l’autorité (bien que limitée) de son roi à maintenir la paix et la justice. N’étant pas autorisé par les Siamois à rassembler les troupes, celui-ci concentrait ses efforts pour mener l’ordre social avec les qualités que pouvaient lui conférer ses prérogatives et ses devoirs dynastiques. « […] Ce Laotien, certainement le plus remarquable de sa race depuis Sieng Khan jusqu’à Sting Trên, jouit d’une grande influence morale dans toute la région du sud-est. Il passe pour bon justicier, dédaignant les cadeaux de corruption. Il parvient à réprimer dans ses États le vol, le brigandage, et certes, à ce point de vue, le contraste est grand avec la généralité des pays que j’ai parcourus […] ». Son nom : Tiao Gnouthi Thamma Thone [Yutti (Pl), yukti (Sk), juste ; dhara (Sk), celui qui soutient] “ le tiao qui fait règner la justice ”. Cf. Aymonier, La société du Laos siamois au XIXe siècle, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 235 - La société lao dans le monde colonial De manière générale, la société coloniale et la société locale demeuraient deux mondes éloignés et parallèles. Ceci, malgré le rapprochement entre l’autorité coloniale et l’élite locale à travers l’organisation administrative où, à certains degrés, l’élite locale a été associée. Les deux communautés s’étaient en effet rapprochées autour de quelques questions cruciales telles que la survie du Laos vis-à-vis du Siam, la pacification du Nord en proie aux incursions hô et aux révoltes des Tai de Muang Lay, la reconstruction du pays en ruine et sa reconsolidation. Mais les raisons de leur éloignement étaient également grandes, mise à part la question de la colonisation elle-même. L’association circonstancielle entre l’élite aristocratique locale et l’autorité coloniale n’a été que superficielle. Car malgré les prérogatives qui ont été accordées aux élites, les contraintes et les obligations existaient autant,379 les obligeant à accepter parfois les humiliations et “ la perte de la face ” que tout peuple colonisé doit subir, quels que soient leur rang et la noblesse de leur morale. Cela faisait naître des sentiments de résignation, freinant les relations, qui ne dépassaient que rarement le convenable et la politesse. Ceux qui travaillaient pour, avec ou sous les ordres des administrateurs coloniaux étaient souvent issus de l’élite aristocratique locale, dont les principes moraux et de vie ont été quasiment ignorés. Le décalage culturel et social entre cette élite (quelle que soit la modestie du niveau de vie et économique de cette dernière) et certains administrateurs colons était tel que le sentiment d’humiliation ne pouvait être que manifeste. Alors que l’élite traditionnelle observait généralement le minimum vital de relation avec la communauté française (exprimé par sa politesse et le minimum de ses gestes), le simple peuple, quant à lui, craint le Naï falang ou le “ maître français ”. Cette crainte s’exprimait par sa docilité vis-à-vis de l’autorité et par la distance qu’il créait entre lui et l’étranger. Ce qui fait dire aux colons que « le Laotien est docile et manque d’arrogance ». Il y a aussi d’autres questions qui tenaient éloignés les deux mondes, celles de la réalité anthropologique de chacun et les impératifs qui s’imposaient respectivement à chacun : les questions de travail pour reconstruire le pays et de participation à l’espace colonial qui s’impose à tous, dès lors que l’on accepte le principe d’appartenir au pays lao. Plusieurs faits illustrent ces questions : 1- la population lao s’éloignait de la ville. 2- la main d’œuvre lao n’était pas utilisable par l’organisation coloniale, 3- la population lao était docile mais ignorait les contraintes. 4- les impératifs liés à la reconstruction du pays, étaient des justificatifs suffisants pour imposer à la population locale des responsabilités, et en conséquence des obligations de participer au travail de la reconstruction. Tentons d’éclaircir les questions : 1- A la question pourquoi la population lao s’éloignait de la ville, nous avons déjà exposé quelques faits dans les points précédents. Mais rappelons qu’il pourrait exister trois principales raisons : - Le souvenir des razzias siamoises a laissé chez les habitants de la ville des marques indélébiles, qu’ils transmettaient à leurs descendants : c’est en ville que les raffles se faisaient le plus facilement. La population préférait la campagne, proche de la forêt où ils pouvaient se cacher. - En fuyant la ville, les Lao ont tenté de fuir les impôts, les taxes et les corvées imposées par l’administration coloniale à toute population locale, sauf aux chefs traditionnels qui possédaient des prérogatives. Ces derniers, non seulement pouvaient être exemptés de corvées, mais pouvaient aussi avoir quelques personnes interdites (khonh ham), c’est-à-dire des personnes exemptées de corvées vis-à-vis de l’administration coloniale. Elles étaient protégées par les chefs traditionnels auprès desquels elles se mettaient très souvent au service. Pour les Lao, les taxes étaient les taxes, les 379 Les prérogatives accordées à la famille royale de Luang Prabang étaient parmi les plus rares dans les colonies françaises. Celle de la famille de Champassak était moindre. Le traité du 24 avril 1917 fixe des règles sur le statut de Luang Prabang : le roi a le droit et l’autorité sur ses sujets et dans la limite de son territoire. Quasiment toutes les traditions et obligations liées à son statut passé sont préservées ainsi que celles des nobles. Il peut continuer à nommer et à donner des titres de noblesse, à tenir sa cour et ses rituels. Son administration peut gérer comme autrefois le pays (les 4 provinces). Cependant les titres donnés en rapport avec les fonctions administratives, ainsi que les décrets et les ordonnances royales doivent recevoir l’approbation formelle du Résident Supérieur.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 236 - corvées étaient les corvées, c’étaient des contraintes même si certains détails leur échappaient. A la différence des corvées effectuées à Bangkok et des impôts fixés par l’autorité siamoise –ou aucune part de ces tributs ne participent d’une manière ou d’une autre au développement du pays, les taxes et les corvées coloniales effectuées dans le pays servaient surtout à la reconstruction du pays. Nous verrons dans un point suivant quelles étaient les différentes taxes et corvées imposées. - La ville était un fait colonial pour les Lao de souche. Les administrateurs français et leurs commis annamites, les commerçants chinois et sino vietnamiens semblaient constituer un monde à eux et ce monde est représenté par la ville et dans la ville qu’ils édifiaient. Les Lao quant à eux, en se fixant en dehors de la ville depuis près d’un siècle s’étaient consolidés et conformés dans leur situation. La ville reconstruite ne les attirait pas. C’était un espace qui convenait moins à leur mode de vie, même si certains équipements les attiraient, notamment le marché, l’école et l’hôpital. 2- A la question de main d’œuvre lao difficilement exploitable par l’organisation coloniale, nous identifions des hypothèses qui pourraient l’expliquer : - La société lao était et reste une société agricole. La gestion du temps était conditionnée par les travaux agricoles : après les travaux de rizière c’est le jardinage et le haï, et après le haï c’est de nouveau les travaux de rizière. Entre les saisons la vie était rythmée par la pêche, la chasse, la cueillette, les rituels et les fêtes étaient les moments où ils se mettaient en repos. Le travail quotidien et saisonnier étaient voués à la production de l’auto consommation, le surplus constituait la richesse. La société lao traditionnelle ignorait les contraintes publiques et collectives du travail, mais prônait les travaux communautaires comme une valeur sociale. Les 20 jours de corvées annuelles imposées par l’administration380 auraient été un temps arraché à leur cycle de vie. - Il était de même pour le travail salarial dans le secteur privé, car ce domaine manquait également de bras. Dans les chantiers de construction où les ouvriers et artisans étaient payés, il était difficile de trouver des Lao. Alors que dans les villages, la maison se construisait en quelques jours avec l’aide de toute la communauté villageoise. - Les terres cultivables étaient vastes et sous exploitées. Il y avait de la place pour tous. Les Lao avaient le droit d’usage sur les sols qu’ils défrichaient. Dans la pratique, ils étaient propriétaires de ce qu’ils exploitaient. Donc par la force de leur travail, ils pouvaient être propriétaires des terres aussi vastes que la force de leurs bras pouvait porter. Il était alors aussi difficile de trouver des ouvriers agricoles qui ne travailleraient pas sur leur propre terre. Une forme de location des terres agricoles existait pourtant, mais on payait en nature : 2/3 revient à l’exploitant et 1/3 au propriétaire. - Les Lao étaient des indépendants dans le domaine du travail. Ils n’aimaient pas travailler sous les ordres de quelqu’un et avaient horreur de l’inconnu et des choses qu’ils n’avaient jamais fait. Parce qu’ils ont peur des erreurs et donc de perdre la face. Le Lao ne recherchait pas la performance, mais cherchait à être bien avec ce qu’il fait, sans pourtant un sentiment de suffisance, ni de fierté particulière. Les extraire de leur milieu, de leur habitude et de ce qu’ils savaient faire le plus, c’était pour eux ce qu’avait tenté de faire le monde colonial avec des contraintes. Cela ne les intéressait pas. - La main d’œuvre était dans son ensemble, drainée par les activités rurales. Elle était difficilement constituante en dehors de ces activités. La démographie elle-même était faible et le nombre des actifs en dehors des activités agricoles était, en conséquence, également faible. 3- A la question : les Laotiens étaient dociles mais ignorants les contraintes, il faut comprendre la question dans le sens où les Laotiens de base étaient faciles à gouverner, parce qu’ils n’aimaient 380 Le chiffre concernant les jours de corvée avancé par différents auteurs est variable, probablement cela dépendait des périodes considérées. In : Lao Lane Xang avant l’administration française, Thongsavat Praseuth, Imprimerie Nationale, Vientiane, 2009 (en lao). D’après Phongsavath Boupha, la corvée serait de 60 jours par an. In : Phongsavath Boupha, Le développement de l’Etat lao, Hong phim Nakhonne Luang, Vientiane, 2005 (en lao).Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 237 - pas les conflits. La colonisation a été acceptée de fait par ces derniers, mais elle ne signifiait pas leur adhésion. Le fait de ne pas participer à la démarche coloniale de la population laotienne (sauf sous contraintes) mettait plus en évidence son indifférence que la haine vis-à-vis du colonisateur : la domination coloniale n’avait pas connu au Laos des oppositions dures et violentes. Sauf quelques exceptions, et encore, les facteurs de révoltes étaient divers et circonstanciels et ne visaient pas particulièrement le système colonial, mais la manière et les personnes qui le géraient. - Il semble que la colonisation au Laos avait renoncé à sa “ mission civilisatrice ” : la politique coloniale mettait des efforts plus pour rechercher la performance, exploiter, produire et créer des richesses de ses colonies pour rentabiliser des années d’effort et d’investissement. Le Laos offrait des terres et des richesses (minerais, sols riches) mais les données quantitatives de l’humain décevantes. La politique coloniale avait compris assez tôt qu’il fallait exploiter le pays et le construire sans les Laotiens. On constatait donc le peu de rôles que jouaient les Lao dans le Laos colonial : ils étaient minoritaires dans la vie urbaine, l’administration coloniale était secondée par les Annamites quasiment en leur absence, la production avec une main d’œuvre annamite, le commerce avec des Chinois et des sino vietnamiens, etc. Les Laotiens jouaient alors un rôle à part : entre le client et le spectateur. Ils ignoraient donc la ville et ne participaient pas à sa construction, et considéraient que le Laos colonial n’était pas le leur. Ils allaient se l’approprier tardivement avec l’indépendance. Les taxes et les corvées En 1907 l’administration coloniale a fixé pour les populations tai, les impôts de capitations annuels de 5 francs par personne et les corvées de 20 jours. Les autres ethnies devaient payer annuellement 2,5 francs et 10 jours de corvée. Les autres immigrés asiatiques vivant au Laos devaient 12,5 francs et étaient exemptées de corvée.381 Les levées de corvées ont été appliquées à toutes les populations du Laos, sauf pour quelques groupes de personnes possédants des prérogatives, tels les proches membres de l’aristocratie locale à Luang Prabang et à Champassack. Le rapport de l’année 1909-1910 au Conseil Supérieur de l’Indochine sur la situation du Laos, montre que le développement du pays “ tourne en rond ”. Le domaine de construction et de développement n’a pas avancé. Les administrateurs ont pensé que c’est le travail des chefs de province d’exiger et d’organiser la levée de corvées à la population indigène pour les travaux divers. Mais les corvées levées n’avaient pas apporté de grands résultats. La population préférait payer. Le rapporteur suggérait en ce cas qu’il fallait mieux instaurer l’achat de corvée. Avec les fonds récoltés, l’administration pourrait ainsi payer de la main d’œuvre plus qualifiée venant de l’Annam et du Tonkin. Le rapporteur notait également que souvent « la réquisition de corvée entraine beaucoup d’abus. » 382 Parlait-il des abus pratiqués par certains tiao muang et tassèng qui utilisaient parfois de la main d’œuvre levée à des fins personnels. Ces abus avaient surement été effectifs, mais restaient probablement des faits rares du moins minoritaires. Nous pensons que certains éléments de compréhension concernant les pratiques coutumières et le rapport social traditionnel entre l’élite locale et la population avaient échappé aux administrateurs français qui faisaient état de ce fait dans leur rapport. Bien que ce soit de bonne foi, lorsqu’un administrateur s’apercevait qu’un villageois allait travailler pour le tassèng ou le tiao muang, ou lorsque celui-ci leur apportait des denrées alimentaires (poisson de la pêche, paddy, saumur de poisson, etc.), pour quelqu’un de l’extérieur il pouvait conclure aussitôt que le tassèng ou le tiao muang abusaient de leur autorité et en détournant ainsi la corvée pour leur propre intérêt, ils empêchaient le bon fonctionnement de la levée de corvées pour l’intérêt public. Cet angle de vue extérieur était tout à fait compréhensible, mais comportait des erreurs de jugement. Car en réalité il arrivait souvent que les villageois demandent au tassèng ou au tiao 381 Thongsavat Praseuth. Ibid. 382 Cf. CAOM / Cote D3 / Rapport au conseil Supérieur de l’Indochine sur le Laos 1909-1910.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 238 - muang de les “ protéger ”, de les aider d’une manière ou d’une autre à ne pas aller aux corvées, en particulier lorsque le tiao muang faisait partie de l’ancienne famille des chefs locaux depuis plusieurs générations. Les raisons étaient souvent l’éloignement du village par rapport au lieu de corvées, la nécessité des travaux agricoles ne permettant pas de s’absenter, etc. Les villageois n’aimaient pas se retrouver loin de chez eux et de la famille. Ils n’aimaient pas par-dessus tout travailler dans la contrainte et sous l’ordre des étrangers. Pourtant les travaux communautaires basés sur la solidarité, le consensus et le volontariat qui constituaient l’une des bases de la société lao traditionnelle existaient et étaient fort efficaces, une sorte de levée de corvée à l’ancienne que les Lao connaissaient bien et en appréciaient l’utilité car cela situait chaque individu dans son espace social. Ils auraient pu devenir un outil pour l’administration coloniale, mais celle-ci ne l’avait pas utilisé. Ce n’était donc pas le travail en lui-même qui effrayait les Lao dans la levée des corvées, mais le contexte, le cadre et la place que ces derniers occupaient dans la société coloniale. Or leur rôle social n’aurait pas existé, ils seraient simplement des bras et des forces de travail. C’était probablement l’image que renvoyaient d’eux les corvées qui les rebutaient tant. Concernant la demande de protection des paysans à l’élite locale, que la demande soit satisfaite ou pas, par reconnaissance le paysan pouvait rendre de multiples services aux tiao muang. Obligés forcément d’accepter d’aider les paysans, le tiao muang tentait de placer les quémandeurs dans le groupe “ des personnes interdites ” ou, en dernier recours, leur demandait d’acheter la corvée. Le tiao muang montrait qu’il avait encore un peu d’autorité et son honneur ainsi que celui de ses ancêtres serait sauvé. Dans le cas contraire en refusant de les aider prétextant qu’il ne pouvait rien faire étant simplement fonctionnaire de l’administration coloniale, c’était se dérober par rapport aux anciennes responsabilités et c’était renoncer à la haute position morale et sociale transmise par ses ancêtres. C’était en fin de compte accepter de perdre la face devant les paysans. A Champassack la mémoire des villages enregistre les “ bons souvenirs ” de tels ou tels tiao muang et de tels ou tels tassèng, qui ont su se ranger parfois du côté de leurs villageois.383 Pour ce genre d’agissement répété de l’autorité locale, en décalage ou à l’insu de l’autorité coloniale, les tiao muang et les tassèng pouvaient être démis de leur poste pour cause d’irresponsabilité et parfois d’abus de pouvoir et de corruption. On a déjà vu des cas semblables durant la période siamoise, mais les sanctions étaient plus lourdes : les princes tiao muang pouvaient être traduits en procès à Bangkok pour refus de satisfaire les tributs fixés par l’administration siamoise. En ce qui concernait les impôts, les animaux d’élevage faisaient l’objet de taxes fixées par tête. Ceci, pour les buffles, les vaches, les éléphants, les charrettes à bœufs notamment. Les taxes sur l’import-export et sur la production de l’opium ont été fixées aussi dans la foulée. En 1895, un premier document administratif préconisait des taxes sur les barques et les transports du Mékong. En 1898 des taxes sur la circulation des Lao dans le bas Laos et vers l’extérieur du pays, ainsi que les impôts fonciers en 1910, faisaient leur apparition.384 Considérant les impôts et les corvées comme une surexploitation pure et simple, la population lao ne voyait pas de grandes différences entre la période siamoise et la période française. Même si les corvées coloniales ont été effectuées sur le territoire lao-même, et souvent affectées à la construction des équipements publics –réfection et construction des routes et des ponts– ce qui signifiait que le pays en bébéficiait grandement. Et en ce qui concernait ces impôts, les rétributions existaient, même si elles étaient faibles et ne pouvaient pas couvrir les dépenses pour la reconstruction du pays. Chaque année, les dépenses étaient déficitaires dans le budget local. Le budget central de l’Indochine avait dû chaque année envoyer des fonds pour renflouer les budgets locaux. C’est pourquoi la population, en prenant de la distance par rapport à la ville et en tentant de fuir les corvées et les taxes, a été considérée comme 383 Cf. Mémoire orale et familiale sur Phraya Muang Pak Souvannaphinith (chargé des affaires de justice dans le petit royaume de Champassack vers la fin du XIXe siècle) ; sur Phrya Luang Soui Souvannaphinith (tiao muang de Champassack dans les années 1930 coloniales ; sur Tassèng Kouthong (tassèng de la période coloniale jusqu’à les années 1960), tous les trois étaient mes arrières grands-parents maternels. 384 Cf. CAOM / Fond GGI / Etat civils / T2. 20944 ; T1. 7204 ; T15. 15946.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 239 - irresponsable par l’autorité coloniale. Elle considérait alors légitime de punir les refus de corvée, par les amendes, l’emprisonnement, voire les châtiments corporels. Un grand détail différenciait pourtant les corvées et les impôts siamois de ceux des Français : les corvées coloniales étaient effectuées dans le pays et les impôts rétribués aux dépenses locales comme nous l’avons déjà souligné. La méthode siamoise déplaçait les Lao de la rive gauche vers la rive droite et vers Bangkok pour des travaux forcés. Ils ont été affectés aux grandes exploitations agricoles, aux grands travaux urbains des canaux de Bangkok, etc. Quant aux fonds exigés du territoire padhesaraj en guise de tribut, ils devaient s’acheminer vers la trésorerie royale de Bangkok. Il n’y a jamais eu de rétribution sur le territoire padhesaraj lao, en d’autres termes rien n’avait été construit par l’autorité siamoise au Laos. La justice coloniale et les indigènes Nous avons vu que la population lao participait peu aux activités économiques et urbaines. Dans beaucoup de cas, ils cherchaient toujours lorsqu’ils le pouvaient à échapper aux taxes fixées par l’administration coloniale, comme ils avaient toujours tenté de le faire durant la période siamoise. Il était de même dans le domaine de la justice. Par exemple, avec la complicité de leur seigneur (le terme est ici approprié dans la mesure où c’était bien ce rapport qui avait été mis en évidence lorsque le paysan venait réclamer de l’aide à l’élite locale) ils faisaient tout pour que les affaires ne remontent pas à la justice coloniale. L’organisation sociale ainsi que la structure de leur droit coutumier le permettaient alors. Ils tentaient de régler tous les conflits entre eux. La justice et le sens de la justice coloniale ne leur semblaient pas adéquats. Par bien des aspects, l’autorité coloniale s’en accommodait bien. Le fait d’attribuer au tiao khrouèng et au tiao muang les charges de la présidence du tribunal indigène, cela montrait qu’il y avait une certaine volonté de mettre à profit la tradition juridique et le droit coutumier, même si le droit français et colonial y a été légalement promulgué. Il y avait deux types de lois utilisés alors. Premièrement, il s’agissait des décrets-lois du gouvernement français : c’est-à-dire ceux du Président de la République française et ceux du Ministre des colonies. Ceux-ci ne pouvaient être appliqués qu’après décret d’application du Gouverneur Général de l’Indochine. Deuxièmement, il s’agissait des décrets du gouvernement local : ceux du Gouverneur Général de l’Indochine (GGI) et ceux du Résident Supérieur du Laos. Pour Luang Prabang, il y avait les décrets royaux, mais ces derniers ne pouvaient être appliqués qu’après l’approbation du Résident Supérieur du Laos. En 1908, le tribunal local a été constitué. En 1922, le décret du GGI a été promulgué. Pour le Laos, son application a vu le jour en 1923 dans les tribunaux provinciaux. Dans la réalité, les affaires et les litiges entre les Lao restaient dans la majorité des cas dans les limites du droit coutumier, rares étaient les grandes criminalités relevant de la juridiction coloniale. Ce qui voudrait dire que les litiges ne remontaient pas au-delà de l’autorité du chef de village (pho ban), du chef de canton (tassèng) et du chef du district (tiao muang). Ces administrations locales coutumières faisaient jouer pleinement le conseil du ban ou le conseil du tassèng qui fonctionnait en ce cas comme un comité des sages, en toute commodité et continuité avec les habitudes anciennes. On relevait par exemple à Champassak en pleine période coloniale quelques affaires qui se réglaient localement à l’intérieur de la communauté lao.385 La justice coloniale s’occupait généralement de la grande criminalité, tels les assassinats, les vols et brigandages entrainants mort humaine, les affaires pénales en somme. Ces affaires concernaient très 385 Un voleur de buffle pris en flagrant délit aurait été jugé chez le tiao muang. Le chao muang étant fonctionnaire de l’administration coloniale, au lieu de faire appliquer la loi coloniale, utilisait le droit coutumier revu par ses propres interprétations : les buffles seraient rendus à leur propriétaire et le voleur serait condamné à s’occuper de l’élevage d’un cheptel de buffles pendant deux ans parfois cinq ans. La morale de l’histoire est que le voleur se rend compte du travail de l’élevage de buffle et qu’il est fort désagréable de se faire ursurper son travail. Après cela l’ancien voleur ne volerait plus et aurait son propre cheptel. D’après la mémoire de la famille de Phraya Muang Pak Souvannaphinit (mon arrière-grand père maternel) qui était ministre de la justice et juge dans le système traditionnel de Champassak.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 240 - Fig. 39. Le village lü de Boun Taï Fig. 40. Ruine d’un bâtiment colonial faisant partie du site du fort de Muang Khoun peu la communauté laotienne. La loi s’adressait donc beaucoup aux étrangers indochinois vivant et travaillant au Laos. Les registres relevés des affaires pénales pouvaient concerner dans nombres de cas les immigrés venant du Vietnam, les personnes venant du Laos siamois où on pouvait relever plus de criminalités, comme le note Aymonier. II. I. b. 2. Les casernes et les forts, la castramétation dans les établissements coloniaux L’importance des anciens forts et postes militaires vient de deux constats : le premier, c’est l’incontestable présence des forts dans les anciennes villes et stations coloniales, même lorsqu’il ne reste plus que des ruines. Le deuxième constat, c’est l’image stéréotypée des anciennes villes des colonies françaises qui se focalise beaucoup sur l’existence des forts comme une vision nostalgique et exotique du temps passé. Les habitants de Muang Sing connaissent par cœur un fait : lorsqu’un touriste européen, en particulier français, arrive à Muang Sing qui faisait partie du Ve Territoire militaire, il cherche d’abord à voir le fort français. Pourquoi l’image des anciennes occupations coloniales se borne-t-elle à la présence des forts ? N’est-ce pas parce que ces lieux marquent un acte historique, premier acte de présence, de possession et de souveraineté de la France dans un territoire lointain. Et quelque part, ces lieux font partie de son histoire. Les forts, accompagnant les territoires militaires, sont les premiers édifices que le pouvoir colonial construit au moment de son installation. Le premier projet de fondation coloniale militaire aurait daté de 1894.386 La France devrait consolider la souveraineté de son empire colonial sur ses possessions face à l’Empire britannique, à la Chine et face à la prétention siamoise qui revendiquait sa suzeraineté sur l’ensemble du Laos ; et face aussi aux troubles internes corollaires au contrôle des minorités, en particulier dans le haut Mékong (notamment à Muang Sing ancien vassal birman) et dans le Ve Territoire militaire (province de Phongsaly). Il était donc capital d’y installer les forts et les casernes dès les premières années. Par ailleurs, ces équipements ont non seulement la mission d’assurer la sécurité de la possession territoriale, mais aussi la sécurité des cargaisons des biens français : taxes prélevées par l’administration, marchandises de toutes sortes qu’elles soient privées ou appartenues à l’État.387 Dans beaucoup de cas, les ensembles de constructions composant les forts et les casernes n’ont aucune continuité avec les villes et les villages qui allaient se former plus tard ou qui existaient préalablement. Si les villes coloniales qui allaient s’implanter se construisaient souvent sur de l’existant (un territoire déjà habité) le ou les forts, eux, se construisaient souvent à l’écart bien qu’ils étaient sensés assurer la sécurité des cargaisons et la sécurité de la ville nouvellement installée ou réinvestie. Il est vrai pour Luang Prabang et Vientiane où les forts n’assumaient aucune participation à l’évolution de l’espace urbain. Leur importance de départ au moment de leur installation se réduisait au fur à mesure que la ville se consolidait et la vie citadine se confirmait. Par exemple pour le cas du fort de Muang Kao, on est frappé par le fait qu’il se trouve complètement de l’autre côté à l’opposé de Muang Paksé, la ville la plus coloniale du Laos pour ainsi dire. Et ce fort semblait péricliter, sans doute abandonné bien avant la fin de la période coloniale. Il est moins vrai pour les autres établissements, en particulier ceux du Nord. A Muang Khoun Xieng Khouang, à Boun Taï, à Boun Neua ou même à Phongsaly, où les villes coloniales n’ont pas été vraiment installées. Les forts signifiaient à eux seuls, la présence coloniale, et restaient pendant longtemps les repères qui marquaient les établissements en question. Si dans la plupart des 386 Cf. CAOM/ Fond GGI / Chambre de commerce / MO. 20 788. 387 Le trafic d’opium de l’époque avec le Sud de la Chine, le Laos et le pays Shan, était fructueux. Il n’est pas exclu que les forts et les casernes assuraient aussi la sécurité de ces trafics. L’arrière grand-père de mon informateur (Khamphay Sounthonne) est Kalrom (sous groupe tai lü) originaire du pays Shan. D’après son histoire familiale ce dernier dirigeait une petite troupe pour un des tiao f’a de Muang You. Sa mission était d’attaquer les troupes françaises sur la route afin d’usurper les fonds (caisses issues de taxes, fonds de la banque ?) qu’elles transportaient. La mission avait échoué, il avait décidé de ne jamais retourner rendre les comptes à son tiao f’a. Cette famille lü s’implante donc au Laos depuis cinq générations entre Luang Nam Tha et Bokéo. Fig. 38. Le Fort de Boun TaïDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 241 - cas les composants bâtis eux-mêmes tombaient en ruine, l’emprise du site des forts demeure par contre presque intacte. Aujourd’hui, le fort de Boun Taï est abandonné après avoir abrité l’administration du district. Il n’a pas été intégré davantage dans la planification du district de Boun Taï : il demeure ce que l’on pourrait appeler “ une friche coloniale ”. Le vieux village lü situé de l’autre côté de la rue pénétrante, à l’opposé du fort, au moment de sa construction semble également avoir été oublié par la planification du district : l’ensemble du village forme encore un grand îlot à l’intérieur duquel les maisons sur pilotis, plutôt densément réparties, sont desservies par des ruelles en terre sans drainage. La distinction, entre le domaine privé (parcelles des maisons) et le domaine public (ruelle), reste floue et aléatoire, le village semble conserver presque son aspect d’origine. La rue pénétrante du district fait la tangente au grand îlot villageois dont l’assiette descend en pente douce vers la petite rivière. La restructuration et le développement du district dans le cas de Boun Taï se fait surtout sans intégrer ni la friche coloniale, ni le vieux village. Quant à Muang Khoun Xieng Khouang, l’emplacement de l’ancien fort et siège de l’administration coloniale est mieux pris en compte dans le plan de restructuration du centre de Muang Khoun. Puisque les autorités l’ont en partie réhabilité pour loger l’administration du district, elles cherchent également à faire restaurer son fort à des fins touristiques. Le site de Phongsaly attire particulièrement notre attention pour sa cohérence avec le vieux village. Chef-lieu du Ve territoire militaire,388 construit dans les deux premières décennies du XXe siècle les constructions militaires sont essentiellement composées de deux ensembles. L’un qui est en hauteur et surplombant le village indigène abritait dans les années 1960 et 1970 le consulat de Chine de la “ zone libérée ”, et fait aujourd’hui l’objet de réhabilitation en hôtel de bon standing (le Phu Fa). L’autre édifié un peu plus bas à proximité immédiate du vieux village formait une petite place entourée de compartiments commerciaux à Rez-de-chaussée et à R+1. Le fait que les ruelles et les venelles du vieux village soient empierrées et débouchent sur la place une liaison entre la structure coloniale et l’ensemble indigène est ici remarquable. Le village noyau est au début du siècle peuplé essentiellement de Phou Noy et de Hô et, de manière minoritaire de Tai Lü et quelques autres petites tribus.389 Les anciennes photographies datant de 1920 montrent un ensemble d’habitations assez denses avec des couvertures en paillote à la mode lü, grande et enveloppante avec des pilotis. Aujourd’hui on ne voit quasiment plus de maisons sur pilotis, la majorité d’entre elles sont construites à même le sol sur un socle de pierre à la mode hô et phou noy. Les ruelles et les venelles empierrées sont légèrement en pente, car tout le village est installé sur le flanc d’une montagne au pied du mont Phu Fa. Un certain nombre de constructions date des années 1920 : entre 1920 –l’année de la photographie– et la, ou, les décennies qui suivaient il y avait un changement de tissu du bâti, à dominance hô et phou noy. Du point de vue administratif, autrefois les villages de Phongsaly, essentiellement phou noy, étaient dirigés par les naï phong390. Après avoir combattu les Hô et les Tai de Muang Lay (Lai chau) qui se révoltaient contre l’autorité du roi et du pouvoir colonial, le titre de Phraya phong aurait été attribué par le roi de Luang Prabang à la plupart des naï phong vers la fin du XIXe 388 En 1916 le chef-lieu administratif du Ve territoire militaire a été installé à Muang Khoua, chef-lieu d’un tassèng. En 1917 il avait été déménagé à Muang Houn-Xieng Hung avant de déménager à nouveau pour s’installer en 1921 à Phongsaly. Les territoires militaires ne seront supprimés qu’en 1949. 389 Les Phou Noy sont majoritaires dans la province de Phongsaly. Il existait 10 000 Phou Noy au début du siècle alors que les Tai Lao et Tai Lü réunis ne représentaient que 5500 personnes. Cf. K. Vongkotrattana, Pavatkane khouang Phongsaly (histoire de la province de Phongsaly), 1970. 390 D’après K. Vongkotrattana (ibid.), naï phong [okpzQ’] est un terme utilisé dans le Nord pour désigner naï ban, le chef de village. Phong [zQ’] pour les lao aurait signifié “ village situé dans les coins reculés, dans la forêt ”. Ce serait aussi l’origine du nom de Phongsaly. Saly [lk]u] étant l’un des titres de phraya accordé par le roi de Luang Prabang à un chef de village phou noy, Phongsaly aurait signifié alors “ village du phraya saly ”. Les Phou Noy l’auraient appelé Phongsari [rvh’ltiy]. Phong [r;dF rvh’] signifie clan, groupe et sari [ltiy] propice, festivité, Phongsari en ce cas aurait signifié “ village des clans prospères ”. Ibid. Fig. 41. Phongsaly au début du XXe siècle, vue depuis Phou Fa Fig. 43. Le fort de Phongsaly au début du XXe siècle Fig. 42. Rue empierrée, habitation hô et phou noy à PhongsalyDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 242 - siècle.391 En entrant dans le système administratif traditionnel et en devenant le chef-lieu du Ve Territoire militaire, Phongsaly avait à sa tête le naï khouang 392 avec un titre de phraya qui devrait suivre les ordres de l’administrateur ou du Garde principal français en poste. Au niveau du tassèng, l’administration royale nommait les naï kong qui devraient travailler sous les ordres du délégué français. De même, les naï kong393 seraient parfois recrutés parmi les phraya locaux ou venant de Luang Prabang. En faisant une lecture avertie des plans de l’époque et en faisant aujourd’hui des observations sur le site, nous pouvons noter qu’il y a deux types de liaison entre les forts et le noyau des villes ou des villages existants, et la raison qui pourrait expliquer le choix de leur implantation et la place qu’ils occupent dans la ville aujourd’hui. Il s’agit donc d’une liaison par association et d’une liaison par distinction. Une liaison par association lorsque le fort est implanté dans une aire existante comme c’est le cas de Boun Taï où le poste militaire a été entouré de villages. C’est le cas de Phongsaly où une liaison entre le village indigène et la structure militaire coloniale s’était créée. C’est aussi le cas de Muang Sing où le fort était construit dans l’enceinte de la citadelle occupant un îlot. Rappelons que le Chao F’a de Muang Sing avait délibérément choisi de se rallier à la France,394 ce qui explique sans doute la place qu’occupe le fort dans son enceinte. Une liaison par distinction lorsqu’un fort est construit distinctement par rapport à une implantation urbaine ou appelée à le devenir. C’est le cas de Paksé. Le fort se retrouvait sur la même rive et à proximité de la vieille ville Muang Kao (à l’embouchure de la rivière Pek) faisant face à Paksé, la nouvelle ville, et à l’embouchure de la Xédaun. En ce cas, le fort semblait être un poste de surveillance pour la ville. Dans une telle position, le fort perdait rapidement son utilité. En acquérant une vie plus urbaine et plus citadine (augmentation de la population, des activités commerciales et culturelles, consolidation sécuritaire, etc.) les villes rejetaient les forts et les casernes en dehors de leurs besoins et de leur espace. Cependant, nous verrons qu’en ce cas le programme des équipements publics ne manquait pas d’inscrire par la suite la prison et le commissariat de police dans ses priorités. Besoins qui auraient été induits par l’importance accrue de la citadinité. Ces constructions faisaient dès lors partie du tissu urbain. Les programmes d’équipements introduits par le biais de la ville coloniale, étaient en fait de véritables nouveautés pour les villes du Laos. L’implantation des forts et des postes militaires obéissait en fait à une logique qui n’était pas liée directement à la situation et à l’échelle locales. La castramétation coloniale était uniquement stratégique. Elle faisait partie d’un réseau général mis en place pour le contrôle des territoires dans l’enjeu politique et dans les conflits coloniaux de l’époque. C’était le motif qui justifiait le fait que les forts ont été construits surtout dans les premières décennies de la colonisation. Ils obéissaient donc au schéma d’implantation territoriale et ne se connectaient qu’opportunément au contexte local, citadin ou villageois. Ceci explique aussi pourquoi les forts participaient si peu à la constitution de la ville et à son évolution. Celle-ci, contrairement aux forts 391 Ce groupe de phraya phong [ritpkzQ’] aurait alors obligation de prêter serment annuellement devant la statuette du Phra bang à Luang Prabang. Le nom rituel du groupe à la cour aurait été “ groupe de muang Ou-Phou Phang-Phou Noy- Ngouang Kang ” [r;d g,nv’v6 - r6/k’ - r6ovhp - ’;’dk’]. Cf. K. Vongkotrattana, ibid. 392 Naï khouang [okpc0;’] est l’équivalent de tiao khouang [g9Qkg,nv’]. Le terme tiao [g9Qk] a été remplacé par naï [okp] qui veut dire chef, sans doute durant la période coloniale afin d’éviter tout amalgame entre titre de noblesse tiao et fonction naï. On trouve ainsi dans les documents administratifs coloniaux davantage le terme naï khouang que le terme chao khouang. 393 La fonction naï kong [okpdv’] apparaît couramment dans l’administration coloniale. Elle correspond à la fonction du tassèng. Alors que naï kong traditionnellement semblait être une fonction militaire, sorte de chef de colonne ou chef d’un poste militaire. 394 Le Chao F’a s’est rallié à la France en sollicitant sa protection face aux Anglais et aux Siamois qui occupaient Muang Xieng Khaèng au courant des années 1888-1896. Lorsque les Français et les Anglais se partagèrent le territoire par le traité de 1896, Muang Sing se trouvant dans la partie orientale devint alors français. Cf. Lafont P-B. Le Royaume de Jyn Khen. Chronique d’un royaume tay loe du haut Mékong (XVe –XXe siècle). L’Harmattan, Paris, 1998. Op, cit Fig. 44. Les différentes représentations des forts français, autour de 1910, 1920.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 243 - et casernes, avait une dépendance plus grande par rapport aux données locales, en particulier en ce qui concernait la situation des implantations existantes, leur démographie, leurs contextes de liaison, etc. Aujourd’hui, la survivance de ces forts, relève de l’exotisme. Ils n’ont aucun rôle spatial dans la ville. La planification urbaine actuelle ne redonne pas particulièrement une place à ces ruines. Ceux qui sont bien conservés sont réutilisés comme bureau administratif provincial ou, dans de rares cas, sont convertis dans l’hôtellerie et dans le tourisme. L’ancien poste militaire et prison de Luang Prabang est ainsi aujourd’hui converti en hôtel de luxe dont la restauration-réhabilitation est encore en cours en 2009. Le cas de Oudomxay présente une certaine ambigüité, car l’édifice colonial n’existe plus, mais son site a été réutilisé par une fonction hautement symbolique : le fort militaire qui occupait le sommet d’un mont, au pied duquel s’égrainaient les habitations du vieux village, a été complètement détruit. Le mont a été ensuite réinvesti dans le cadre d’un nouveau développement de la ville : un musée dédié à la révolution de la province y a été construit. Alors que sur un autre mont à l’autre bout de la ville la fonction religieuse a été affectée : un stupa a été construit rappelant l’ancien stupa détruit pendant la guerre. II. I. b. 3. Les trames viaires dans la construction de l’espace colonial Appropriation des trames viaires La ville coloniale, lorsqu’elle s’est crée sur une implantation existante, s’est structurée généralement autour d’une ou des armatures structurantes. Il s’agissait de se superposer sur les armatures locales si celles-ci existaient préalablement, tel les cas de Vientiane et Luang Prabang. Ou alors il s’agissait d’en créer de toute pièce si celles-ci n’existaient pas, tel le cas des « villes nouvelles » greffées sur les petites structures de villages notamment à Savannakhet. Concernant ces armatures structurantes il s’agissait des voiries principales des anciennes cités qui, en se consolidant et en se formant avec la réhabilitation coloniale (agrandissement, redressement, parfois pavage et drainage et plus tard goudronnage), enfermaient les îlots anciens laissant les cœurs d’îlot évoluer selon leur organisation endogène. Seules les constructions sino vietnamiennes liées à l’installation du pouvoir colonial se constituaient aussi parfois dans le cœur de ces îlots pour former une variante dans les types tissulaires. Dans ce cas, le processus de parcellisation (comme nous allons le voir dans les points qui suivent) se faisait d’abord le long des voies avant de pénétrer dans les cœurs d’îlot. Le cas de Vientiane illustre encore ce processus. La rue Sethathirat, le quai F’a-Ngoum ainsi que la route Nong Bone étaient ces armatures existantes sur lesquelles la ville coloniale s’appuyait. A Luang Prabang c’est la rue centrale qui servait d’appui. Le cas de Savannakhet illustrait quant à lui la construction d’une “ ville nouvelle ” sur une restructuration partielle de l’existant. Le cas de Paksé montre quasiment que la construction d’une “ ville nouvelle ” se réalisait sans faciès urbain existant : car Tha Hin un village important qui existait avant la ville coloniale ne se trouve pas dans le centre de Paksé, mais sur l’autre rive de la Xédaun. A propos d’appropriation, le rempart intérieur de Vientiane transformé en boulevard dès le début de la construction de la ville coloniale rentrait dans ce processus d’appropriation des armatures urbaines existantes. Cette appropriation qui n’altérait pas complètement le fonctionnement existant permettait à ces structures anciennes d’exister et de persister dans le plan des villes. La lecture de certaines villes du Laos d’aujourd’hui est donc aussi liée à l’histoire urbaine et à la culture urbanistique des installations coloniales. Ceci, dans le sens où les aménageurs coloniaux avaient construit sur le rempart de la ville de Vientiane un boulevard qui fut l’une des étapes et conditions d’étendre la ville au delà de sa première couronne. Ce même processus peut être remarqué dans beaucoup de villes françaises et européennes, à commencer par Paris, où les enceintes sont les lieux de naissance-même des boulevards. De nouvelles restructurations du bâti pour la ville Les moyens pour s’approprier des trames existantes de la ville coloniale, c’était la manière dont étaient construits les édifices qui allaient déterminer les types de parcelles et les variantes du Fig. 45. Vue de Oudomxay depuis le site de l’ancien fort français Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 244 - tissu urbain. Les éléments bâtis qui inauguraient la ville coloniale et qui ont été soutenus par un programme spécifique et inaugural par rapport à la ville existante et par rapport au programme traditionnel (que nous allons voir de suite), marquaient le tissu urbain avec l’apparition de nouvelles typologies d’architecture, dont trois sont nées de ce contexte. Il s’agit des édifices identifiés comme habitats coloniaux, les compartiments commerciaux sino vietnamiens et les maisons lao de la période coloniale. Cependant, il n’y avait qu’un seul nouveau type parcellaire apparu, celles réservées pour l’emprise des compartiments. C’étaient des parcelles étroites et longues, orientées perpendiculairement à la rue. Elles étaient dépourvues d’espace vert, mais munies de cour minéralisée située entre la partie service et le corps principal du bâtiment qui servait de magasin. Quant à l’habitat colonial il s’implantait en réutilisant les parcelles existants, souvent celles d’anciennes résidences de notables locaux, tombées en déshérence, parfois celles d’anciens monastères en ruine et abandonnés. La surface de ces parcelles était assez vaste, elles occupaient souvent les parties centrales de la cité et bordaient les rues principales. Quant aux maisons lao de la période coloniale, il s’agissait de celles qui sont construites à partir des années 1920. Bien qu’elles fussent sur pilotis avec ou sans cloisons sous les pilotis ces maisons empruntaient partiellement le vocabulaire de l’architecture coloniale, avec notamment l’utilisation des piliers en maçonnerie, l’ajout de perron pour accéder à la maison. Certaines d’entre elles qui n’abandonnaient ni la proportion des maisons lao anciennes, ni les pilotis qui en étaient leur marque et ni le corps bâti en double pignon, utilisaient le torchis à la place des bardages de bois qui font la richesse des maisons lao anciennes des plus riches factures. Ces maisons s’implantaient dans des parcelles de taille plus ou moins importante, luxuriantes et servaient déjà la fonction d’habitation.395 Des plans d’extension et des travaux de voirie Les moyens pour s’approprier des trames existantes par les implantations coloniales étaient également les travaux de nouvelles voiries associés aux projets d’extension urbaine et de création de nouveaux quartiers. Bien qu’il y ait eu des projets d’extension dans les principales communes, peu de réalisations en étaient issues. Ce fait était sans doute lié au contexte économique qui n’était pas forcement très favorable de manière générale pour le développement des villes lao. A Vientiane deux nouveaux quartiers ont pu être créés complètement selon la conception coloniale de l’époque. Ils sont aujourd’hui encore lisibles à travers le maillage urbain. Il s’agit des quartiers Anou-That Dam et Simuang, deux nouvelles structures qui se greffaient dans la ville par leurs trames viaires géométriques, leurs rues se coupant à l’angle droit avec réseau d’assainissement à ciel ouvert aménagé entre le bord de la chaussée et les trottoirs. Le Plan de 1912 montre bien les rues en projet entre les rues Georges Mahé (Sam-Saèn-Tai) et Maréchal Joffre (Sethathirat). Le projet d’extension de la ville vers l’Ouest au-delà de Nam Passak et du boulevard Doudart de Lagrée (Khun Bourom) dressé dans le plan de 1931 comme “ extension de la ville indigène ” montre la réplique du quartier Anou avec une connexion sur une place radioconcentrique au niveau du quartier Sihom dans le prolongement de la rue Sethathirath. A l’emplacement de ce qui devrait être une place on proposait sur le plan d’y placer un château d’eau ! Les îlots sont carrés comportant quatre parcelles quasi- égales. Ce curieux plan ne sera jamais réalisé. II. I. b. 4. Les villes coloniales, les villes nouvelles, des exemples : Thakek, Savannakhet, Paksé, Attapeu C’est à Savannakhet, Paksé, Thakkek et Attapeu que la réalisation des aménagements urbains se montrait résolument coloniale. Dans la majorité des cas, la structure coloniale a été 395 L’étude typologique, in. Vientiane portrait d’une ville en mutation, Chayphet Sayarath, éditions. Recherches, 2005. Ouvrage bilingue Lao-français. Fig. 48. Planche des typologies architecturales Fig. 46. Plan parcellaire, de la ville de Vientiane, 1912, échelle 1/2000e . Guillini. Fig.47. Plan de la ville de Vientiane, 1931, état existant état projeté, échelle 1/2000e , Mariage.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 245 - plaquée sur le site où la structure existante était quasiment absente. L’immatriculation des parcelles et l’émergence des nouvelles fonctions du bâti confirmaient le statut de l’espace colonial, qui se montrait pour les uns par la création des places ou des jardins, et pour les autres par le quadrillage géométrique des trames viaires, ou encore par le processus de formation des îlots et par le nouveau rapport établi entre l’espace public et l’espace privé. La place centrale de Thakkek résolument coloniale, dont l’un des côtés donne sur la berge du Mékong, était une réalisation intéressante du point de vue spatial. C’était aussi la plus atypique des réalisations coloniales du Laos. Il y avait une belle tentative de centralité avec la création de la place, une vision urbaine et citadine résolument nouvelle qui faisait de Thakkek une vraie ville nouvelle, coupée de son faciès indigène. Les compartiments commerciaux à R+1 présentaient les plus intéressants spécimens du genre : colonnades, galeries, baies, etc., un vocabulaire architectural assez complet autour de la place. Cet ensemble très cohérent appartient aujourd’hui majoritairement à l’ État, ce qui semble offrir une grande possibilité pour un projet de réhabilitation de l’ensemble.396 A Savannakhet nous sommes interpellés par la particularité du maillage des rues. Les trames viaires qui se coupaient à angle droit formaient alors des vastes îlots, à l’intérieur desquels on retrouvait (et on retrouve encore aujourd’hui) plus de mixités entre tissus locaux et tissus coloniaux, en particulier en ce qui concerne les parcelles d’habitations. Ainsi au nord et à l’est de la ville, c’est parfois un village tout entier, voire deux, entourés de voies qui forment un îlot dans l’aménagement colonial. Au bord des rues les plus centrales, l’administration y construit des équipements publics. Cela donne l’impression d’une ville plus grande qui s’allongeait dans l’axe du Mékong. C’est ainsi avec ses grands îlots que Savannakhet paraît être la ville coloniale la plus étendue. Le nombre des habitants, étrangers et locaux confondus, y était aussi plus important qu’à Vientiane, jusqu’à un moment donné. La ville de Paksé, implantée en face de la vieille ville, est contenue dans une sorte de large presqu’île au croisement entre le Mékong et la Xédaun. Dans une configuration paysagère singulière formée par les deux fleuves et les montagnes environnantes, le plan de Paksé aux trames quadrillées avec des ensembles tissulaires mixtes faits de compartiments, d’équipements publics, contraste avec le paysage environnant. La ville coloniale semblait clairement se démarquer de la structure existante que sont la ville ancienne se trouvant de l’autre côté du Mékong, et les vieux villages de la zone Tha Hin se trouvant de l’autre côté de la Xédaun, avec leurs maisons sur pilotis accrochées sur la berge. A l’intérieur de la ville de Paksé qui se déploie entièrement dans la presqu’île, la vie citadine coloniale semblait dynamique : les marchés, les squares, les marchands et les coiffeurs ambulants qui passaient et qui stationnaient ensuite dans le petit parc de la ville créaient des ambiances de rue. 397 En ce qui concerne Attapeu, il ne serait pas exagéré de la considérer comme une ville jardin. Située dans un territoire ou trois fleuves se rejoignent, Xésou, Xékamane et Xékong, la ville a été transférée de son ancien site et construite sur son site actuel vers 1921, l’ancienne ville étant à Fandèng muang kao et le premier commissaire du gouvernement français y a été installé dès 1894. La petite ville coloniale de Atttapeu est organisée avec un maillage assez régulier formant des îlots larges plus que habituellement. Les îlots et les bords des trames viaires gardent encore aujourd’hui l’ombrage de ses arbres autrefois richement plantés, rappelant quelques caractéristiques de sa période coloniale, alors que les bâtiments coloniaux ont été en majorité démolis. Il n’en reste quasiment plus de traces. Les arbres ne sont pas organisés et plantés en alignement comme à 396 Il y a eu plusieurs tentatives pour faire restaurer la place de Thakkek depuis près de dix ans, y compris plusieurs travaux de fin d’étude de la faculté d’architecture, mais aucun projet n’a pu être mis en place. Afin de se caler à une certaine conception locale où la conservation du patrimoine proprement dite ne semble pas vraiment comprise et adéquate, nous avons évoqué dans l’objectif de proposer une mise en valeur de type PRI (Périmètre de Rénovation Immobilière) introduisant une dynamique foncière et une réactualisation des fonctions. 397 D’après les personnes âgées qui ont connu Paksé dans les années 1930-1940. Fig. 49. La ville de Savannakhet, état actuel. Fig. 50. La ville de Paksé, état actuel.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 246 - Vientiane, mais plantés de manière libre et irrégulière. L’impression de ville très plantée et touffue de végétations semble alors plutôt provenir de l’organisation interne de chaque îlot, donc du mode de vie de ses habitants et de leur approche par rapport à la nature environnante. Par ailleurs, son isolement dans un territoire très peu urbanisé, et dont la nature et la biodiversité restent encore fortement présentes, a joué un rôle important dans la perception générale de la ville. Bien que la récente planification urbaine a apporté un nouveau visage à la ville, à travers la réfection et la reconstruction des routes, celle des nouveaux équipements publics, et bien que les édifices coloniaux proprement dits ont été démolis ou tellement réhabilités, perdant leur caractère d’origine, son aspect de ville jardin subsiste par la persistance de la densité de la végétation et par le paysage fluvial que décrivent les trois fleuves. La forme particulière induite en partie par le système des armatures urbaines des villes coloniales, exprimée par le quadrillage des trames viaires et le plan en damier ainsi que les arbres plantés en alignement, est une forme et un système à ne pas rapprocher du système géométral de certaines villes lao anciennes ou de certaines formes d’établissements anciens du Laos. La généalogie de ces deux types de structure est tout à fait différente. Ceci pour trois raisons. - La première raison est que les villes coloniales, avec leur plan en damier, sont caractérisées par l’absence d’enceinte. Enceinte qui aurait marqué le côté “ abouti ” de l’espace des cités anciennes. Au contraire, la trame coloniale renferme l’aspect “ indéfini ” par rapport à la question de limite. Comme le note Benevolo « […] La ville doit pouvoir se développer, et l’on ne sait pas quelle dimension elle atteindra ; c’est pourquoi le plan en échiquier peut être agrandi dans toutes les directions, au fur et à mesure qu’il devient nécessaire d’ajouter de nouveaux îlots. La limite extérieure de la ville est toujours provisoire, notamment parce qu’il n’y a pas besoin de remparts ni de fossés […]» 398 Même si ces propos sont appliqués aux villes coloniales du XVIIe et XVIIIe siècle, il n’est pas moins vrai pour les villes coloniales les plus récentes. De ce fait, dans leur ensemble et à différentes époques les villes coloniales peuvent être rapprochées des bastides et des villes neuves du haut moyen âge et également de l’héritage des villes romaines -la structure du roma quadrata. - La deuxième raison est que les origines des formes en échiquier des villes anciennes comme Muang Sing se basent sur des schémas symboliques dont nous avons précédemment suggéré les principes : les cités anciennes qui ont des formes carrées ou rectangulaires contenues et limitées dans une enceinte ont au centre le noyau du pouvoir qui est, soit représenté et installé dans une enceinte intérieure, soit représenté par un point haut comme le Phnom khmer. Dans les deux cas la forme et le système se rapprochent de la ville chinoise et du monde tantrique incarné, dans le sud, par le système spatial du mandala, et se relie aux symbolismes hindouisés du mont Méru. Nous trouverons de nombreux exemples dans les villes khmères et tai aussi. II. I. b. 5. L’introduction du cadastre, de “l’îlot à la parcelle” La France trouvait vers la fin du XIXe siècle un territoire sans structure administrative et ignorait par conséquent sa tradition foncière qui avait disparu lors de la mise à sac de la capitale en 1828, laissant régner l’anarchie pendant près de trois quarts de siècle. Bien que les allusions aux domaines fonciers soient parfois mentionnées dans des registres royaux anciens,399 ce qui devrait signifier qu’un document se rapportant au titre du droit d’usage du foncier existait bien, mais sans doute sous une forme différente, aucun plan de la ville de l’époque antérieure n’a pourtant été retrouvé. Ce vide a permis à la France d’établir plus aisément sa méthode de gestion du sol, sur le modèle français appliqué dans la plupart de ses colonies, tout en l’adaptant de manière à ce qu’il 398 Benevolo L., « La colonisation européenne dans le monde », in : Histoire de la ville, éd. Parenthèses, 1983, 1994, 2000. 399 Les textes royaux qui mentionnent l’attribution des terres aux monuments religieux furent mis à jour à travers les études des inscriptions, notamment celles de That Luang par M. Lorrillard. In : M. Lorrillard, « les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao », BEFEO, 2003-2004 n°90-91.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 247 - s’accorde aux besoins et aux réalités rencontrées sur place. A cette époque, dans la réalité territoriale de ville détruite (concernant Vientiane) ou de ville non administrée et parsemée (pour les autres villes de province), nous pouvons seulement remarquer certains éléments bâtis subsistant en état ou en ruine, de type monumental tel que les that et/ou communautaire tels que les vat, les remparts, les digues, échappant à la destruction, aux intempéries, quasiment les seuls marqueurs d’anciens territoires urbains. Les habitations civiles se raréfiaient dans les centres anciens pour se disperser dans les villages des alentours, les habitants fuyant le centre à cause des souvenirs des rafles durant les guerres siamoise et hô. Dans l’élaboration de ses plans, l’administration coloniale ne manquait pas d'intégrer les relevés de ces éléments bâtis, sans toutefois pouvoir délimiter de manière exacte les parcelles qu’ils occupaient. La représentation de l’emprise des anciens monuments n’est parfois pas exhaustive ou aboutie, comme le montrent les relevés de Parmentier réalisés en 1911 à Vientiane, où seuls les morceaux de monuments restant visibles à l’époque ont pu être relevés. Le plan de Vientiane dressé en 1896 a inventorié, entre autres, les vat et les that que nous pouvons également retrouver représentés dans le plan de 1905, classés comme étant des domaines religieux et légendés “ terrains appartenant aux pagodes ”. 400 Il s’agit de vastes terrains avec une délimitation assez nette, cette fois-ci grâce à leur enclos souvent formé de palanques dont la pointe des pieux en bois était sculptée. Les incendies et la mise à sac de Vientiane en 1829 avaient détruit la majeure partie de ces édifices pour ne subsister que des ruines, les terrains appartenant aux pagodes sont pourtant les mieux préservés dans leur forme parcellaire.401 Quant à la limite et à la forme des parcelles d’habitation, elles étaient très imprécises, voire inconnues. A contrario, le mode d’habiter subsistant était aisément identifiable. Ils sont désignés, selon le vocabulaire de l’époque, comme étant des “ terrains érigés par les indigènes ”. Le plan de 1905 mentionne également des “ terrains érigés par l’administration ”. Il s’agit là encore de grands terrains dont les éléments bâtis ont complètement disparu ou formant des ruines. Ce sont des anciens monastères ou d’anciennes demeures princières et royales. L’administration française réinvestit ces lieux, béants et martyrisés par l’histoire,402 pour y construire des équipements administratifs et des résidences pour son personnel, dès la première année de son installation en 1900. Par rapport au contexte de désoeuvrement des établissements que l’administration française trouve à son arrivé, seule la ville de Luang Prabang conserve sa densité, car elle se reconstruit assez rapidement après les attaques des Hô.403 La restructuration et le développement du territoire des villes et de leurs éléments bâtis ainsi que la reconstitution de leur démographie n’ont pu être réellement possibles qu’à partir de l'établissement des premiers cadastres en 1912. Bien que seuls les plans cadastraux de Vientiane et de Luang Prabang aient pu être retrouvés, nous pensons avec certitude que ceux de Thakkek, Savannakhet et Paksé ont également été élaborés. Car, comme Vientiane, ces villes ont été établies durant la même période, et leur érection en commune accompagnée de diverses constructions, telles des compartiments en front de rue. Par ailleurs, les cessions de parcelles aux commerçants chinois et vietnamiens nécessitaient des plans cadastres et des titres fonciers. L’établissement de ces documents conférait aux villes nouvellement érigées en commune404 un statut plus urbain, et donnaient des possibilités nouvelles aux activités commerciales que les autorités françaises ne cessaient de promouvoir pour attirer non seulement les Lao de la rive droite, mais surtout les 400 Cf. Plan de la ville de Vientiane 1905, échelle 1/10 000e , M. Kléber, inspecteur de la garde civile. 401 La violation des terrains appartenant aux domaines religieux est un fait assez rare chez la population lao. Outre la peur des esprits qui sont sensés habiter les limites des monastères, c’est le respect des lieux sacrés qui empêche les gens de squatter les parcelles monastiques même lorsque ces parcelles sont inoccupées et tombées en déshérence. Autrefois plus qu’aujourd’hui, les Lao croyaient également que les anciens terrains appartenant aux pagodes ne sont pas propices pour les usages laïcs, notamment pour les activités commerciales. 402 Vientiane a été incendiée et mise à sac vers 1827 et 1829 par les Siamois et ses habitants ont été déportés au Siam, suite à la lutte de libération avortée de Chao Anouvong, roi de Vientiane. 403 Les attaques des Hô forçaient le roi Ounkham, accompagné d’Auguste Pavie (premier Consul en poste en février 1887), à fuir la ville de Luang Prabang. 404 Vientiane a été érigée en centre urbain en 1904. Document administratif, fonds GGI, CAOM. Fig. 51. Projet d’extension de la ville de Vientiane, montrant le plan de zonage autour de 1920Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 248 - immigrés, ouvriers et commerçants, chinois et vietnamiens. Ils confortaient surtout le pouvoir administratif qui pouvait à partir de ces documents mettre en place des taxes foncières et des références par rapport aux marchés fonciers qui se constituaient alors peu à peu. Le plan de 1952, réalisé durant les premières années de l’indépendance du pays405 n’est pas un plan cadastre à proprement parlé, mais un plan de zonage pour l’extension de la ville de Vientiane, avec identification des zones appartenant aux différents domaines. Il identifie le domaine fédéral, le domaine national, le domaine communal et le domaine religieux –pagodes et églises.406 Dans l’ensemble, il y a donc assez peu de différenciations dans le statut foncier. Par ailleurs, l'extension de la ville au-delà de la première ceinture ne s'était pas appuyée sur ce plan, ni sur les domaines qui ont été inventoriés. La ville au-delà des boulevards Khouvieng-Khun Bourom s'était développée entre les années 1940 et 1960 sans structure, sans guides et sans références de planification, en tout cas sans se fonder sur les dispositifs du cadastre. Il faut attendre l'établissement du plan cadastre élaboré en 1964, le deuxième cadastre du pays, réalisé par le gouvernement du Royaume du Laos, pour que le phénomène d'expansion et de développement urbain soit formellement pris en compte dans un document de régulation foncière et de contrôle territorial et économique. Ce cadastre répondait en fait à deux besoins majeurs. Le premier était d’identifier les terrains qui s’étaient déjà constitués, mais sans titre et sans matricule foncier, c’est-à- dire régulariser le phénomène de transaction et de cession foncière qui s’était déjà largement développé, en particulier pour des terrains situés au-delà de la première enceinte. Ceci en ce qui concerne la ville de Vientiane ; le second était de mieux contrôler le développement de la ville en cours et d’accompagner l'étude de son premier plan urbain407 élaborée par le BCEOM sur commande du gouvernement royal. C'est ce cadastre qui avait effectivement accompagné, la grande expansion de la ville de Vientiane dans les années 1960. Nous pouvons dire que c’est durant ces trente ou quarante premières années du siècle dernier que se constituent les principaux types de parcelle ainsi que les quartiers urbains avec, en conséquence, la restructuration des bâtiments existant et l’introduction de nouvelles typologies, pour Vientiane, du moins à l’intérieur de la première enceinte de la ville. Nous pouvons voir plus en détail comment la restructuration parcellaire et du cadastre a-t-elle des implications sur la structuration du bâti dans le chapitre traitant de « l’évolution spatiale ». Cependant, nous voulons noter ici comment le cadastre et le tissu colonial ont-ils une importance par rapport aux trames viaires qui marquent durablement la structure des villes et en particulier le cœur des villes. L’établissement du tissu colonial qui se superposait sur le tissu lao, aidé et structuré par le plan cadastre, donnait une place aux trames viaires comme un composant urbain essentiel et majeur, ce qui n’était pas le cas de la structure urbaine traditionnelle existante. La mise en place du cadastre et donc de l’identification et de la clarification des parcelles apportait une vision nouvelle au tissu urbain traditionnel. D’abord, la mise en forme du plan cadastre et des bornes obligeait une précision et un métrage qui n’était pas le premier souci des parcelles traditionnelles. La délimitation parcellaire ancienne existait bien entendu, mais son usage ne respectait pas strictement cette délimitation. Ensuite, dans le cas de Vientiane, nous constatons clairement que les premières parcelles cadastrées se créaient en se greffant aux trames viaires, tandis que les parcelles qui n’étaient pas au bord des voies seraient cadastrées bien après. La constitution de l’îlot se réalise en ce cas avant la constitution de la parcelle. Le processus de création du tissu urbain de ce type commence d’abord par la délimitation des îlots avec la construction des voies. Celles-ci sont bordées ensuite par du bâti de nouveau type, tels les compartiments et les équipements publics. Ceci 405 Le traité de 1946 garantit l’indépendance du Laos dans l’Union Française, celui de 1954, la convention de Genève pour la paix en Indochine, donne en définitive l’indépendance du Laos. 406 Domaine fédéral pour la Fédération Indochinoise ; le domaine national pour la Circonscription Territoriale du Laos ; le domaine communal pour la Commune de Vientiane ; le domaine religieux était la structure locale quasi-unique au moment de l’installation de l’administration coloniale. 407 Il s'agit du premier schéma directeur mis à l'étude entre 1958 et 1964 par le BCEOM. Fig. 1. Plan cadastre de Vientiane de Luang Prabang. 1912. Guillini. Fig.52. Le plan cadastre de Vientiane, 1964 Fig. 53. Plan de Vientiane, 1895 Fig. 54. Plan de Vientiane, 1905Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 249 - est représentatif du processus de création de l’espace colonial, en contact avec le contexte local qui prime d’abord le cœur des îlots avant leurs limites. On le voit avec la constitution des grands îlots urbains à Savannakhet enfermant un village ancien entier, voire, plusieurs villages, avec des limites parcellaires qui restent longtemps imprécises. Comme nous l’avons vu précédemment, le tissu colonial s’établissait avec ses constructions sur les fronts des trames viaires, occupant d’abord les grandes parcelles et ensuite les plus petites. Le service des travaux publics implantait d’abord les bâtiments clefs (notamment le bureau de la Résidence), il procédait aussi à la réfection des voies existantes et à la construction de nouvelles voies publiques. Venaient après la construction des autres bâtiments administratifs, puis les bâtiments résidentiels et commerciaux bordant les voies, rejetant en arrière les habitations “indigènes ” 408 jusqu’à ce que celles-ci disparaissent pour s’implanter ailleurs ; ou alors, lorsque les îlots étaient de taille importante les bâtiments coloniaux construits en front de rue enfermaient l’habitat indigène dans le cœur des îlots. Sauf dans le cas où un quartier a été construit et restructuré complétement, comme par exemple à Vientiane les quartiers quadrillés de Simuang et de Anou. A Savannakhet, Thakkek et Paksé les nouveaux quartiers de ce type s’implantaient quasiment dans les mêmes conditions. De ce point de vue et mise à part les nouveaux quartiers coloniaux entiers, nous pouvons dire que la structure coloniale qui se greffe, est uniquement structurelle et ne pénètre quasiment pas dans les parcelles indigènes. Ceci, bien que dans certains cas les chemins de servitude ont été établis dans le plan cadastre afin de permettre l’accès au cœur des îlots, et bien que l’établissement du cadastre lui-même nécessite une connaissance détaillée à l’échelle des parcelles. Nous pouvons remarquer dans cet ancien cadastre que les cœurs d’îlot n’ont pas tous été cadastrés. Seuls les quartiers les plus centraux sont concernés et en général, ce sont d’abord les fronts de rues qui sont cadastrés. Ce qui signifie aussi que les premières transactions foncières, dont l’administration publique était elle-même le promoteur, concernaient d’abord les parcelles en front de rue en particulier celles destinées aux implantations des compartiments commerciaux chinois que l’administration française avait favorisée pour que les centres urbains (de Vientiane notamment) puissent prendre vie autour des activités commerciales dont ils souffraient de l’absence. Le processus de fabrication du tissu urbain tel que nous venons de le décrire peut être qualifié de linéaire en front de rue. Ce principe est fondamentalement opposé aux caractéristiques et à la forme des tissus urbains lao traditionnels. Effectivement dans le tissu lao, il faut pénétrer dans le cœur des îlots à l’échelle de la parcelle et de l’habitation pour comprendre le principe de fonctionnement des limites parcellaires qui sont quasi imperceptibles depuis les grandes voies. Or l’établissement du cadastre nécessite une vision claire en cœur d’îlot et une compréhension du fonctionnement local. Malgré la restructuration des limites parcellaires avec l’établissement du cadastre depuis le début du siècle dernier, nous remarquons encore jusqu’à la révision du dernier cadastre achevé vers 2005, que le cœur de nombreux îlots reste vivace dans la persistance de la structure parcellaire lao : voies et venelles tortueuses, étroites, ombragées et surtout mal délimitées ; les limites entre parcelles restent parfois imprécises et souvent matériellement absentes. Nous remarquons parfois qu’il existe une liaison discrète et informelle entre l’enclos des monastères, les venelles et certaines parcelles. II. I. b. 6. Les nouveaux programmes et les équipements publics coloniaux Parallèlement à l’appropriation coloniale des trames et armatures urbaines, la restructuration du bâti et du parcellaire, c’est le programme des équipements publics qui allaient transformer le tissu des villes lao les plus importantes. Pour comprendre cette période que l’on peut également qualifier de période de programmation urbaine, nous avons essayé de dresser deux listes pour en 408 Le terme indigène est couramment utilisé dans les cartes et plans coloniaux pour désigner le ou les parties de la ville majoritairement occupées par les locaux distinctes des parties occupées par les Vietnamiens, les Chinois et les Français.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 250 - faire des comparaisons : l’une concerne le programme des constructions anciennes (lao), l’autre concerne le programme des constructions coloniales. Les deux listes mettent en évidence la limite du programme ancien des constructions lao et au contraire, l’ampleur du programme colonial. Beaucoup d’édifices nouveaux et de fonctions nouvelles ont été introduits dans les villes lao lors de la construction de la ville coloniale. Certains de ces programmes d’équipements étaient jusqu’alors absents de l’espace lao et d’autres existaient probablement. Nous pensons donc que certains programmes réintroduits par la ville coloniale auraient existé auparavant, mais auraient disparu dans l’incendie (pour Vientiane) ou abandonnés par leurs usagers perdant ainsi leur fonction (pour les autres villes). Les programmes coloniaux dans leur ensemble induisaient non seulement la construction des nouveaux édifices jamais connus dans le pays, mais apportaient aussi un changement spatial au niveau des gabarits, de l’échelle et du tissu urbain. Ils devraient également mettre en exergue un renouvellement social des habitants. Et par la même occasion, ils devraient induire la réduction et l’altération du programme des espaces traditionnels. Les grands équipements coloniaux tels que les campus hospitaliers par exemple lorsque les grandes parcelles traditionnelles ne suffisaient plus pour leur emprise, l’administration procédait parfois au remembrement de plusieurs parcelles. On peut aisément imaginer cela pour la construction de l’hôpital central de Luang Prabang aujourd’hui transformé en hôtel de luxe. Pour Vientiane, il est difficile de trouver des exemples parlant puisqu’en étant la capitale ayant des équipements anciens importants, notamment l’ancien complexe du palais royal et ses annexes, la ville possédait alors des grandes parcelles qu’il n’était pas forcément nécessaire au début pour l’administration coloniale de remembrer pour construire ses équipements. Au contraire, les parcelles auraient été davantage démembrées pour les installations privées que sont les compartiments commerciaux. La comparaison entre les deux plans cadastre dressés en 1912 (l’un sur tissu et l’autre sur papier) met en évident ce procédé réalisé dans un laps de temps assez court, en particulier sur le quartier situant entre That Dam et Sihom-Thongtoum. Sur le plan en tissu, la zone présente encore un vide qui doit correspondre à un ensemble de rizières et de terre humide. Sur le plan papier, la zone est occupée par un ensemble de trames et des parcelles constituées avec bâtiments. Le plan en tissu est certainement antérieur de 2 à 3 années, même si les deux sont datés de 1912. Le cadastre a probablement commencé dès le début du XXe siècle pour terminer dans la partie la plus centrale en 1912. Et lorsque le plan sur papier a été réalisé en 1912, on voit que la petite enceinte est déjà entièrement cadastrée et les parcelles démembrées ou remembrées. Pour comprendre quel rôle jouaient ces nouveaux équipements dans l’organisation coloniale, et quelles implications spatiales avaient-ils dans l’ensemble de la ville, nous tentons d’étudier l’emplacement de certains d’entre eux au moment de leur construction et au moment de l’évolution de la ville. Sur ce, les notes de l’administration coloniale409 mentionnaient que les équipements dans leur ensemble ont connu une longue période provisoire. Mise à part le siège de la Résidence Supérieure à Vientiane, beaucoup de bâtiments (à Vientiane et dans les provinces) étaient construits en paillote, parfois en tôle ondulée. Et ceci, jusqu’à la période 1907 et 1910 pour Vientiane (plus tardivement pour les villes moins importantes), lorsque fut mis en application l’arrêté du Commissaire du Gouvernement interdisant l’utilisation des matériaux provisoires dans certains centres urbains.410 Les régies et les douanes Nous examinons deux cas, celui de Luang Prabang et de Vientiane. Le fait que l’emplacement de ces bâtiments est la plupart du temps situé à l’embouchure d’une rivière peut-il 409 Rapport au Conseil Supérieur de l’Indochine sur le Laos 1909-1910, cote D3, fond GGI, CAOM. 410 CAOM / Fonds GGI / Bâtiments civils / H7. 15 486.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 251 - constituer une spécificité de ce type d’équipement ? A Vientiane, les douanes et régies étaient installées à l’embouchure de Nam Passak, à Luang Prabang au bout de la péninsule, entre Nam Khane et le Mékong. C’est le bâtiment qu’occupe aujourd’hui la Maison du Patrimoine. Les embouchures sont des lieux hautement sacrés pour le schéma symbolique de la plus part des villes du Laos. Mais le choix colonial est tout à fait hasardeux par rapport à cette question. Il a semblé que le choix des embouchures des rivières débouchant sur le Mékong était considéré du point de vue de la circulation des personnes et des trafics des produits rentrant et sortant des affluents pour alimenter les villages qui les bordent et, en sens inverse, la ville. A Vientiane Nam Passak ne semblait assumer ce rôle que de manière limitée, car ce cours d’eau ne parcoure la petite plaine que 4 à 5 kilomètres vers le Nord de la ville, par ailleurs très peu peuplé, et ne desservait que quelques petits villages bien avant d’arriver au niveau de Nong Py-ing et avant de rejoindre le canal Hong Sèng. Bien qu’il soit tout à fait probable que la petite plaine avec ses riches rizières et ses riches nong et zones humides ait pu utiliser cette voie de trafic pour acheminer les produits vers le centre de la ville se trouvant sur la berge, il serait très improbable que ces éléments soient les raisons qui ont conduit à l’installation des régies et des douanes à l’emplacement de l’embouchure de Nam Passak. A Vientiane la construction des douanes et régies a été terminée en 1907411 et celle du trésor public qui a terminé la même année sera agrandit en 1910. Le centre urbain de Vientiane ayant été institué en commune en 1915 sera doté de douane communale.412 Les douanes et régies abritaient probablement le bureau de la douane communale. En 1927 des logements ainsi qu’un autre bureau des douanes et régies, ont été construits à Vientiane.413 Il y a deux ensembles de bâtiments d’anciennes douanes et régies qui subsistent jusqu’en 2009, le premier à l’embouchure de Pak passak, le deuxième juste de l’autre côté du boulevard. Ce serait ce deuxième qui fut construit en 1927. Cet équipement ne s’éloignait apparemment pas de l’embouchure de la rivière. Les intérêts économiques issus du contrôle des flux et des trafics sembleraient insuffisants pour monopoliser cet endroit dans le cas de Vientiane. Par contre dans les cas de Luang Prabang et de Paksé, il serait tout à fait probable. D’abord parce que les deux rivières étaient beaucoup plus importantes que la Nam Passak, ensuite, les villages au bord de la Nam Khane et de la Xédaun étaient plus nombreux ainsi que leurs productions. L’enjeu de la Xédaun semblait important. La rivière remonte vers Saravan et desservait des villages fournisseurs des denrées de la forêt et de l’or. Dans l’ancien temps (avant la période coloniale) elle était l’une des plus grandes voies de liaisons entre les villages de la forêt profonde -majoritairement peuplés de communautés ethniques- et les muang des T’aï qui avaient choisi, eux, les plaines plus ouvertes sur les cours d’eau les plus importants. Si la volonté de contrôler les voies de trafics fluviaux ne semblait s’appliquer qu’une fois sur deux dans le choix d’implantation des équipements en rapport avec la contribution, le site des embouchures -occupant une position importante ou pas- devenait le site type d’implantation de ce genre d’équipement. Les hôpitaux Les hôpitaux, les dispensaires et les équipements scolaires, étaient le programme le plus connu et le plus apprécié par les indigènes. La ville coloniale, et la ville tout simplement, était rendue visible aux regards des indigènes notamment par cet équipement. Avant même que les sept centres urbains se soient constitués entre 1906 et 1916, les capitales provinciales ont été dotées dès 1900 d’équipements hospitaliers, le choléra ayant été enregistré entre 1895 et 1902, des assistances 411 Dossier « Régime douanier - Laos zone franche. 1912-1914 » / Uo. 41 835/ Chambre de commerce/ Fonds GGI/ CAOM. 412 CAOM/ Fonds GGI/ Douanes communales de Vientiane/ M9. 60714. 413 Construction logements et bureaux des doanes et régies à Vientiane 1927/ CAOM/ Fonds GGI/ H7. 57 293.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 252 - médicales ont dû commencer assez tôt. Les hôpitaux contribuaient à donner plus d’importance aux agglomérations existant et à leur développement. Un peu plus tard, dans les sept centres urbains, ils devenaient des complexes plus importants qui ne cessaient après de s’agrandir et d’évoluer faisant l’objet de réhabilitation et d’extension, alors que la population des villes durant la période coloniale s’accroit lentement. Les besoins de ce type d’équipement n’étaient pas proportionnels à l’accroissement de la population urbaine, puisqu’ils ne s’adressaient pas uniquement aux urbains, mais aux ruraux des villages et des agglomérations limitrophes qui venaient gonfler le nombre des utilisateurs. On peut même dire que cet équipement n’avait jamais pu être un équipement abouti, aussi bien au niveau programmatique qu’au niveau bâti. Et ceci, jusqu’à une période tardive. L’exemple de l’hôpital Mahosot à Vientiane est typique. Construit vers 1903, puis régulièrement réhabilité et agrandi, il a connu les grands travaux d’extension dans les années 1960. Le dossier de réhabilitation et d’extension de cet hôpital est encore à jour aujourd’hui, plusieurs dossiers et projets ont été proposés par plusieurs pays donateurs : France et Japon notamment. La programmation et le type d’architecture des hôpitaux de provinces ont été à peu près callés sur les mêmes modèles que celui de Vientiane, avec quelques variantes. La position de l’hôpital était assez centrale, dans le quartier administratif de la ville coloniale. Pour Vientiane, elle était juste adjacente au siège de la Résidence Supérieure. On note dans le rapport sur la Circonscription Territoriale des Travaux Publics du Laos414 que des gros travaux de réparation et de nouvel aménagement ont été faits sur les équipements de santé, particulièrement à Vientiane. Concernant cet équipement, il était à noter que les bâtiments de consultation sont soumis à une ségrégation sociale et ethnique. Par sa popularité et très probablement par sa gratuité, il accueillait des populations de tout bord. Ainsi y avait-il des pavillons réservés aux Européens, aux indigènes, aux bronzes, aux femmes, aux prisonniers, aux contagieux, aux Annamites. Il était également mentionné qu’il y avait des pavillons payants, ce qui signifiait que le reste n’était pas payant, d’où sa popularité. Cette ségrégation ne semblait pas dérangeante à l’époque, au contraire, il facilitait la gestion de la santé publique. Il mettait en évidence le fait que la différenciation ethnique et sociale dans l’approche du problème de santé, des soins du corps et dans l’approche de la mort, exprimée dans la répartition fonctionnelle de l’espace bâti, était induite par la culture de chaque groupe d’utilisateur des lieux. Par exemple, un lao doit mourir à la maison pour avoir droit aux veillées funèbres au foyer familial. S’il meurt à l’extérieur de la maison, notamment à l’hôpital, le corps mortuaire ainsi que les veillées funèbres doivent avoir lieu au sala de la pagode. C’est alors toute l’organisation du village qui veille à ce que cette règle soit respectée pour le bien-être de toute la communauté. Cet impératif fonctionne toujours aujourd’hui. Les prisons, les commissariats, les bâtiments de sureté Les prisons, les bâtiments de sureté ainsi que les commissariats de police occupaient une place importante dans les villes par leur emprise, mais aussi par l’autorité qu’ils exerçaient sur la population. En particulier lorsque ceux-ci se construisaient dans le quartier central des villes et s’imposaient pour représenter le pouvoir et la justice coloniale. Cet équipement se construisait de préférence dans les quartiers centraux lorsque les villes offraient des espaces adéquats, un peu en périphérie lorsque les villes n’offraient plus de places. A Vientiane, à Paksé les prisons et les commissariats occupaient ainsi une position assez centrale, à Luang Prabang beaucoup moins. Très peu d’équipements de ce type sont aujourd’hui conservés. Ils ont été souvent démolis dès l’indépendance, par exemple la prison centrale de Vientiane qui était construite à l’emplacement de l’école de médecine.415 La prison de Paksé a été démolie pour laisser la place au campus administratif de la ville lors du développement des villes secondaires à la fin des années 1990. 414 Rapport de Circonscription Territoriale des Travaux Publics du Laos année 1941-1942/ cote D3. CAOM. 415 En 2008 l’Institut Mérieux y construit son laboratoire. En 2010-2011 l’Institut Pasteur y construit sa partie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 253 - Les prisons étaient principalement entourées d’enceinte (mur haut) avec des tours de guet ou des miradors. La ville s’organisait indifféremment de ce qui se passait à l’intérieur de l’enceinte de la prison, qui était alors mystérieuse et qui faisait en même temps craindre. La prison de Luang Prabang située en dehors du centre de la ville vient récemment d’être réhabilitée en hôtel de luxe, et l’hôtel du commissariat de Vientiane, en musée national. En fait, aucune prison ou poste de commissariat n’a été conservé en tant que tel. Si ces bâtiments ne sont pas démolis, ils changent de toute façon de fonction. Les prisons étaient apparues assez tôt, en même temps que l’installation des centres administratifs. Il était, en tout cas, fortement lié à la vie urbaine qui se constituait alors. En 1902, la prison des condamnés a été construite à Vientiane pour recevoir des prisonniers jugés dangereux provenants des autres commissariats des provinces. En 1917, le grand commissariat a été construit. En 1941, on commençait d’autres travaux neufs et de réparations : notamment construction de la Garde Indochinoise, reconstruction d’un mur d’enceinte de la prison de Vientiane,416 grosses réparations de la gendarmerie de Vientiane, aménagement du commissariat de police de Vientiane. Le bâtiment de sureté a été centralisé à Vientiane dont les travaux ont commencé en 1941 et terminer en 1942. Son programme était assez simple. D’après les archives coloniales, pour Vientiane, le centre de sureté disposait de dix pièces, en plus des salles de photo et de laboratoire, des salles pour l’identité et la police administrative. La salle de permanente occupait le rez-dechaussée, l’étage étant réservé au secrétariat et à la police spéciale, isolé du rez-de-chaussée. L’étage était fermé à clé en dehors des heures de bureau. 7 agents sont logés dans l’enceinte de la sureté qui comprenait en outre deux groupes de violon (prison d’un poste de police) et un garage.417 Les marchés C’étaient les marchés qui donnaient vraiment un aspect urbain aux villes et qui étaient aussi des lieux où Français, Chinois, Annamites et indigènes avaient l’occasion de se croiser, probablement le seul moment où il y avait échange entre ces communautés. Les locaux qui vendaient les produits de consommation provenant de leur propre jardin, de la cueillette et de la chasse (légume, fruit, gibier, etc.) étaient habitués aux simples étalages de produits sur natte à même le sol, ou posés sur les sanaène418 couverts ensuite de paillotes, car les marchés locaux étaient ainsi organisés avant l’arrivé des Français. Traditionnellement, les emplacements des étalages aux marchés n’étaient pas payants. Avec l’administration coloniale les indigènes (les Lao et les minorités) allaient connaître un autre type d’espace à commercer, un lieu espace qu’ils tentaient de s’y intégrer. Les lieux de marché étant les premiers inscrits dans le programme d’équippement de service urbain et aménagés dans le but d’animer la ville et de faire vivre l’économie de proximité locale, que leur construction soit issue des investissements privés ou publics, que les marchés soient gérés par une autorité publique ou une compagnie privée, les emplacements n’étaient plus désormais gratuits mais payants. De ce fait, beaucoup d’indigènes installaient leurs étales aux abords des marchés, sur les bords même des rues, difficilement réglementés. Les emplacements à l’intérieur des marchés auraient souvent été occupés par des vrais commerçants. En ce cas, ils étaient rarement lao. On peut dire que les indigènes occupaient alors les alentours ou la deuxième couronne du marché, c’est-à-dire, l’espace que l’on voyait tout de suite lorsqu’on arrivait sur la place du Marché. En quelques années, cette occupation périphérique du marché, administrativement en marge, mais spatialement intégrée, devenait une image pittoresque des villes. Le marché de Vientiane à la place Nam Phou actuelle était ainsi le plus typique d’un marché colonial urbain. Il était de même pour le marché de Paksé où en plus des étalages de fruits et légumes ou autres denrées, les marchands 416 Rapport de Circonscription Territoriale des Travaux Publics du Laos 1941-1942/ Cote D3. 417 H7. 15 392/ bâtiment civile/ GGI/ CAOM. 418 Sorte de banquette en bambou surélevée sur quatre pieds de 40 à 50 cm. Ce meuble à multi usage est généralement posé sous les pilotis pour se reposer ou travailler.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 254 - ambulants qui venaient aussi stationner autour du marché central formaient un autre groupe d’animation à l’ambiance urbaine. Plus tard, ces marchés coloniaux se retrouvaient souvent saturés. Un deuxième marché, plus grand, serait alors construit, dans un quartier moins central mais offrant plus de places. Dans les autres villes du Nord et du Sud, plus proches des minorités ethniques, il y aurait une plus grande appropriation encore de l’espace commercial par les indigènes, en devenant plus souvent un espace de trocs. Les minorités venant de leur montagne essayaient d’y écouler leurs produits pour repartir avec les autres produits qui leur maquaient. Les marchés de Muang Sing par exemple étaient ainsi très colorés par les produits, mais aussi par les personnes qui venaient vendre et acheter. Les marchés étaient construits comme un simple grand pavillon à colonnes, couvert soit par des tuiles soit par la tôle, sans mur, permettant une bonne aération et une bonne circulation des personnes. Vientiane n’avait pas conservé son marché central, la place de la fontaine l’a remplacé depuis le début des années 1960. Le marché dit central s’est déplacé depuis lors au marché du matin d’aujourd’hui. Luang Prabang et Paksé avaient conservé leur vieux marché jusqu'à récemment. Le marché Dala de Luang Prabang a été démoli en pleine période de conservation du patrimoine mondial, et tout de suite reconstruit avec des galeries marchandes plus modernes. Celui de Paksé a brûlé et a été reconstruit plus grand et plus haut. Le marché de Attapeu garde encore certains aspects de son passé : la petite taille, la désorganisation, l’implantation sur la partie un peu décentrée de la ville. Au final quasiment aucune ville n’a conservé leur vieux marché colonial. Le développement urbain actuel étant plus axé sur la répartition fonctionnelle de l’espace, il tend généralement à proposer les nouveaux marchés à l’extérieur ou en périphérie des villes, abandonnant la mixité fonctionnelle qu’incarnaient les marchés de proximité coloniaux ou les anciens petits marchés indigènes qui se constituaient souvent de manière aléatoire : au bord d’une voie, sous les pilotis d’une maison, regroupés au bout du village, etc. La tentative pour Muang Sing de promouvoir l’ancien marché en liaison avec le programme de développement socioéconomique local –entendant comme lieu de promotion des produits artisanaux des minorités ethniques de la région limitrophe– n’a pas été d’une grande réussite. Un programme de sensibilisation et d’assistance à la gestion du marché a manqué au projet : la plupart du temps, touristes et acheteurs éventuels trouvent le marché fermé. Les jardins Dans les villes coloniales du Laos, il n’y avait pas vraiment de grands jardins publics, mais plutôt des petits jardins et des squares. Les rues étant en général plantées sur leurs deux côtés avec des essences choisies pour le parfum de leurs fleurs, et ayant de larges trottoirs, les berges du fleuve ou des rivières étant assez présentes dans les villes, ils constituaient des lieux de promenade possible pour les colons et devenaient alors des espaces d’agrément en soit. Les jardins étaient du coup de plus petite taille. Des efforts spécifiques ont été faits pour le jardin botanique de Vientiane qui était à l’emplacement de l’hôtel Lane Xang d’aujourd’hui. C’était un cas exceptionnel pour ainsi dire. A Parxé on remarquait un petit square avant d’arriver au pont métallique qui traverse la Xédaun. Notons que les jardins publics n’existaient pas en tant que tels dans les villes traditionnelles. Les villes lao dans leur composition habituelle étaient très plantées, et ce sont les parcelles privées qui sont les plus arborées. Les jardins des pagodes étaient les seuls qui se rapprochaient de l’utilisation publique. La culture des promenades d’agrément dans un jardin public n’existait pas alors dans la culture lao. La réjouissance de la nature et du paysage appartenait à l’individu et au domaine privé : on se réjouit de la nature chez soit, dans son propre jardin et on se réjouit du paysage librement selon la capacité de reconstitution et d’imagination de notre vision et de notre mental. Fig. 53. Marché de Nam Phou à VientianeDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 255 - Le jardin public était donc un programme né avec la ville coloniale et appartenant à la culture occidentale. On pouvait se poser la question si le manque de grand jardin public colonial au Laos était ou pas lié à la pratique et à la culture locale, au fait que les jardins publics étaient absents dans les villes lao traditionnelles. Il serait ainsi fort probable. Les lieux éducatifs Les lieux éducatifs coloniaux avaient deux implications importantes au Laos : d’abord du point de vue spatial et ensuite du point de vue social. Du point de vue spatial, la création des écoles primaires puis secondaires, ainsi que des formations professionnelles, ont été un attrait significatif pour les lao. Etant traditionnellement appartenues au complexe religieux de la pagode, les écoles –celles installées par les Français– étaient devenues indépendantes des monastères, un programme à part entière. En 1903, on installait des dispositifs pour l’enseignement franco-lao à Vientiane. Entre 1906 et 1907, on procédait à une première réforme sur l’enseignement indigène dans les grands centres du pays. En 1908 – 1909, on installait le principe de l’instruction publique dans l’ensemble du pays419 et l’école Tafforin420 à Vientiane était en quelque sorte la vitrine. Mais les grands centres restaient les plus privilégiés. On parlait de groupes scolaires comprenant les classes, l’administration et le logement du directeur et parfois des instituteurs et professeurs. L’un des premiers groupes scolaires a ainsi été construit en 1909. La plupart des écoles publiques étaient construites sur les mêmes modèles envoyés depuis le bureau central de l’éducation. Par exemple, on remarque dans une des notes administratives que les écoles de Xiang Khouang de Thakkek et de Savannakhet utilisaient quasiment le même projet, le même plan.421 On remarquait aussi qu’au niveau du primaire, on distinguait l’école des filles et l’école des garçons, alors que dans l’enseignement traditionnel indigène, seul les garçons fréquentaient l’école. Les filles, lorsqu’elles sont dans une famille “un peu spéciale”, c’est-à-dire “ excentrique ”, apprenaient à lire à la maison. Les lieux éducatifs construits par la politique et la ville coloniale étaient une véritable révolution sociale que les Lao n’avaient jamais connue. Ils étaient accessibles aux filles et aux minorités. C’était également un tremplin social, dans la mesure où ils permettaient l’émergence d’une petite bourgeoisie liée à la fonction publique. Pour beaucoup de jeunes élèves formés, le Français allait être leur première langue écrite. Les premières vagues étaient surtout formées au Français et aux emplois administratifs et affectés au travail de l’administration, dont l’effectif indigène manquait. Après leur scolarité et leur formation, ils allaient occuper les postes administratives, plus ou moins importantes, les éléments les plus brillants rejoignaient parfois les anciens aristocrates qui étaient les premiers intégrés dans l’administration coloniale. Désormais, il n’y avait pas seulement que l’aristocratie et le clergé qui pouvaient accéder au poste de fonctionnariat comme à l’ancien temps. Un simple fils de paysan dont les parents, plus ou moins riches, ont décidé d’envoyer à l’école des Français, pouvait prétendre dès lors occuper une fonction importante. Les lieux de loisirs et de culture Les lieux de loisirs faisaient également leur apparition en tant que programme nouvel. Jusqu’à la période coloniale, mise à part les cours des pagodes (et l’esplanade, pour Vientiane) – lieux polyvalents par excellence pour toutes activités communautaires, il semblerait qu’il y avait auparavant dans les principales villes (Vientiane et Luang Prabang) des lieux de théâtre. Au palais royal ce fut le hô khrol (pavillon des danseurs de masques). Dans les villages urbains il a semblé que ce fut simplement le hong lakhone réservé à des pièces dansées du Ramayana. Dans les années 419 L’enseignement franco-lao à Vientiane 1903/ CAOM/ GGI/ R2. 20 308 ; Réforme de l’enseignement indigènes 1906- 1907 ; Instruction publique Laos 1908-1909/ CAOM/ GGI/ Enseignement/ R2. 51 067. 420 R5. 2634/ GGI/ CAOM. 421 Carton 645. Dossiers 17-20/ GGI/ CAOM.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 256 - 1950 à Ban Vat Chanh, derrière Vat Inpèng à Vientiane, il y avait encore une petite salle en bois où des pièces dansées et chantées ont été représentées. Il serait probable que ce genre de salle était apparu au moment de l’apparition à partir des années 1950-1960 du lam leuang (pièce de théâtre chantée et dansée).422 Mais il serait également probable qu’il était la survivance d’un équipement de loisir déjà ancien. Cependant, le lam leuang très apprécié vers 1950 et 1960, pouvait être joué n’importe tout à partir de trois personnages sur une natte entourée de spectateurs, et plus tard, sur des estrades dans les cours des pagodes, chez les privés lors des fêtes. Il n’y avait alors pas de raison particulière d’avoir une salle spécifique pour sa représentation. Par contre les pièces du Ramayana ne pouvaient être joués dans les mêmes conditions que le lam leuang, de par son côté élitiste à la limite du sacré. Dans l’ancien temps, il a été joué par des maîtres et des danseurs de métier dans le hô khrol situé dans l’enceinte du palais royal, donc forcément inaccessible au peuple. Et pourtant, le peuple connaissait le Ramayana par la lecture des textes au monastère, mais aussi par les représentations dansées. Où pouvait-il voir cette représentation alors ? Comme nous l’avons souligné le Ramayana ne pouvant être joué dans les mêmes conditions que le lam leuang, cela supposerait qu’un lieu ou un type de salle lui a été aménagée pour que le peuple puisse aussi voir sa représentation en dehors du hô khrol du palais royal. Les villes coloniales importantes se dotaient des salles de fêtes. Mais ce lieu était réservé plus à la communauté colon qu’aux autochtones. On organisait des fêtes nationales, des grandes réceptions pour les hauts administrateurs en missions, etc. La grande salle de fête de Vientiane a ainsi été construite à l’emplacement de Hô Kham actuel, dans l’ancienne enceinte du palais royal. Le musée des Antiquités a été construit également pas loin, en 1910,423 probablement à Vat Sissaket. Les deux équipements étaient sensés de donner à Vientiane sa position de capitale, au-delà du fait d’être le siège de la Résidence Supérieure. Mais rien ne subsiste de ces équipements coloniaux. Dans le même type, le programme d’hôtel que l’on nommait plutôt bungalow, construit plus tard vers 1930, subsiste exceptionnellement encore aujourd’hui et conserve la même fonction. Il s’agit du Sétha Palace à Vientiane. Les lieux de cultes L’Église catholique a été un des lieux caractéristiques des villes coloniales. Leur édification était surtout destinée à la communauté colon, puisque les indigènes convertis au Christianisme représentaient un nombre limité. Parmi les Annamites qui venaient travailler au Laos, certains étaient chrétiens et leur nombre venait gonfler les diocèses du Laos. L’Église catholique semblait s’organiser en quatre provinces ecclésiastiques depuis le début de la période coloniale : évêché de Luang Prabang, de Vientiane et Borikhamsay, de Savannakhet et de Champassak. 424 Dans les quatre provinces, d’importantes églises ont été construites. Elles occupaient souvent le centre de la ville, dans le quartier colonial, à côté du quartier administratif. Bien qu’elle soit centrale, l’Église catholique n’appartenait qu’à la société coloniale. Il y avait très peu de catholique lao à l’époque, par contre les minorités ethniques non-bouddhistes adhéraient significativement à cette religion. L’adhésion au catholicisme chez les Lao et en particulier chez les minorités correspondait à un intérêt assez précis à l’époque : c’est aussi à travers l’église que l’on accédait à l’éducation et aux soins médicaux, ou à d’autres formes d’aides et de soutiens. Alors que le monastère bouddhiste mobilisait des donations et de la solidarité individuelle vis-à-vis de la communauté, l’Église catholique qui cherchait à construire un diocèse local prodiguait des aides à ses nouveaux convertis. Malgré ces efforts, le christianisme ne pouvait pas concurrencer les temples bouddhistes. 422 Chayphet Sayarath, texte de présentation de la carrière de Molam Samane, lors de l’exposition temporaire dans l’ancienne maison de Marc Leguey, 2004. 423 R61. 20 217 / Vientiane GGI / CAOM. 424 En 2005 il y a les quatre mêmes évêchés. On inventorie 95 églises, 129 prêtres dont 114 nonnes. Les catholiques du Laos sont au nombre de 41 746 personnes. Cf. Maha Khampheuil Vannosopha, Les activités religieuses en RDP Lao, 2005.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 257 - La place des monastères bouddhistes restait privilégiée et vivante. Après l’affaiblissement de l’aristocratie locale (dû à la guerre siamo lao) qui était le plus fervent défenseur et constructeur des monastères et de leur pouvoir, la population poursuivait à son échelle ses soutiens au monastère en y menant des activités religieuses et en se consolidant socialement autour de lui. Peu à peu, le clergé regagnait sa place. L’administration coloniale a dû donc se recomposer avec ces éléments indigènes persistants pour gérer le Laos. Mieux encore, c’est en partie grâce à l’élite ecclésiastique que la société lao a pu se reconsolider progressivement. Beaucoup de monastères devenaient des ruines à l’arrivée des Français. Et durant les premières années de la colonisation, certains finissaient par disparaître pour laisser les terrains vacants, investis ensuite par l’administration coloniale. La plupart des monastères ont été réinvestis et restaurés par la population elle-même, en même temps que la restauration des cultes. D’autres monuments plus importants, représentatifs de la valeur artistique, faisaient l’objet de restauration par l’Autorité coloniale. Le lien étroit entre la renaissance progressive des lieux de cultes bouddhistes et celle de la société lao était flagrant. Les monastères étaient quasiment les seuls équipements indigènes qui persistaient et qui occupaient une place importante dans la ville coloniale, du point de vue spatiale et de fréquentation. Il suffit de reconsidérer aujourd’hui la densité du nombre des monastères dans les villages urbains à Vientiane et à Luang Prabang, un peu moins dans les autres anciennes villes coloniales, pour mesurer leur importance passée. II. I. b. 7. La démographie coloniale Les premiers recensements de la population ont été réalisés par l’administration française vers la fin du XIXe siècle, et comportent des lacunes, puisqu’ils n’ont pas été exhaustifs : c’est une évaluation plus qu’un recensement. Notons sans exhaustivité qu’en 1905 a été effectuée la statistique ethnique du Laos.425 Puis en 1938, des études démographiques ont été réalisées.426 Malgré cela, les faits qui contribuaient le plus aux lacunes de cette démographie coloniale furent (encore) l’ambiguïté des territoires qui faisaient partie du Laos et qui faisait aussi l’objet de démembrement et de remembrement. Il s’agit du Laos occidental, de quelques muang à l’extrême sud du pays, du Sip Song Chou Tai 427 et d’une partie du Sip Song Phan Na (le Xieng Khèng). Ces faits étaient liés aux différents traités entre la France et la Chine, entre la France et les Anglais et entre la France et le Siam, concernant la formation du territoire colonial du Laos, du Cambodge et du Vietnam. Effectivement selon que le recensement de la population du Laos avait été effectué avant ou après les traités, la situation aurait été différente. Par exemple Aymonier, qui a effectué en 1885 un voyage dans le Laos siamois, aurait recueilli des données sur la population différemment de ce qu’il avait fait, s’il avait effectué son voyage après les différents traités et événements importants. Or ses données ont été recueillies avant la prise du Sip Song Chou Tai en 1888 où plusieurs muang lao ont été définitivement attachés au Tonkin français, avant le traité franco siamois de 1893 où le Siam a reconnu la souveraineté de la France sur la rive gauche du Mékong et donc démembré de son territoire de la rive droite, avant le traité de 1903 où la France a récupéré les trois territoires lao (Xayaboury, Champassak et Xédaun), avant le traité de 1906 où la France a cédé Dane Say lao au Siam pour récupérer Banthambong, Siem Reap et Sisophon pour le Cambodge français ; et avant le traité franco chinois en 1895 où les Chinois a remis à la France le territoire de Ou-Neua.428 425 Statistique ethnique du Laos 1905/ R7. 23 832./ CAOM. 426 Etudes démographiques du Laos, 1938. D2/ 53 621 ; 53 608 ; 53 498/ GGI/ CAOM. 427 Le Laos siamois a été souvent été évoqué grâce à Aymonier (op, cit.) Cependant il était rare d’évoquer le Laos Annamite qui concerne la région du Sip Song Chou Tai attachée au Tonkin arbitrairement par la France. Le Laos Annamite – Région des Tiên (Aïlao) des Moïs et des Phou Euns (Cam – Môn et Tran-ninh), (restitué en 1893, en tête du titre : affaires franco – siamoises, C. 265). Germain et G. Grassin, Paris, A. Challamel. 1894. 240/160. 86 pp. Carte dépl.1. 428 Annexe 1 de cette thèse : Eléments chronologique de l’histoire politique du Laos. Tab. 15. Liste comparative des programmes de constructions lao et colonialesDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 258 - Prenons un autre exemple : les données sur la population des IVe et Ve territoires militaires français que Tiao Khammanh Vongkotrattana a recueillies dans son histoire de Phongsali proviennent des documents qui datent entre 1915 et 1931, après la fin des invasions hô dans le Nord Laos en 1915. Événement qui a dû beaucoup marquer la répartition démographique et ethnique du Nord Laos. Durant la deuxième guerre mondiale, la situation territoriale du Laos Occidental a dû encore changer. Les alliés en Asie pacifique et la France en Indochine étaient en position de faiblesses. La Thaïlande rangée du côté des Japonais croyant être en position de forces de manière durable, réclame et l’obtient en 1941-1942429 les territoires lao qu’elle a perdus en faveur de la France en 1903. Après la guerre et la réddition du Japon, en 1946 le Siam est forcé de rendre de nouveau ce territoire à la France.430 Dans une certaine logique, les administrateurs coloniaux ont dû effectuer leurs recensements seulement sur la rive gauche du Mékong après 1893, alors que les premières missions exploratoires du Laos, en particulier celle de Aymonier, se faisaient en territoires qui n’existent plus au Laos après 1893 et comportaient des critères plus larges. Puisqu’elles ont permis de mettre en évidence (bien que les chiffres exacts soient manquants) la population d’ethnie lao sur le territoire qu’il a parcouru sur le plateau de Khorat et jusqu’à la limite du mont Dangrèk. Il s’efforce effectivement d’effectuer une évaluation démographique en reprenant d’abord la configuration traditionnelle ethnolinguistique puis en suivant la configuration plus ou moins tracée par le système de conscription mis en place par les Siamois pour prélever les capitations que la population en question est sensée de payer aux autorités qui les administraient. Et c’est ce qui définit le statut et l’appartenance ethnique de cette population, clairement définie comme lao par les Siamois. Nous constatons après coup que l’instabilité territoriale empêche une étude démographique conséquente. La population du Laos peut passer du simple au triple, selon comment on considère le territoire : avec ou sans le Laos Occidental. Cette démographie met en évidence, en tous les cas, que l’Indochine française perd en termes économiques et de perceptions non-négligeables, un manque à gagner dans la partie occidentale de son empire indochinois si celle-ci avait été maintenue. Les rapports économiques annuels font apparaître chaque année431 que les dépenses pour le développement intérieur du Laos provenant des sources locales étaient pauvres, et que le budget local était constamment déficitaire. Le manque à gagner aurait pu alors contribuer à combler ces dépenses, au lieu de laisser instaurer, comme ce fut le cas, la situation critique qui faisait du Laos effectivement le territoire le plus pauvre de l’Indochine en termes d’investissement public. Ce problème touchait directement la question de partition du Laos, Orientale d’un côté et Occidentale de l’autre. La première partition du Laos, le Laos français et le Laos siamois La pertinence de l’analyse de Aymonier n’a pas été assez prise en compte à l’époque, du fait de l’incompétence et probablement aussi de la médiocrité des administrateurs et des politiques coloniaux, mais surtout du fait que les désavantages issus des choix politiques étaient remplacés par autres intérêts plus importants, placés à un autre niveau : notamment ceux de configurer un ensemble territorial indochinois bien consolidé à l’égard de l’Empire Britannique. Un territoire occidental au-delà du Mékong serait un appendice difficile à gérer pour l’Indochine. Et qu’il serait inutile de rentrer dans les détails sur les questions culturelles et ethniques, en ce qui concerne la région de Muang Thaèn. Son intégration au Tonkin se faisait de manière si naturelle, sans convention ni traitée. Rétrospectivement, les études historiques et anthropologiques qui mettent en 429 La Thaïlande déclare l’état de guerre avec l’Indochine française le 7 janvier 1941. Cf. Guerre de réclamation du territoire, Visithavong Na Pomphet, 2009, Bangkok, éd. Sèngdao, (en Thaï) 216 p. 430 Au Traité de Washington, le 14 novembre 1946, la Thaïlande restitue Champassak et Xayaboury au Laos français. 431 Cf. Les Rapports Economiques du Laos. Fonds GGI. CAOM.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 259 - évidence l’importance de Muang Thaèn pour l’histoire du Laos ne manquent pas de démontrer que la politique coloniale de partition territoriale du Laos était “ odieuse ”. Par ailleurs, concernant la configuration de cet empire colonial, il faut aussi s’entendre avec les Anglais. Un territoire tampon, que sont le Siam et le Laos Occidental (annexé à la fin du XVIIIe siècle par le Siam et confirmé durant la période coloniale), devrait être intègre. Et ni Français, ni Anglais n’auraient le droit d’intervenir dans ce territoire. S’appuyant sur ces principes et sur cette circonstance garantissant l’intérêt des deux empires coloniaux, le Siam maintenait avec fermeté l’intégrité de son territoire par son annexion définitive du Laos occidental dans tous les traités franco - siamois. Devant le fait accompli sur le partage du Laos, le roi de Luang Prabang, Sakkarinh, sollicita alors la France pour réclamer aux Siamois son territoire ancestral : « (…) Je demande à Votre Excellence la permission de vous remettre une protestation au sujet du règlement des frontières de mes Etats situés sur la rive droite du Mékong et de vous donner les explications suivantes (…) maintenant que je suis vassal de la France, je viens prier Son Excellence le Gouverneur Général de me faire rendre les frontières de mes Etats telles qu’elles ont été dressées dans le document remis par le Gouverneur siamois, afin que je rentre en possession de mes anciennes possessions et afin que je ne sois pas sacrifié au royaume de Siam (…) ». 432 Même si cette réclamation concerne pour la circonstance le territoire de Xayabouri,433 il semble qu’elle peut désigner aussi, entre deux mots, l’intégralité du territoire qui a été occupée par le Siam depuis la fin du XVIIIe siècle.434 Cependant, cette protestation n’aurait de la valeur qu’à condition que la France accorde une considération nécessaire à la légitimité du pouvoir traditionnel indigène, ou du moins qu’elle comprenne l’importance historique et culturelle du Laos Occidental. Or, cette dernière n’y voit aucune obligation, ni raison politique ou historique de considérer, avec sérieuse, quelconques réclamations des rois du Laos435 qui effectivement n’avaient aucun pouvoir, ni politique, ni militaire et ni économique, tiraillés entre le Vietnam et le Siam. Autrement dit, les autorités coloniales sous-estimaient l’influence, du point de vue culturel et historique, que ces derniers pouvaient avoir sur les populations locales. En occurrence, il n’était pas étonnant que les rois indigènes ont été considérés la plupart du temps comme des « roitelets » par les administrateurs français. Parfois, certains administrateurs avaient un regard plus clairvoyant que d’autres : ils pouvaient déceler les raisons culturelles et le danger qu’il y avait à laisser séparer le Laos occidental du Laos français. Sur le territoire du Sud par exemple, de Tournier –Résident Supérieur alors du Laos – a noté en 1902 dans son rapport au Gouverneur Général de l’Indochine, le problème “ des Lao coincés ” dans le territoire de Strung Trèng que la France a amputé au Laos pour le rattacher au Cambodge en 1904 pour des raisons de facilité administrative. Il souligne la gravité et les dommages sociaux que ces gens encourent en devenant cambodgien, car coupés de leur communauté d’origine. Il exprime également les difficultés auxquelles il doit affronter en tant que Résident Supérieur pour maintenir la paix et l’ordre dans le territoire lao contre les révoltes éventuelles qui pourraient être issues de cette décision arbitraire prise par le ministère des colonies. Un problème démographique, deux faits convergents Le problème démographique du Laos est lié à deux faits : d’abord, cette faiblesse démographique est traditionnelle, endogène au territoire lao et à son mode d’organisation. Ceci est 432 Extrait de la lettre de protestation du roi de Luang Prabang, Sakkarinh, adressée au gouverneur général de l’Indochine, le 26 décembre 1902. In. Recueil des traités Franco-Siamois délimitant la frontière de l’Indochine et du Siam (Lao-Thaï) 1886 - 1946. Publication du Département des Traités et du Droit, Ministère des Affaires Etrangères, RDPL. N° 003 Mars 1996. 433 Il était peu probable que Sakkarinh ait pu avoir une vision plus large du territoire au de-là de celui qui était intégré à Luang Prabang durant la “ période des trois royaumes ”. Donc ce qu’il appelait « mes anciens Etats » ne peuvaient être les territoires qui appartenaient à Champassak ou à Vientiane. 434 Champassak tombe vers 1778 sous les troupes de Maha Kasark Suk, futur Rama Ier du Siam. Vientiane tombe sous les mêmes troupes en octobre 1779. Luang Prabang sera soumis la même année mais sans batail. 435 Au début du XXe siècle, il existe encore deux rois au Laos : le roi de Champassak et le roi de Luang Prabang, la lignée de Vientiane étant décimée par l’armée siamoise.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 260 - caractérisé par des territoires, des villes et des villages peu peuplés, une organisation politique et un système particulier de répartition des hommes sur le territoire prenant en compte cette carence (la question est précisée dans le point traitant de « l’esquisse de modèles spatiaux endogènes ».) Ensuite, cette faiblesse démographique est historique liée aux déplacements forcés de la population, en particulier durant l’occupation siamoise. Les villes du Laos ne sont pas des grands centres urbains. Le pays sortait d’une période précoloniale difficile. Le contexte qui précédait l’arrivée des Français montrait un pays en désœuvrement. La guerre siamoise les a rendues plus parsemées, du point de vue physique et humain : destruction et dépeuplement de la capitale, les autres villes sont désarticulées entre elles et par rapport à leur centre ancien de décision et de pouvoir. En conséquence, les carences démographiques ont été les problèmes les plus éprouvés dans la fabrication de la ville coloniale, hérités du passé proche et lointain. Ils étaient persistants et entravaient la mise en marche du développement du Laos, de ses centres urbains et de l’ensemble de son territoire, dès le début de la colonisation et dans les années qui ont suivi. Un manque de personnel et d’activités commerciales et la politique de l’immigration Lorsque la Résidence Supérieure a été installée à Vientiane et les postes de Commissaires remplaçant les postes de Commandant Supérieur dans les provinces en 1900, la nécessité de restructurer l’ensemble de l’organisation administrative du pays était devenue urgente. Il nécessitait surtout plus de personnel. Dès lors, l’administration était tout de suite confrontée au problème de manque de ressources humaines locales. Successivement de statut de postes militaires qui exerçaient également les charges administratives nous passions au poste administratif de Résident (pour Vientiane) et de Commissaire (pour les provinces) puis aux charges attachées à la fonction de centre urbain entre 1906 et 1916436 et enfin de siège des communes. Très vite, il était constaté que ce manque ne concernait pas seulement le corps administratif, mais une population parsemée rendait également difficile l’urbanisation des centres urbains et des communes qu’elle venait de créer. Le procédé traditionnel du déplacement plus ou moins forcé de la population, qui avait été pratiqué auparavant par l’administration royale pour peupler certaines villes et remédier au problème de faiblesse démographique n’a pas été pratiqué dans le cadre de la politique coloniale. Pour reconstruire le pays en ce début de la colonisation, il était alors nécessaire pour l’administration de constituer au plus vite le personnel administratif intermédiaire (tels que les emplois administratifs, de secrétariat, d’infirmiers et d’aide soignants, de maître de chantier de construction, etc.), postes qui auraient du être occupés par les indigènes. La première vague de formation de l’élite locale à l’école coloniale était en cours et représentait un nombre limité. L’administration préconisait alors une politique de “ colonisation annamite ”. 437 Elle faisait venir du Viêtnam plusieurs milliers de personnes : employés administratifs, personnels de service, artisans, ouvriers, etc. Ils étaient accompagnés aussi de leur famille. Il était aussi nécessaire de peupler les centres urbains et leur munir d’activités. Dans les premières années, les boutiques et les activités de services se faisaient rare en ville. La politique d’encouragement de l’immigration chinoise a alors été mise en place. Pour monter les commerces, l’administration a essayé d’intéresser les commerçants chinois438 en proposant des facilités 436 Divers centres Urbains ont été érigés au Laos entre 1906 et 1916. Cf. CAOM, fond GGI, côte D3 (15 483, D38). Au total l’administration coloniale avait institué sept centres urbains : Luang Prabang, Vientiane, Thakhek, Savannakhet, Paksé, Xieng Khouang et Paksong. Labarthe C., Quelques aspects du développement des villes du Laos, Travail d’Etudes et de Recherches, octobre 1969, Université de Nordeaux, Faculté des Lettres et Sciences Humaines, Institut de Géographie. 437 « Colonisation annamite au Laos 1925-1026 »/ Rapport administratif/ CAOM/ fond GGI/ MU 48 054 ; « Essai de colonisation annamite au Laos 1903 »/ Mission Le Houan/ CAOM/ Fond GGI/ Chambre de commerce/ MO. 430. 438 Le cercle chinois au Laos a été remarqué en 1908. Son rôle était de rassembler la communauté chinoise vivant au Laos. Un réseau pour faciliter les installations du commerce était déjà probablement très entretenu entre chinois de l’Indochine, à côté des facilités administratives fournies par l’administration coloniale. CAOM/ GGI/ Cercle/ D624. 15 501/ Cercle chinois au Laos. 1908.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 261 - administratives et des offres foncières avantageuses. Ainsi, le droit d’acquisition des immeubles par les étrangers a-t-il été mise en application dès la première décennie du XXe siècle.439 Des allègements fiscaux ou des suppressions de franchises douanières a été repérés en 1932.440 Mais il aurait été probable que des efforts ont déjà été faits en ce domaine deux décennies plus tôt. Les commerçants chinois fuyant la famine qui a sévi le Sud de la Chine, les sino-vietnamiens et viêtnamiens venant du Vietnam occupaient petit à petit le secteur. Ils ouvraient des boutiques dans des compartiments à rez-de-chaussée qui donnaient directement sur la rue. Ainsi, les rues des villes laotiennes commençaient-elles à avoir des fronts bâtis continus, alors qu’ils étaient constitués auparavant d’espaces verts, intercalés avec des palissades et des clôtures végétales plus ou moins en alignement irrégulier. Les cinq villes les plus importantes du Laos allaient dès lors connaître une certaine vivacité. Deux périodes ont pourtant été remarquées comme une régression : au début des années 1930 et durant la deuxième guerre mondiale. Ainsi pouvait-on lire dans un rapport économique de 1935441 : « la reprise constatée dans le Sud n’est pas ressentie à Vientiane. Le prix de transport est cher. Plusieurs commerçants ont fermé boutique. Les statistiques de l’année passée montrent, dans la colonie chinoise, le nombre de départs a très sensiblement dépassé celui des arrivés. » Par l’importance de cette migration, la population urbaine du Laos était donc composée majoritairement d’étrangers sauf pour le cas de Luang Prabang où les Lao restaient exceptionnellement majoritaires. Une population locale peu concernée par la ville coloniale L’administration coloniale était confrontée à un troisième problème, après une faiblesse démographique traditionnelle et une population parsemée pour cause de déplacement. Il s’agissait de la désertification volontaire de la ville par les indigènes. Ceci, à l’égard surtout des nouvelles communes telles que Vientiane, Savannakhet, Thakek et Paksé. Seule la ville de Luang Prabang était une exception, puisqu’elle était la seule grande agglomération à la fin du XIXe siècle à avoir entre 8.000 et 10.000 habitants.442 La population de cette ville consolidait sa présence autour du roi et de la communauté religieuse et y menait une vie citadine plus marquée qu’ailleurs. Alors qu’à Vientiane, sans le roi, les princes et les élites traditionnelles, les habitants se retrouvaient comme sans « meneur » [z6joe], dispersés et désœuvrés. Pour qu’ils puissent adhérer de nouveau à une autorité (coloniale) il fallait que les liens et la confiance puissent se tisser ou alors il fallait que les deux parties partagent certains intérêts et certaines valeurs. Or pour eux, les Français venaient d’un autre monde, et ils n’appréciaient guerre leurs assistants vietnamiens. Les Lao étaient minoritaires dans les villes. Ils s’étaient plutôt installés dans les villages périphériques. C’est seulement après 1950443 au moment de la décolonisation qu’ils se sont « intéressés » à la ville, car ils s’y sont installés pour occuper des emplois administratifs. Et ce n’est qu’en 1954 que le chiffre s’est renversé pour Vientiane : les Lao devenaient enfin majoritaires. Cependant, la substitution du personnel administratif français et vietnamien par les Lao, faisait apparaître non pas une société plus citadine, mais plutôt une bourgeoisie liée à la fonction publique, pas plus citadine qu’auparavant, mais qui le devenait progressivement. La classe sociale de la fonction publique est parfois issue d’une petite aristocratie provinciale. Elle a une racine rurale très forte et n’a pas de connexion avec le commerce, ou alors exceptionnellement. Du coup, si parmi le personnel de service et les agents exécutants administratifs vietnamiens beaucoup sont rentrés chez 439 « Droit s’aquisition des immeubles par les étrangers au Cambodge et au Laos »/ CAOM/ GGI/ M7. 60 913. 440 Supression de franchises douanières / CAOM / Fond GGI / Chambre de commerce / U10. 43 402. 441 CAOM / Fond GGI / « Rapport économique, 1er semestre 1935, à Vientiane ». Signé le Résidence de France A Torel. 442 Les chiffres donnés sur la population de Luang Prabang à la fin du XIXe siècle ont été estimés par plusieurs explorateurs et administrateurs. Dans leur ensemble les chiffres variaient entre 8000 et 10 000 habitants. 443 Le traité pour l’indépendance du Laos a été signé en juillet 1949. Certains ministères, telles que le Ministère des Affaires Etrangères et le Ministère de la Défense, étaient encore sous tutelle de la France. C’est avec le traité de 1954 marquant la fin du conflit indochinois que le Laos devient totalement indépendant.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 262 - eux, 444 par contre beaucoup d’ouvriers et de commerçant chinois et sino-vietnamiens sont restés et ont continué à entretenir le petit commerce de proximité que les Lao ne le faisaient que très rarement. Durant toute la période coloniale et dans l’ensemble du pays, le fait que le phénomène urbain des villes concernait très peu les Lao, pouvait trouver quelques explications. En effet, avec tout le mal que les autorités coloniales avaient pour édifier les villes, la population lao a été peu concernée par la construction de la ville, à la grande incompréhension des administrateurs coloniaux les plus acharnés à “ rebâtir le Laos pierre par pierre ”. 445 Au contraire, elle continuait à prendre de la distance à l’égard du centre, habitude qui s’était installée durant la mise à sac de la ville par l’armée siamoise au début du XIXe siècle. Psychologiquement la destruction de Vientiane et de Muang Phouan ou d’autres anciens muang ainsi que la déportation de leurs habitants exerçaient une peur chez ceux qui ont pu échapper et qui transmettaient cette peur à leurs enfants et dans la mémoire familiale et régionale. Pour eux, c’est en se concentrant dans le centre que les Siamois ont pu rafler tant de monde. Alors il fallait rester en dehors de la ville et au moindre signe de menace, ils pourraient ainsi se cacher dans la forêt qui n’était pas très loin de la ville à cette époque, et parfois, ils trouvaient des refuges et des caches dans les grottes. Un autre facteur qui semblait expliquer pourquoi les Laotiens étaient peu concernés par la ville, était que l’édification de la ville par l’autorité coloniale n’était pas pour eux la reconstruction de leur ville détruite. Le mode de mobilisation de la main d’œuvre (la corvée au lieu des travaux communautaires) et le mode de gestion des hommes (par les fonctionnaires étrangers et non pas par leurs seigneurs ou leurs chefs) n’étaient pas les leurs, totalement différents et incompréhensibles, auxquels la conscience populaire associait au passé de l’occupation siamoise. A cet égard, nous constatons encore aujourd’hui que le vocabulaire utilisé pour désigner les Siamois et les Français en tant que « colon » était curieusement le même et héritait de cette compréhension populaire, corrigé par les discours idéologiques, nationaliste, anticolonialiste et marxiste. En effet il s’agit du terme sakdina446 pour sakdina siam et sakdina falang, dans le sens d’“ impérialiste siamois ” et d’“impérialiste français ”. La notion d’“ impérialisme local ”, sakdina thongthinh, a aussi été conçue pour qualifier l’élite lao qui avait participé à la démarche coloniale. Seule l’élite aristocratique qui entretenait un lien symbolique avec le peuple échappait à ce qualificatif (du moins jusqu’à 1975). Cette compréhension ne relève pas d’une erreur de jugement de l’histoire par le peuple, elle est seulement attachée à un angle de vérité et non à la totalité de la problématique. Elle montre rétrospectivement que le fait colonial n’était pas une reconstruction de leur espace et de leur société (qu’ils en soient conscients ou pas), mais une continuité d’un phénomène de construction spatiale et urbaine. La construction des villes et du pays lao était en fait aussi l’édification, l’agrandissement et la consolidation de l’empire colonial français, que le Laos en désœuvrement avait du saisir comme une dernière chance pour exister. Exister dans le giron de la colonisation et dans l’ombre de la France au lieu de disparaître, c’était l’idée qu’a semblé accepter le roi Sakkarinh de Luang Prabang lorsqu’il s’adressa au Gouverneur de l’Indochine « […] maintenant que je suis vassal de la France […] ». Cette compréhension qui se traduisait par une complaisance vis-à-vis du pouvoir colonial semblaient incarner la bonne conscience de l’ensemble de l’aristocratie locale, d’où une colonisation jugée dans son ensemble douce et sans révolte, par les colonisateurs eux même. Sans 444 Un nombre très important de Vietnamiens en quittant le Laos, ne rentrent pas forcément au Vietnam. Ils se sont émigrés en Thaïlande où une partie de leur famille était déjà installée, en se concentrant plus dans la région Nord-est. Nous verrons que ce groupe aura un rôle non négligeable du point de vue social, économique et politique : ils constituent ainsi la première génération des Viet-kyèo ayant un rapport étroit avec les faits coloniaux et la formation des forces communistes et anticoloniales de Ho Chi Minh. 445 Expression utilisée au début du siècle par les administrateurs coloniaux devant l’ampleur de tâches à réaliser pour développer le pays lao. Voir notamment Le Laos française, A. E. Picanon, Paris 1901. 446 Sakdina, de sakti (Sk) ou satti (Pl), personne possédant titres, pouvoirs, lance (armes), compétences.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 263 - cette résignation consciente de l’élite traditionnelle, Auguste Pavie ne pourrait qualifier rétrospectivement ses actions pour intégrer le Laos dans l’empire français comme une “ conquête des cœurs ”. 447 Le retour au pays des lao du Siam Pour repeupler les villes, en premier temps, l’administration coloniale encourageait les Lao qui ont été déportés au Siam à revenir au Pays. Elle soutenait l’action de quelques anciens administrateurs royaux, dans leur mission d’aller chercher en territoire siamois les Lao qui y ont été amenés de force. Le nombre des retours était important, mais pas assez pour combler le vide. Malgré les accords tacites entre la France et le Siam448 sur le principe du retour des Lao, l’action des autorités siamoises entravait bien souvent et clairement, leur retour. Beaucoup de familles ont été retenues au Siam pour cause de procès et de dettes, pas forcément justifiée, notait ainsi un administrateur français dans son rapport sur le rapatriement des Lao de la rive droite. Nous pouvons lire encore dans le rapport des administrateurs que la déception était grande concernant le nombre de ces retours, que cela était dû ou pas aux abus des Siamois qui intentaient des procès à ceux qui voulaient revenir.449 Même si ce retour ne correspondait pas à ce que les administrateurs français attendaient, nous verrons par la suite qu’il va marquer de l’intérieur la société lao tout le long de la première moitié du XXe siècle, voire, jusqu’aux années 1960, puisqu’il y a des retours réguliers par petits groupes ou individuellement. Malgré les efforts, le développement des villes lao durant la période coloniale a été peu dynamique par rapport aux autres capitales de l’Indochine. Les activités commerciales et la croissance de la population durant la période coloniale étaient surtout redevables à l’immigration et ensuite à un développement interne de la souche laotienne qui prenait plus de temps à se confirmer. Ce développement a aussi connu quelques ralentissements pendant les hostilités de la Seconde Guerre mondiale, pour reprendre un rythme régulier après jusqu’au début des années 1960. II. I. b. 8. L’ambiguïté entre méconnaissance de la ville laotienne et volonté d’établir une continuité spatiale La question des remparts et la compréhension de la structure spatiale indigène « […] La limite extérieure de la ville est toujours provisoire, notamment parce qu’il n’y a pas besoin de remparts ni de fossés […].»450 Le propos de Benevolo, désignant l’un des principes morphologiques des villes coloniales, explique assez bien le peu de places accordées aux murs d’enceinte de Vientiane durant la période coloniale. Relevé sur le plan de 1896 et encore apparente sur le plan cadastre sur tissu de 1912, il disparaît du plan sur papier de la même année : le boulevard Doudart de Lagrée se construisait dès lors sur ce rempart, rebaptisé depuis l’indépendance les Boulevards Khoun Bourom et Khouvieng. Khou Vieng signifiant “ le rempart de la ville ” le nom des nouveaux boulevards coloniaux rappelle ainsi l’ancienne fonction de l’ouvrage. Haut de plus de 4 mètres et large de plus de 1,6 mètre, l’ancien rempart était défensif avec ses merlons, ses bastions et son terre-plein. Il semble caractériser ces cités tai au rempart de brique (lorsque celui-ci n’est pas 447 Auguste Pavie, A la conquête des cœurs. Devant l’assaut des Hô associés aux troupes des chef tai de Muang Lay, le roi Ounkham aurait été sauvé par Auguste Pavie et ses hommes qui en s’enfuyant de Luang Prabang l’enmenèrent avec eux en bateau. Cependant, dans Histoire de Phongsaly, Tiao Vongkotrattana Khammanh évoque cet événement sans parler de Pavie : « […] Khamhoum (Déo Van Tri) attaqua le palais royal vers midi, le mercredi du 3e nuit de la lune décroissante du 7e mois (10. 06. 1887). Les lao ne pouvant venir à bout des Hô et des Tai de Muang Lay, s’enfuyèrent alors. […] Le Somdet Phra Chao Mahinh (Ounkham) s’était sauvé par la barque royale […] ». 448 « Rapport sur le retour de la population vers Vientiane 1894-1896 »/ CAOM/ Vientiane GGI/ E3. 20735 ; « Rapatriement des Lao à Vientiane »/ CAOM/ Vientiane GGI/ F146.25332 ; « Retour de 2000 Lao à Vientiane en 1898 »/ CAOM/ Vientiane GGI/ F742.20903. 449 Il faut remarquer que les retenus pour dettes pouvaient rester à vie esclaves des familles siamoises, si non il fallait payer une somme d’argent pour les acquitter. « Plainte des Lao pour rentrer au Laos 1903 »/ CAOM/ Vientiane GGI/ F147. 21822 ; « Contestation entre habitants rive droite et rive gauche 1898 »/ CAOM/ Vientiane GGI/ F130. 20841. 450 Benevolo, « La colonisation européenne dans le monde », in : Histoire de la ville, éd. Parenthèses, 1983, 1994, 2000. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 264 - en terre ou en palanque) doublé par une douve souvent navigable. La disparition de ces éléments bâtis a dû beaucoup changer le caractère général des villes et le rapport à leur environnement immédiat que sont les rizières et les lambeaux de forêt qui les entouraient. L’aménagement des boulevards qui remplaçaient souvent les remparts obéissait à une nécessité du temps : en Europe, cela faisait longtemps que les villes débordaient de leur enceinte intégrant les faubourgs et les boulevards. Les projets politiques pour la construction des villes coloniales Les travaux des théoriciens et les grands projets de transformation des villes européennes n’auraient pas été complètement étrangers à la construction des villes dans les colonies. Les grands percements haussmanniens et l’embourgeoisement de la ville avec la création des places et leurs façades de représentation, la pensée hygiéniste et technicienne des ingénieurs, ainsi que celle des utopistes avait dû influencer certaines idées qui ont conduit les projets de développement et d’embellissement des villes coloniales. Les Gouverneurs Généraux de l’Indochine successifs ne manquaient pas de les mettre en application. Projetés quelques décennies auparavant, ils avaient été proposés dans le Plan Doumer451 en 1898, en partie réalisées puis différées à cause des hostilités de la Première Guerre mondiale. Après la guerre, la loi pour la mise en valeur des colonies françaises présentée par Albert Sarraut en 1921452 aurait plus de conséquent sur les grandes villes indochinoises telles que Phnom Penh et Saïgon. Pour le Laos, ce sont plutôt les réseaux routiers et fluviaux qui en auraient bénéficié le plus. Dans les rapports des Circonscriptions Territoriales des Travaux Publics, les volets concernant les travaux des routes et de dérochement du Mékong et d’autres fleuves occupaient une place importante. Les objectifs généraux étant de faciliter les transports et les liaisons de l’Indochine Occidentale, de désenclaver le pays lao par rapport à l’ensemble de l’Indochine et de créer la mise en liaison interne des centres urbains entre eux et entre les centres urbains et les différents petits établissements villageois éparpillés et reculés. Un autre objectif était aussi de mieux répartir les hommes sur l’ensemble de l’Indochine. D’après les administrateurs le Laos serait-même le mieux placé pour accueillir l’immigration venant du Tonkin et du Nord d’Annam surpeuplé, mais à condition que les réseaux de transport et de route soient améliorés.453 Le développement et le peuplement du Laos colonial dépendaient ainsi de son désenclavement. La loi Cornudet promulguée en 1919 pour l’embellissement des villes françaises aurait eu aussi des répercussions dans les colonies quelques années plus tard. Elle aurait été traduite par la construction des belles villas coloniales sur l’alignement des grandes voies, par l’aménagement des rues et des boulevards plantés et des jardins publics (rue Sethathirat, Sam-Saèn-Tai, la première tranche de l’avenue Lane Xang, le jardin botanique à l’emplacement actuel de l’hôtel Lane Xang).454 Les villes laotiennes qui avaient bénéficié de certaines retombées budgétaires, étant à l’époque de petite taille, avaient dû très peu absorber les budgets généraux pour leur développement ; les autres capitales indochinoises seraient les plus grandes bénéficières. De manière générale les programmes et les projets de développement ainsi que les budgets consacrés aux colonies n’intégraient pas le programme d’étude des villes anciennes autochtones, quoique furent leur importance. La capitale laotienne était le cas typique où le vide, après la destruction par la guerre siamoise, équivalait le peu d’intérêt que l’on accordait à leur histoire dans les plans d’aménagement. Il n’était alors pas étonnant que la renaissance des villes ait pu se faire dans une méconnaissance quasi-totale de l’organisation spatiale autochtone. 451 Paule Doumer était Gouverneur Général de l’Indochine de 1897 à 1902. 452 Albert Sarraut était Gouverneur Général de l’Indochine de 1911 à 1914 et de 1916 à 1919. 453 Lettre de l’Ingénieur Principal, chef de l’arrondissement des Travaux Publics du Laos, adressée au Résident Supérieur. In : dossier de « Conférence des Gouverneurs Généraux ». Paris 03 novembre 1936. GGI/ CAOM. 454 La loi Cornudet a été présentée par Cornudet en 1919 et concernait d’abord l’embellissement des villes françaises. Cette loi serait par la suite plus ou moins utilisée pour les villes coloniales.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 265 - Le rôle de la découverte “ du beau sauvage ” et de l’exposition coloniale L’art, l’architecture et le patrimoine indigènes des colonies émergeaient pourtant au moment où les projets d’aménagement de taille importante ont commencé à être réalisés. Cette prise de conscience de la culture indigène n’était pas sans lien avec le nouveau tournant de la pensée européenne de la fin du XIXe siècle qui s’intéresse au “ beau sauvage ”. Les travaux picturaux et plastiques des peintres, comme ceux notamment de Rousseau et de Gauguin, illustraient ce rapprochement. La pensée européenne de cette époque s’était aussi illustrée par les travaux des savants qui découvraient les territoires d’outre-mers, leurs richesses culturelles et artistiques, mais aussi leurs richesses naturelles : minerais, fleuves, faune et flore, etc. En Indochine, c’est la découverte de la cité d’Angkor par Henri Mouhot vers 1866455 qui a permis aux regards scientifiques de prêter plus d’attention à la culture et aux arts des indigènes.456 Les expositions coloniales nous offraient ainsi le mieux la vision et la compréhension européenne de ces territoires et de ces cultures lointaines. Le rôle des savants orientalistes La découverte des richesses du savoir local à travers le site phare qu’était Angkor avait dû changer les donnes. Mais cela semblait seulement être les faits des savants orientalistes qui fondèrent alors l’Ecole Française d’Extrême-Orient en 1900 et qui ont mené de remarquables travaux de recherche, hélas très peu appliquées et très peu impliquées dans le développement urbain. La description des villes et leurs relevés architectureaux ont été réalisées. On effectuait l’inventaire des ruines les plus importantes et on entreprenait l’identification des langages architecturaux, tels entre autres les travaux de Parmentier et de Lunet de la Jonquière.457 Mais l’analyse spatiale et structurelle, l’analyse des modes de fonctionnement de la ville et de son espace ont été totalement absentes. Les connaissances que l’on pouvait espérer à l’époque n’avaient pas suffi en tout état de cause à assouplir la rigidité des aménageurs coloniaux. On peut dire qu’à l’exception de la mise en œuvre des grands projets et de la politique dictée depuis la métropole, la transformation des villes autochtones était aussi le produit de la méconnaissance des administrateurs. Une rupture d’usage et du mode de fonctionnement était ainsi inévitable entre l’espace indigène et l’espace colonial. Le retard disciplinaire de la pensée de la ville dans les colonies Soulignons qu’en Europe et en France la ville en tant que champ disciplinaire était à peine apparue et en occurrence dans un milieu spécifique. Les théoriciens et précurseurs de la discipline se préoccupaient de débattre avec leurs “ adversaires ” de la question de la ville. C’était déjà des tâches ardues, il n’était pas alors imaginable que leurs idées à peine naissant puissent être exportées dans les colonies. Nous voulons signaler ici rapidement les œuvres de Marcel Poëte, de Pierre Lavedan et de Giovanoni au début du siècle dernier qui faisaient de l’histoire de la ville et de ses composants historiques bâtis son outil de compréhension, mais aussi son projet. Nous voulons souligner aussi le fait que leurs réflexions sur l’histoire de la ville et leurs analyses458 étaient tenues éloignées de la construction des villes coloniales de l’époque. En occurrence, il est déjà connu 455 Henri Mouhot, Voyage dans les royaumes de Siam, de Cambodge et de Laos, réédité à Genève en 1989, éd. Olizane. La 1ere édition date de 1868. 456 Alors que l’approche scientifique fut déjà réalisée en Afrique du Nord plusieurs décennies plutôt, avec la naissance de l’archéologie et de l’Egyptologie, sous le patronage de Napoléon. 457 Henri Parmentier effectuait les premiers inventaires et relevés des monuments du Laos vers 1912. R94. 33 244/ Missions / GGI/ CAOM ; in. L’art du Laos, publication de l’EFEO éditée et révisée par Madelaine Giteau, Paris, 1988 ; Lunet de la Jonquière. « Vieng Chan, la ville et les pagodes », in : BEFEO 1-2, paris 1901. 458 Les trois théoritiens ont porté des réflexions sur l’importance de l’histoire de la ville. Pierre Lavedan, Histoire de l’urbanisme, Antiquité, Moyen Age, publié en 1926, H. Laurens, (op, cit.) ; Marcel Poëte, Introductin à l’urbanisme. L’évolution des villes, la leçon de l’antiquité, Paris Bovin 1929, réédité par Anthropos en 1967 ; Gustave Giovanoni, L’urbanisme face aux villes anciennes, édition du Seuil, Paris, 1998. (1ere édition 1931, UTET Libreria).Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 266 - aujourd’hui que les techniciens et administrateurs des colonies indochinoises, qui auraient pu être aux faits des travaux de l’intelligentsia européenne sur la question de la ville, n’étaient pas parmi les plus avertis. La méconnaissance du fondement de l’espace local ne relevait donc pas forcément de la négligence ou du manque d’intérêt, mais du retard de la discipline elle-même portée sur la ville dans les territoires d’outre-mer et chez les responsables des colonies. Dans le cas contraire, il serait imaginable par exemple que les remparts de Vientiane aient pu être intégrés dans l’aménagement de la ville qui renaît ; que les schémas symboliques des villes comme Luang Prabang et Vientiane ne soient pas abandonnés. Effectivement, le palais royal de Luang Prabang qui fait face au Mont Phu Si, et le Hô kham de Vientiane qui réceptionne un axe qui le percute en plein cintre, tournent tous deux le dos au Mékong. Ce bouleversement spatial semble entrer en collision avec l’ancien principe spatial et symbolique qui prônait un positionnement et une orientation particulière des édifices emblématiques par rapport au fleuve. Les édifices de cette importance doivent avoir leur façade principale donnée sur le fleuve. De ce fait et dans un cadre plus large par rapport au monde asiatique, l’orientation de Hô Kham et de celle du palais royal de Luang Prabang –issue de l’aménagement colonial– entrait en collision avec le Feng Shui. II. II. Les modèles endogènes Les modèles exogènes que nous avons dégagés à l’instant, semblent donner une perception inachevée de l’espace lao dans sa durée. Car ils sont conditionnés dans des cadres temporels et historiques qui n’expliquent que partiellement et contextuellement l’aspect des villes et ne mettent pas assez en exergue la question de modélisation dans laquelle les villes lao se sont peu à peu constituées. Ainsi, pour comprendre la question de modélisation de l’espace dans sa durée, nous proposons d’examiner les concepts qui auraient constitué l’espace des villes laotiennes de manière plus intemporelle. Les modèles endogènes se seraient constitués de deux manières. La première modélisation serait repérable dans le phénomène de transmission à l’intérieur-même du savoir ancien et traditionnel, explicite plus ou moins clairement à travers les questions spatiales. La seconde serait repérable à travers la réappropriation et l’endogénisation par les problématiques spatiales des éléments qui ne sont pas liés directement à la question de l’espace. Nous allons exposer d’abord ce qui semble avoir trait à des théories spatiales transmises par les savoirs anciens, et ensuite repérer les questions extérieures qui ont été endogénisées dans la problématique spatiale, servant donc à modéliser les espaces en question. Les concepts et les notions développés tant à travers les théories qu’à travers les éléments endogénisés constitueraient les bases théoriques de l’espace lao dans ses différents moments jusqu’à les années 1970. Ils auraient contribué à esquisser des modèles d’espace, ou du moins, une perception globale des formes des établissements lao, qui n’ont pas pu être clairement perçues par l’analyse de modèles historiques. Pour prendre en compte, ce que le savoir ancien et traditionnel a pu transmettre à la pratique de l’espace d’aujourd’hui, sa production, sa gestion, il faut comprendre le contexte de ce monde ancien et décoder certains langages qui ne parlent plus aux outils de production spatiale d’aujourd’hui. Pour se faire, il faut transgresser quelques règles et analyses scientifiques. Tentons de comprendre les concepts anciens à travers la définition des différentes échelles et statuts spatiaux : quels types de gouvernance et d’espace s’agissent-ils et que signifient les notions : khoum [75h,], ban [[kho], phong [zQ’F 3zJ’], muang [g,nv’], vieng [;P’], xieng [-P’] et luang [s];’] ? Quel serait les caractéristiques du choix des implantations et quel sens donner au rôle des actes et des rituels de fondation qui semblent imprégne encore l’espace des villes. Nous proposons ensuite d’apporter des réflexions sur deux éléments qui composent aussi la permanence spatiale, à savoir la question portant sur les sols dans la constitution de la ville et le rôle des espaces naturels et du paysage dans la cité. L’examen de ces éléments devrait compléter notre compréhension de l’espace transmis.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 267 - II. II. a. Les modèles d’occupation et de gouvernance Avant de définir les concepts portant sur la ville, examinons les quatres principaux stades du pouvoir et les traits de l’organisation politique qui auraient laissé leurs empreintes dans les données spatiaux et démontré que les modèles spatiaux historiques étaient profondément corollaires aux modèles politiques, dont on retrouve une certaine permanence et une certaine constance dans les espaces qui se constituent postérieurement. Le pouvoir durant la période des chefferies Nous avons avancé l’hypothèse qu’un modèle spatial aurait dû être formé au sein de l’organisation de chefferie du muang. Résumons ici l’idée comment la politique des chefferies avait-elle conçu le pouvoir et quel type de modèle spatial en était issu. Le système de chefferie lao tai était déjà probablement structuré dès l’origine dans la configuration du muang entendu comme organisation politique qui aurait mobilisé deux actions majeures : 1- installation des établissements et utilisation des terres, d’une manière démocratique et communautaire, 2- regroupement et contrôle des hommes, conduit par un système de pouvoir consentant confié au chef, dont la compétence était légitimée à la fois par un savoir personnel et empirique, et par un savoir divinatoire lié à la lignée des Thaèn F’a auto définie incontestablement par les Lao Tai. Ce double savoir qui faisait la personnalité anthropologique du pouvoir peut être expliqué par le phénomène de réciprocité de légitimation entre le dirigeant et le dirigé. Comme nous avons déjà noté : le pouvoir ne saurait exister sans la volonté des individus de se rassembler et vis versa, le peuple ne peut exister, ni se rassembler sans le meneur ayant la force et la compétence de rassemblement, que ce soit de manière pragmatique ou divinatoire. Cette forme d’organisation politique donne à voir non seulement une compacité sociale, mais également une compacité spatiale maîtrisée. C’était une compacité nécessaire d’habitat pour que tous, les Tai ban (habitant du ban) et les Tai muang (habitant du muang), puissent être bien dans leur ban et dans leur muang : à l’origine, ils devaient vivre vraiment en communauté, ni les uns, ni les autres ne doivent vivre isolés. Probablement pour symboliser cette compacité spatiale d’habitat qui devait être réellement et physiquement protégée, les ban et les muang ont été en plus délimités par un système symbolique de protection : les phi protecteurs dans les quatre orients. On peut le voir clairement avec les exemples du schéma symbolique de Muang Phouan. A propos de ce dispositif de protection, chaque ban et chaque muang auraient eu des degrés de complexité variés. La forme de l’organisation politique donne également à voir qu’il s’agit d’une organisation ouverte et dynamique dans le sens où cette organisation ne vit pas sur elle-même, mais aussi d’échange avec les autres. Au de-là de la compacité de l’habitat communautaire du ban, plusieurs anneaux (pas forcément circulaires) auraient entouré graduellement le ban. Il y a dans le premier anneau les rizières comme lieu de production immédiate du ban ; dans le deuxième anneau des lambeaux de forêts claires où les tai ban défrichent les haï, puis dans le troisième anneau, des forêts plus profondes où les tai ban auraient pratiqué la cueillette, et plus loin en quatrième anneau la chasse. Comme nous l’avons déjà noté, c’est dans le troisième et quatrième anneau que les tai ban entrent en contact et échangent avec les autres qui ne font pas partie de leur système du ban et du muang. Si le schéma que nous avons suggéré ne fonctionne plus en tant que tel, on peut néanmoins constater jusqu’à la période contemporaine qu’il existe de nombreux villages qui conservent cet archétype. Le pouvoir durant le règne de F’a-Ngoum Nous avons suggéré l’idée que le modèle spatial initial (décrit à l’instant) se retrouve enrichi dans sa période évolutive. Ceci, sous l’impulsion de la conception du pouvoir et du rassemblement des hommes comme donnée primordiale, sous le règne de F’a-Ngoum. Comme nous l’avons noté dans le point traitant de « la pensée politique de F’a-Ngoum », six idées auraient édifié la conception du pouvoir et la politique du muang : Fig. 54. Vue aérienne d’un village, entouré de rizières.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 268 - 1- Il aurait placé le rassemblement des hommes comme action primordiale et aurait également conçu la donnée humaine comme fondamentale. 2- Il aurait conçu une nouvelle répartition des hommes sur le territoire comme une action nécessaire pour développer et donner sens au grand établissement qu’il venait d’édifier : l’État lao. 3- Tout en concevant une nouvelle démographie qui intègre nécessairement les non tai dans le système du muang (mais pas dans son espace), il aurait réaffirmé un ethnocentrisme du ban et du muang de manière évidente, en donnant de l’importance très prononcée à la lignée des dirigeants de ces muang comme appartenant à sa famille, et il aurait distingué le fait d’être lao tai des autres peuples. 4- Il aurait pris conscience d’un territoire peuplé de Tai et de leur dispersion, un fait qui venaient contredire leurs liens de parenté, d’où ses actions en faveur du rassemblement. 5- Les actions de F’a-Ngoum aurait démontré que l’émergence d’un État lao tai s’inscrivait dans une continuité et non en rupture avec la période antérieure de chefferie. Les Thaèn F’a continuaient à accompagner et légitimer le pouvoir de sa lignée. Il aurait donc conçu la construction de son Etat comme un héritage du passé. 6- La conception du pouvoir se complexifiait, parallèlement à la construction de l’espace. A travers les actions de F’a-Ngoum, on voit que les muang étaient nombreux et hiérarchisés par des statuts différents. Ils se reliaient des uns aux autres de manière plus ou moins dynamique pour exister dans le grand muang que F’a-Ngoum avait édifié. Le système de liaison et les grand muang eux-mêmes devaient être entretenus. Pour cela, des tributs leur avaient été imposés. Le pouvoir au temps de Sethathirat et aux temps des deux règnes qui l’ont précédé Nous avons avancé l’idée que le renouveau religieux et la restructuration politique du territoire, étaient entièrement liés à la politique de Sethathirat, au contexte de son époque et aux deux règnes qui l’ont précédé, celui de Vixun et de Phothisarat. 1- Avec Vixun et Phothisarat on assistait à une aspiration religieuse forte du pouvoir : la conception du bodhisattva raja les avait animés comme bon nombre de monarques qui leur étaient contemporains. Le pouvoir ne s’était plus contenté d’exercer le pouvoir politique, ou de rappeler au peuple que leur témoignage de fidélité était symbolisé par le culte commun du Thaèn F’a, comme le faisait F’a-Ngoum. Le pouvoir s’endosse aussi d’une mission spirituelle pour mener les hommes et les éloigner de “ l’obscurantisme ” des croyances primitives du culte des phi. Dans ce dessein, Vixun menait de nombreuses actions : construction des monastères et des bibliothèques. Même si ses actions étaient surtout limitées à Luang Prabang, il a laissé des traces importantes dans la ville. Quant à Phothisarat, il poursuivait les œuvres de son père en accentuant le rôle des monarques dans les affaires religieuses. Elles semblaient même devenir ses principales préoccupations. Les édits contre le culte des phi et les destructions des autels des esprits qu’il avait mis en œuvre avaient marqué son époque et retenu dans l’histoire comme une radicalité religieuse rare et unique dans l’histoire du pays. Le cas de Ban Phaylom, aujourd’hui, semble illustrer cette radicalité passée. 2- Mais c’est avec Sethathirat que le renouveau se concrétise avec éclat, dans le domaine religieux, politique et spatial. Et ceci, à deux échelles, interne et externe : - A l’échelle interne du pays sa politique a été marquée par la transformation de l’espace. La politique et le pouvoir s’étaient fortifiés du contenu religieux. Le modèle politique s’était en quelque sorte formalisé par l’idéologie religieuse bouddhique, qui se voulait être l’incarnation de l’identité nationale, indivisible et unique. Des espaces, des monuments et des rites symboliques ont été créés pour renforcer cet idéale : a- Le That Luang ainsi que les divers rituels qui obligeaient les seigneurs des provinces à être présents dans la capitale ou dans les lieux de pèlerinage les plus importants ; b- Le transfert de la capitale, s’il était d’abord stratégique du point de vue de la politique régionale, semblait surtout répondre au nouveau statut du pouvoir royal. Celui-ci devait être au milieu du territoire du royaume, plus accessible que Luang Prabang aux diverses provinces Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 269 - et seigneuries que le pouvoir central devaient contrôler ; c- La nouvelle position de la capitale devait aussi favoriser son statut de modèle, elle doit exercer un rayonnement et faire circuler les savoirs et les savoir-faires vers les provinces et seigneuries. d- La création de la capitale, partant sur de nouvelles bases et accompagnant les rituels et la construction des monuments, devait donner lieu à la création des types d’unité spatiale nouvelle : types de village, types urbain. - A l’échelle externe ou régionale, la politique de renouvellement spatial de Sethathirat dévoilait la dimension territoriale plus important du pays ainsi que son enjeu régional. Le pouvoir royal changeait d’échelle en quittant la petite cité de Luang Prabang. Le nouveau siège du pouvoir devenait plus adéquat par rapport au territoire que le royaume devait contrôler. Du rayonnement illimité, le pouvoir devait se recentrer et prendre en compte le rayonnement voisin. La question de limite territoriale s’imposait alors au pouvoir politique. A contrario, du point de vue religieux les monuments qui en marquaient les symboles généraient une certaine culture régionale commune : on échangeait les savoirs de bâtir, en même temps que les savoirs religieux. Le pouvoir au XVIIe siècle Nous avons suggéré plusieurs réflexions sur le contexte du XVIIe siècle, notamment comment ce siècle, qui constituait un tournant important de la politique régionale de l’âge du commerce, avait-il changé les donnes sur le Laos, et comment avait-il influencé la question spatiale. Il semble que la question de la centralité du pouvoir a été bien entamée depuis Sethathirat. L’époque de Suryavongsa semble même être l’excès de cette centralité : tout était concentré à Vientiane, les gouverneurs étaient auprès du roi et désignaient leur représentant pour administrer leur province. Le territoire semblait être considéré comme un acquis, un héritage figé, alors qu’en réalité, ses limites étaient instables et mobiles. Dans une période charnière où on passait de l’ère de rayonnement à l’ère des limites territoriales, le Laos avec un pouvoir trop centralisé semblait connaître un certain handicap : délaissement de ses territoires, relâchement de ses gouvernants. La place aurait alors été libre pour le rayonnement des autres centres du pouvoir, dans leur démarche pour étendre leur territoire et augmenter leur influence, répondant aux opportunités du commerce maritime, afin d’acquérir des positions dominantes. La définition des concepts portant sur la ville doit apporter des réflexions fondamentales à la connaissance des villes et des établissements lao, dans leur organisation spatiale et politique et dans leur mode de gestion et de gouvernance. Nous classons les concepts en trois groupes. Le premier regroupe les notions de ban (village), de tassèng (canton) et de muang (ville). Il définit une hiérarchisation spatiale et organisationnelle. Le deuxième regroupe les termes xieng [-P’], vieng [;P’], muang [g,nv’] et luang [s];’]. Ces quatre concepts anciens sont des synonymes qui déclinent les différents concepts portés sur la ville et la cité dans leur dimension spatiale et politique. Le troisième regroupe les notions de khoum (quartier), de phong (village reculé), du tassèng (îlot) et du couple ban-muang (le pays). Ces notions qui classifient l’espace à différentes échelles et qui suggèrent l’existence de typologie d’établissements et de territoires comportent une certaine ambiguïté, mais explicitent une variabilité dans la perception et dans la représentation ancienne de la ville et de la cité. II. II. a. 1. Ban, tassèng et muang, l’hiérarchisation spatiale et organisationnelle du territoire physique et administratif Le ban [village, [kho], le tassèng [canton, 8kcl’] et le muang sont des structures administratives et territoriales anciennes. D’après le décret royal de 1966, ban et tassèng constituent un ensemble de pouvoir local très ancien que l’on appelle agnasid thonthinh. Hiérarchiquement parlant, plusieurs ban forment un tassèng et plusieurs tassèng forment un muang. Le ban le plus anciens et le plus grand constitue le chef-lieu du tassèng, ensuite le plus important et le plus historique tassèng constitue le centre du muang. Comme le ban, le tassèng est considéré comme une société rurale coutumière locale. Bien qu’il semble postérieur au ban, il provient d’une vieille coutume et d’un ancien système administratif du pouvoir local, où par rapport au pouvoir central, il Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 270 - défend et représente la population devant l’autorité du haut (centrale). Le tassèng a été aboli en 1981 alors que l’administration du ban a simplement connu quelques réformes depuis 1966 et après 1975, tout en préservant ses principes fondamentaux. Le tassèng ayant été supprimé, on passe directement de l’autorité du ban à l’autorité du muang. Avant 1975 un ban était dirigé par un po ban (père du village) et assisté par un Conseil du ban appelé kammakane [da,,tdko]. Le po ban et le Conseil du ban étaient élus directement par leurs habitants.459 Le nombre des membres du Conseil du ban était variable, proportionnel au nombre de ses habitants. Un tassèng était dirigé par un tassèng. Il était élu par les po ban et par les membres du Conseil de chaque ban. Un tassèng possédait également son propre Conseil. Les membres du Conseil du tassèng étaient donc composés des po ban et des représentants du Conseil de chaque ban. Le nombre de ces derniers variait selon le nombre des conseillers que chaque ban possédait. Le ban et le tassèng possédaient aussi des samyanes [lts,Po], des agents administratifs qui se recrutaient parmi les membres de leur Conseil respectif. Leur nombre variait selon le nombre des habitants de leur circonscription respective.460 Un ban est « une unité sociale naturelle de base, un ensemble social local et coutumier. Il est considéré comme une société locale rurale » qui a formé la base de la société lao et qui n’a pas beaucoup évolué durant toute son histoire. Il constitue ainsi avec le tassèng le premier pouvoir local. « Cette société locale et rurale se gère de manière autonome et indépendante. Elle a la compétence et la capacité légitime et juridique de défendre les intérêts de toute la communauté par son propre moyen. […] Le ban est la structure administrative primitive du royaume du Laos conformément au droit coutumier et à son histoire […] Le ban est défini par son homogénéité sociale et culturelle, par le sentiment d’appartenir à une communauté unique, de partager les mêmes intérêts, les mêmes joies et les mêmes peines. Les habitants prônent le vivre-ensemble dans la solidarité et la confiance et comprennent que le destin individuel est lié à celui de la communauté toute entière […] » (art. 1 et 2). Le décret tente aussi de formaliser une échelle à l’entité du ban et du tassèng afin de mieux les gérer, en mentionnant (art. 4) que : « un ban doit avoir plus de 20 maisons ou plus de 100 habitants pour être reconnu officiellement par l’administration », et « un tassèng doit avoir au moins 500 maisons et au moins 2500 habitants et au plus 1000 maisons et 5.000 habitants. […] Chaque tassèng possède habituellement et historiquement un ban assumant la fonction de centre et de siège du tassèng » (art. 8). Bien que les sources n’aient pas été mentionnées, les chiffres avancés par le décret semblent se référencer à une réalité fort ancienne qui aurait ainsi caractérisé la composition humaine et la taille du ban et du tassèng : d’après l’article 3 « la nomination, la désignation générale ainsi que la délimitation physique et géographique du ban (et du tassèng) proviennent des temps primitifs. Elles obéissent aux règles coutumières et se conforment à l’histoire et au droit coutumier, même si la délimitation n’a pas été formalisée de manière concrète par une représentation graphique […] ». De manière générale le ban et le tassèng sont des petits territoires anciens qui doivent s’adapter à une restructuration territoriale nouvelle plus large. La définition du ban décrit ici la constitution sociale et idéologique qui a composé primitivement son identité. Ceci, tout en mettant en évidence que le ban est aussi une composition sociétale naturelle, dont le choix physique et géographique pré-existe à l’organisation administrative que le décret royal tente de formuler postérieurement, après l’indépendance. La suite du décret exprime, non pas l’invention du ban en tant qu’administration locale nouvelle et moderne, mais la 459 Les élections du po ban et du tassèng se font sur une liste des volontaires qui se présentent et pour se présenter il faut remplir certaines conditions. Pour élire un po ban et un tassèng, traditionnellement au moment des votes les électeurs viennent entourer en cercle la personne qu’ils veulent élire. « Décret royal 1966, Décret royal portant l’organisation de l’administration de la société rurale –tassèng et ban », Luang Prabang, le 14 octobre, 1966. 460 Un secrétaire administratif pour les ban ayant moins de 300 habitants, deux sécrétaires pour les ban ayant plus de 300 habitants. Un secrétaire pour les tassèng ayant moins de 1500 habitants, deux pour les tassèng ayant entre 1500 et 3000 habitants, et trois pour les tassèng ayant plus de 3000 habitant. « Décret royal 1966 », op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 271 - volonté de donner au ban –une structure ancienne– un statut juridique et institutionnel afin de l’intégrer au mieux dans l’administration locale modernisée. En ce sens, un ban est à la fois une entité sociétale, une entité sociale et administrative, sa description explicitée ci-dessus à travers le décret royal, donne en partie une perception de ce qu’est son entité d’origine. Le décret sous-entend que parmi les caractéristiques anciennes du ban et du tassèng il y avait leur homogénéité ethnique et géographique, une délimitation de leur espace dans l’échelle territoriale : « le tassèng est un territoire naturellement constitué autour d’un lien ethnique et géographique […] il est inscrit dans un territoire dont la limite était suffisamment adéquate par rapport au nombre des habitants pour que ces derniers puissent maitriser et apprécier leurs liens de connaissance et leur solidarité afin de partager au mieux leur destin » (art. 6). « Mise à part des exceptions et des précautions particulières liées à la composition ethnique qui obligent des dispositifs particuliers, ou liées aux contraintes locales particulières, en règle générale un tassèng doit être composé au minimum de 500 maisons et 2500 habitants […] » (art. 8). Les questions d’homogénéité ethnique et géographique du ban et du tassèng renvoient aux réflexions sur les questions traitant de la « constitution et de la maîtrise du territoire » et traitant du « rôle des hommes et des terres dans le fondement de l’Etat et de l’identité politique », dont nous rappelons présentement quelques aspects. Ainsi le ban serait, à la base, mono ethnique ou du moins observant une certaine ethnocentricité dès son origine, au temps où les Lao sont apparus dans le Haut et le Moyen Mékong (vers le VIIIe siècle). Les occupations lao –sous forme de ban– auraient été implantées comme des morceaux de territoire sur des espaces inoccupés mais figurant dans une aire culturelle et politique existante. Le ban lao aurait été consolidé par un groupement de populations, détenteur de l’organisation du ban (et du muang lorsque le groupement est plus important) dirigé par un chef avec le consentement communautaire. Chef et membres du ban sont des Tai ban qui ont tous des liens avec les Thaèn F’a, leurs génies et protecteurs ancestraux. Spatialement autour de l’ensemble de l’habitat qui forme le ban, les rizières que les Tai ban ont aménagé généralement en couronne immédiate, constituent le deuxièmement élément de consolidation. Viennent ensuite en deuxième couronne les lambeaux de forêts claires où les Tai ban défrichent le haï (culture sur brûlis). Plus loin en troisième couronne, ils effectuent les cueillettes, et plus loins encore en quatrième couronne, la chasse. Et ce serait éventuellement dans les espaces qui constituent les couronnes trois et quatre que les Tai ban seraient entrés en contact avec les autres groupes, effectuant des trocs, voire, des échanges plus importants avec eux : imprégnation de techniques agricoles, de chasse et de cueillette et probablement aussi quelques croyances, etc. Et ce serait probablement aussi par cette proximité ancienne que les Tai muang auraient exercé peu à peu leur prédominance sur les populations non-détentrices de l’organisation du muang. Les espaces autour du ban et du muang sembleraient alors fonctionner comme des espaces isolants, des lieux à la fois de distanciation et de communication culturelle, ethnique et économique des Tai ban (et Tai muang), non seulement par rapport aux autres petits groupes de peuplements éparpillés non tai qui ne sont pas loin mais auxquels ils se distinguent, mais aussi par rapport aux peuples des cités dominants que sont probablement à l’époque, les Môns et les Khmers, détenteurs incontestables des grandes cités. En fait pour être clair, le ban lao était constitué fondamentalement de population d’ethnie tai lao. Les autres ethnies lorsqu’elles étaient assez homogènes formaient des villages à part. En fait la mixité dans les ban lao que l’on voit aujourd’hui n’était apparue que récemment. Ainsi lorsque l’article 6 du décret de 1966 dit que « mise à part des exceptions et des précautions particulières liées à la composition ethnique qui obligent des dispositifs particuliers […] les ban doivent avoir au moins 100 habitants ou 20 maisons », cela signifie que les règles du nombre pouvaient être transgressées ou devenir plus souples. Notamment si ethniquement les anciens ban ne remplissaient pas les conditions au niveau du nombre de leurs habitants l’administration aurait toléré provisoirement leur existence et aviserait plus tard leur groupement avec un autre village plus Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 272 - adéquat. Autrement dit la fondation des ban lao autrefois aurait respecté la composition ethnique de ses habitants jusqu’à les années 1960 comprises. Effectivement, le principe du ban en tant qu’entité sociale de base de la société lao dans sa période primitive le distinguerait des autres entités par son mode spatial et social. Il aurait permis de situer les implantations lao du ban par rapport aux autres entités qui existaient dans le territoire et d’imaginer le rapport qu’il aurait entretenu avec ces dernières. Il aurait surtout permis de constater en 1966 que le principe d’homogénéité mono-ethnique persistait à être un des principes de la composition sociale et administrative de beaucoup de ban. Alors que ce même principe était en cours de changement, suggéré par l’article lui-même, lorsqu’il dit que « provisoirement les po ban dont le nombre des habitants est inférieur ou supérieur à 100 continuent à conserver leur fonction ancienne jusqu’au nouveau décret » (art. 4). Car dans les années 1960 et au moins depuis l’indépendance, on concevait déjà le principe de l’État Nation culturellement et ethniquement composite, mais se voulant politiquement unitaire. On comprend dès lors que la réorganisation administrative, faite à travers ce décret, avait la volonté de réduire les effets négatifs de certains principes coutumiers qui persistaient, notamment ceux qui prônaient l’homogénéité ethnique, afin de mettre en pratique les principes de l’État Nation multi-ethnique qui devrait alors constituer et qualifier le Laos. Muang et toua muang Concernant le Muang [g,nv’], son origine et son concept historique étant étayés dans les points qui vont suivre, nous l’abordons ici seulement du point de vue administratif. Le muang recouvre deux significations : muang en tant que district dans l’échelon de l’administration locale, et muang (plus couramment toua muang [8q;g,nv’]) en tant que centre urbain ou agglomération urbaine. Jusqu’à la réforme de 1981 où le tassèng fut supprimé, le muang était composé de plusieurs tassèng qui était l’échelon intermédiaire entre le muang et le ban. N’ayant plus de tassèng le muang englobe aujourd’hui directement les ban. Comme le note la constitution : « La République Démocratique Populaire Lao se compose de provinces, préfectures, districts et villages » 461 le district est le troisième échelon de l’administration locale après la province et la préfecture. D’après le droit de l’urbanisme (N°03/99/Assemblée Nationale. 03/04/1999), « toua muang est le lieu de vie des communautés sociales, selon les critères suivantes : c’est un lieu d’implantation de la capitale nationale, de la préfecture (ou de l’agglomération urbaine), du cheflieu de province, du chef-lieu de la zone spéciale, du chef-lieu du district, d’une zone de concentration socio-économique ; ayant une population assez dense ; possédant des équipements publics, des biens de consommation et des services publics, tels que les infrastructures de route, de drainage et d’assainissement, d’hôpitaux, d’écoles, d’équipements sportifs, de jardins publics, de réseaux d’eaux potables, d’électricité et des télécommunications, etc. Toua muang existe en trois échelons : 1- toua muang attaché à l’administration centrale ; 2- toua muang attaché à la province, à la préfecture (ou agglomération urbaine), et toua muang attaché à la zone spéciale ; toua muang attaché au district. » II. II. a. 2. Les quatre synomymes qui explicitent les concepts anciens de ville et de cité De manière usuelle, la ville ou la cité est désignée par quatre termes : muang [g,nv’] renvoie à des notions politique, sociale et organisationnelle de la ville, alors que vieng [;P’] renvoie à sa morphologie et xieng [-P’] à son organisation spatiale. Quant au terme luang [s];’], il dénote plutôt son statut et son rôle par rapport à un territoire plus large. Ces termes sont en fait des concepts spatiaux et sociopolitiques qui se complètent pour donner une perception et une compréhension de l’espace et de l’organisation sociale et politique de la ville et de la cité lao, dans 461 La Constitution, chapitre VII, art. 62-63-64 portant l’administration locale adopté le 14 août 1991 par la VIe Session Ordinaire de l’Assemblée Populaire Suprême, IIe Législature promulguée le 15 août 1991 par le Président de la RDPLDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 273 - toute sa complexité. Elles reflètent le mode d’usage et de gouvernance historique de l’espace et de l’organisation de la ville. Leur dépouillement sémantique permet de mieux comprendre la ville d’aujourd’hui. Muang Le terme muang est probablement lao dès son origine, du moins seule la population de parler Tai Lao aujourd’hui l’utilise avec une variabilité tonale selon la région. Ainsi le plus courant on le prononce muang [g,nv’]. A Sam Neua, à Phongsaly ainsi que dans l’extrême Nord du pays, on le prononce, meung, meueug, meng [g,u’F gs,u’F g,a’]. Le mot est ancien, le Nithan Khun Bourom le mentionne pour la première fois. Dans cet annale les Lao l’auraient déjà utilisé pour désigner les deux cités mythiques desquelles ils seraient issus avant leur peuplement du Laos, dans les expressions muang theung et muang loum, qui veut dire “ cité du haut ” et “ cité du bas ”. La “ cité du haut ”, qui désigne dans le mythe “ la cité céleste du Thaèn F’a ”, aurait été la région du SudOuest de la Chine dans le Yunan. La “ cité du bas ” aurait été la région du Sip song Chou Tai dans le Nord du Vietnam. Les deux sites étaient désignés de muang thaèn ou muang theung, respectivement muang thaèn ancien et muang thaèn nouveau. D’après ce mythe le muang est à comprendre comme une société dans toute sa plénitude et sa finitude, il exprime le mythe des origines et de la fondation de la société lao, avec une certaine ethnocentricité. Le muang ne définit pas vraiment un espace, mais plutôt une organisation sociale et politique. Comment serait organisé le muang ? Le mythe évoque le Thaèn F’a qui, depuis Muang Thaèn –cité céleste, aurait été le fondateur du muang. Il aurait envoyé ses fils dans le muang loum – cité terrestre, et leur aurait ordonné d’y vivre et d’y prospérer. Il leur recommande de gouverner avec art et justice, de respecter l’esprit sacré du Thaèn F’a auquel ils doivent demander protection et auquel ils doivent vouer des cultes pour leur prospérité, et desquels ils tireraient leur légitimité, leur pouvoir et leur droit sur le muang. Si aucune perception spatiale n’est possible, à travers ce mythe l’organisation sociale paraît structurée autour du culte des ancêtres fondateurs qui légitime le groupe des dirigeants du muang mais aussi ses habitants. Une connotation divinatoire s’associe clairement au pouvoir mais aussi aux habitants du muang. En fait tous les habitants du muang seraient aussi descendants des thaèn f’a. A cette idée on perçoit une société non stratifiée, mono ethnique et socialement homogène, une société plutôt libre que soumise ou dominée, plutôt consentante qu’obligée. Le muang pourrait donc être défini comme une organisation sociale et politique spécifique aux Tai Lao. En se définissant comme “ habitant du muang ”, il est probable en ce sens que le terme tai muang est l’origine de la désignation de l’ethnie tai. Vieng Le terme vieng [;P’] renvoie à la morphologie des villes. La majorité des vieng comportent des remparts, des fortifications, des palissades en terre (khou, 76), des douves (khong, 7v’ et kheü, 7n) de formes généralement plus arrondies et plus irrégulières que géométriques. Il en était ainsi pour Vieng Phu Kha, Vientiane et Vieng Kham, villes fortifiées repérées dès le XIIIe siècle, dans les inscriptions de Rama Khamhèng et dans le Phongsavadan lao. Si le terme vieng désigne bien cette forme de ville aux enceintes irrégulières, il est pourtant difficile d’établir des règles qui puissent formaliser la morphologie de ces villes. Retenons cependant que vieng affirme l’existence d’enceinte et connote sa forme non géométrale. Il est généralement considéré que la majorité des villes et des vestiges d’anciennes villes aux formes circulaires ou irrégulières sont susceptibles d’être des productions lao, par opposition aux cités khmères les plus représentatives avec des formes géométriques. Pourtant un certain nombre de vestiges à la morphologie irrégulière ont aussi été attestés comme des productions mônes ou khmères pré-angkoriennes dans la région du Laos et hors du Laos. Par ailleurs de nombreux vestiges urbains découverts dans le pays limitrophe (notamment au Nord et au Nord-est de la Birmanie) avec des formes circulaires sont attestés être des productions Pyu de la Haute Birmanie. Des vestiges semblables ont également été repérés dans le Nord du Laos (à Luang Nam Tha, à Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 274 - oudomxay notamment) et à Vieng Kham. Ces vestiges ne semblent pas être lao, du moins rien ne peut prouver pour le moment que les Lao en sont les constructeurs. Des recherches et des fouilles archéologiques portant sur cette forme (Kheü, 7n) étant absent du programme de fouille laotien. Tout au plus des notes de signalement ont été faites par les responsables culturels locaux, telles les notes effectuées sur le site de fortification de Vieng Phu Kha et sur les douves - déblais de Vieng Kham. Quoi qu’il en soit les vieng ne peuvent être exclusivement lao. Si le terme pour les désigner semble l’être, cela aurait probablement signifié que les Lao possédaient une donnée lexicale et conceptuelle de la morphologie spatiale de ce type. Ce qui peut sous-entendre qu’ils pouvaient construire aussi des établissements aux formes irrégulières semblables. Le concept morphologique des vieng aurait en tous les cas été lié à la manière de prise de site des villes par les Lao. Lorsque nous observons le tracé plutôt arrondi des anciens remparts de Vientiane et de Luang Prabang, qui viennent s’appuyer sur le fleuve l’employant comme un des remparts de protection naturelle, il est évident que la situation du site joue un rôle important dans la forme des remparts. On peut probablement dire que le fleuve et la fortification en forme de palanque, de palissade, de levée de terre et de douve, pourraient être les facteurs conceptuels et les lexiques morphologiques des vieng. Xieng et le cas de ville tai lü de Muang Sing Le terme xieng [-P’], renvoie moins à la morphologie spatiale qu’à son organisation interne. En comparant les xieng (Chiangmai, Xieng Khouang, Xieng Dong Xieng Thong) leurs formes sont trop variables pour être prises comme critères d’identification. Sur quoi les critères du xieng seraient-ils alors fondés ? Notre analyse morphologique de chaque xieng montre que les contextes et les situations se différencient d’un xieng à l’autre, leur forme en ce cas ne peut être un critère d’analyse. Seul le xieng dans la tradition lü pourrait nous offrir des données spécifiques. D’après la tradition lü vue à Muang Sing, un xieng est une des quatre divisions de la cité, il désigne précisément une unité spatiale qui compose la cité et non la cité elle-même. Par extrapolation le mot xieng finirait par désigner la ville. Muang Sing est une enceinte carrée en terre mesurant environ 1000 mètres de côté. Deux voies primaires médianes la séparent en quatre parties appelées xieng [-P’] : Xieng Gneun, Xieng Lé, Xieng Chai, Xieng In, et donnent sur quatre directions, Sud-Est, Sud-Ouest, Nord-Ouest et Nord-Est. Quatre voies secondaires séparent la citadelle en seize groupes d’îlots de quatre, les voies tertiaires séparent la ville en soixante-quatre îlots appelés Ta ou Tassèng [8kF 8kcl’]. Un xieng est donc composé de seize îlots mesurant 50 m x 50 m, disposés en damier. Chaque îlot est composé de quatre parcelles de 25 m x 25 m de côté. L’intérieur du xieng est donc desservi par quatre voies tertiaires et deux voies secondaires qui se croisent. Deux des quatre côtés du xieng s’appuient sur le rempart de la ville et possèdent deux portes de sortie directe. La cité est alors “ un vieng aux quatre xieng ” et chaque xieng est placé sous l’autorité d’un Phraya xieng [ritpk-P’], sorte de chef de village mais portant curieusement le titre de Phraya [ritpk]. Le tassèng [8kcl’] –chef lieu– ou “ l’îlot principal ”, est localisé à Xieng Chai (xieng du cœur). Les quatre xieng intra-muros sont attachés à ce tassèng. Mise à part le Tassèng Xieng Chaï intra-muros il y a trois tassèng extra-muros ou trois zones extérieures : Tassèng Nakham (rizière), Tassèng Nam Kéoluang (eau), Tassèng Thongmai (champ, paturage). A partir des traditions de Muang Sing, deux hypothèses pourraient apporter une explication aux origines du xieng [-P’] qui désigne communément la ville pour les Lao Tai et les autres Tai septentrionaux. Première hypothèse : une unité spatiale donne son nom à une fonction administrative et à un degré d’étude monastique, dans la mesure ou celui qui en acquiert est destiné à l’administrer. Donc, est appelé Phraya xieng celui qui est nommé pour administrer le xieng. Seconde hypothèse : un degré d’étude donne son nom à une unité spatiale. Le Phraya avant d’être nommé chef de cette unité spatiale aurait acquis un titre en sortant des premières années d’étude monastique en tant que novice. Ce titre est effectivement xieng, et ce serait par ce titre que le petit territoire urbain et social de la ville acquis ce préfixe, endossant le titre de celui qui était en charge de l’administrer. En outre il existe encore fréquemment des villes dont le nom commence par xieng. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 275 - Mais jusqu’à présent le rapprochement entre xieng –la ville, et xieng –le titre du noviciat n’a jamais été fait. Du point de vu historique cela a un intérêt particulier : si l’unité spatiale xieng donne son nom à une fonction administrative cela peut signifier que la création et l’organisation du xieng serait antérieure à l’organisation du système éducatif bouddhique, en grande partie restructuré autour du règne de Vixun et de Phothisarath, fin XVe et début XVIe siècle. 462 La structure et le concept du xieng ne sont donc pas nés au XIXe siècle avec la fondation de Muang Sing, sachant que l’ancienne ville étant à Xieng Khaèng (Jyn Khaèng) qui date du XVe siècle.463 Muang Sing aurait été un établissement qui s’est référé à un modèle ou du moins à une tradition urbaine déjà ancienne. La conception du xieng chez les Lao Lü à Muang Sing serait-elle le modèle primitif des xieng des villes lao en général, dans la mesure où les xieng des Lü sont les seuls à se définir spatialement et aussi précisément. Avec cet exemple ce serait donc à la culture Lü du Sip Song Phan Na que nous devons nous rapprocher pour comprendre l’essence de ce qu’est un xieng et ce qu’est la ville chez les Lao. Par défaut de ne pouvoir mener une étude plus poussée dans les villes du Sip Song Phan Na, nous prenons alors les établissements lü du Laos comme référence. Reste cependant à savoir si les xieng ont à l’origine une morphologie carrée, ou du moins géométrique, et une organisation administrative aussi clairement délimitée que Muang Sing. L’exemple des quartiers et villages portant le nom xieng dans d’autres villes nous montre que ce n’est pas le cas. Luang Prabang ou Xieng Dong Xieng Thong n’a pas une morphologie géométrique mais organique, semblable à la première enceinte de Vientiane. Et même si certains villages qui la composent aujourd’hui se nomment xieng, ce sont des villages (ban) gérés par des chefs de village. De ce fait, nous aurions pu rapprocher le xieng au ban, considérant qu’il s’agit du même espace et la différence ne relèverait que du vocabulaire. Or le terme xieng est spécifiquement attribué à une unité spatiale et semble à l’origine réservé à la ville ou à une situation citadine. Bien que le ban constitue aussi une unité spatiale, il semble plutôt désigner son aspect social et administratif qui le compose. Par ailleurs, le ban peut être isolé à l’extérieur de la ville, comme une unité autonome, en particulier lorsqu’il se situe en pleine compagne hors des murs de la cité, possédant une certaine centralité, un noyau, un sens local plus affirmé du moins socialement, comme nous avons noté précédemment dans la définition du ban. Au contraire, un xieng en tant qu’unité spatiale (avant son extrapolation territoriale pour désigner la ville, telle que Xieng Khouang) ne peut être isolé mais faisant partie du périmètre de la ville. Un xieng serait donc une unité qui n’existe que dans une maille urbaine et qui n’aurait pas d’autonomie locale du point de vue administratif puisque le Phraya xieng –sous l’autorité duquel le xieng est placé– est installé physiquement à proximité immédiate de l’autorité centrale du royaume. Effectivement les princes lü du royaume de Xieng Khaèng résident au centre de Muang Sing. Ce centre est entouré par une palissade de forme carrée englobant une partie des quatre xieng. Aujourd’hui de nombreux ban dont le nom porte le préfixe xieng et existant en dehors des villes, auraient vraisemblablement été autrefois organisés en xieng, c’est-à-dire faisant partie intégrant d’ancienne organisation du muang. Le xieng représente donc un autre espace, il ne fait pas partie de l’échelle hiérarchique, ni en dessous ou ni au-dessus du ban. C’est une unité de mesure spatiale spécifique à caractère urbain. 462 D’importantes réformes de l’organisation religieuse ont été mises en œuvre durant les deux règnes, notamment concernant les différents degrés d’étude monastique tels que xieng, thit, tchane et maha [-P’F myfF 9koF ,tsk]. Le terme xieng apparait déjà dans le Nithan Khun Bourom, évoquant la fondation du Lane Xang par F’a-Ngoum au milieu du XIVe siècle, en même temps qu’apparaît le système d’hiérarchisation des muang. Par exemple parmi les six muang qui ont été statués comme des Kheuane Muang [g7nJvog,nv’] du Lane Xang (Kheuane muang signifie “ ville barrage, ville forte ”), l’un se nomme Vieng Xieng Sa. Les xieng dateraient donc, au moins du milieu du XIVe siècle, et vraissembablement bien avant. 463 La datation de Xieng Khaèng est située au XVe siècle d’après la Chronique de Muang Xieng Kaèng analysée par Lafont. Cependant, dans le Phongsavadan annoté par S. Viravong Xieng Khaèng aurait déjà été mentionné durant la campagne de F’a-Ngoum vers 1354 comme l’un des muang du Lan Na dont le roi, Phra Chao Sam Pagna aurait résidé à Xieng Saèn.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 276 - Par ailleurs, ce qui nous empêche d’assimiler le xieng au ban c’est qu’il existe en Lü le terme dao [fk;] 464 pour désigner le ban. Actuellement, étant donner que Phraya xieng et le système féodal lü n’existent plus, un xieng est administré comme un ban avec un chef de village. C’est pourquoi un xieng est parfois désigné par le terme dao, comme par exemple Dao Xieng In désignant Xieng In, l’un des quatre xieng de Maung Sing. Le sens origine du xieng se retrouve ici altéré. Cette altération fausse la compréhension de l’espace d’origine du xieng. C’est une déformation spatiale corollaire à la disparition de la structure administrative et socio-politique traditionnelle lü, intervenue surtout après la deuxième guerre mondiale et traduite probablement par l’isolement de la région du haut Mékong par rapport au reste du pays.465 Par ailleurs, signalons que les villes portant le préfixe xieng n’existent que dans le Nord, au de-là de Vientiane. Nous pouvons donc considérer que le xieng est une tradition du Nord, et si elle se confirme être la base conceptuelle et le modèle des établissements urbains lao, elle le sera uniquement pour les villes du Nord, l’analyse de celles du Sud au regard du concept xieng doit être faite avec prudence. La morphologie de l’enceinte de Muang Sing est issue d’une pensée organisationnelle, d’un concept spatial et d’un schéma symbolique structuré, voire d’une planification. Dans sa globalité elle fait partie des villes lü aux plans quadrillés qui existent dans le haut Mékong et dans le Sip Song Phan Na (en Chine et au Myanmar) duquel Muang Sing s’est scindé. Il serait intéressant de comprendre les liens culturels et politiques entre ces villes. Pour Muang Sing, sa particularité, ce sont ses mesures et son échelle métrique. Son unité spatiale organisée en xieng met en évidence la concomitance entre le système de gestion et le système spatial (comme nous l’avons souligné précédemment à travers l’étymologie du terme xieng). S’il existe ailleurs de nombreuses villes au plan carré ou quadrillé qui ne sont pas lü, telles que Chiangmai, Khorat et Sukhothai, aucune d’entre elles ne donne une standardisation parcellaire aussi parfaite que Muang Sing. La parcellisation, 25 x 25 mètres la parcelle et les 50 x 50 mètres l’îlot, aurait été établie dès le départ de la fondation de la ville. Les habitants viennent occuper ensuite les parcelles pré-délimitées. En d’autre terme, le plan de Muang Sing aurait été dessiné, puisqu’à la fin du XIXe siècle les Siamois l’auraient retrouvé et l’auraient utilisé pour le relevé du plan de la ville.466 Muang Sing possède un lak muang [s]adg,nv’], borne de fondation. La fête religieuse bouddhiste annuelle qui lui est consacrée a été interdite après la libération de Muang Sing en 1962.467 La fondation des lak muang est composée de cinq bornes en pierre disposées comme un jeu de dé, c’est-à-dire en carré avec la cinquième borne au milieu. Les bornes sont enterrées, restant visibles une quarantaine de centimètres. Chaque borne est doublée par une tige de bois qui se rejoignent pour former une pyramide avec la tige du milieu plus longue que les autres. Cela reconstitue en quelque sorte la forme d’un stupa. Ensuite, l’ensemble des bornes est entouré par une petite palissade faisant office de clôture. Sous chaque borne est enterré un sutra bouddhique. N’ayant pas accès à ces éléments, nous ne connaissons ni la nature, ni l’écriture des supports. Les 464 Le terme dao [fk;] signifie “ étoile ”. Il est improbable que dao qui désigne aussi ban chez les Lü ait pu avoir un rapport avec les étoiles. A moins de considérer que les “ tâches d’huile ” représentées par les établissements tai soient comparées aux constellations. Par contre si nous gardons l’accent lü du terme dao, nous aurons dāo [fkh;] pour l’accent tai de Vientiane, terme utilisé en association avec le terme daèn [cfo] qui signifie “ limite ” ou “ aire ”. Daèn-dāo [cfofkh;] désigne un territoire de manière imprécise et abstraite. Si tel est le cas, daèn-dāo [cfofkh;] que nous désignons généralement un territoire de manière imprécise trouverait ici son étymologie. A l’origine dao aurait désigné alors ban avant de prendre un autre sens désignant un territoire vague et sans limite. 465 Cet isolement est apparu après que le conflit colonial se soit terminé. Après cela il y aura la période des seigneurs de la drogue du triangle d’or pendant la guerre froide. La libération de la région Nord Laos au début des années 1960 par les forces communistes isole encore davantage la région par rapport au reste du Laos. Une fois tout le Laos devenu communiste, la région Nord continue à être isolée car difficile d’accès. Le gouvernement actuel espère réaliser son désenclavement avec l’établissement des réseaux économiques transversaux dans le cadre de la RGM. 466 Le cadastre moderne de Muang Sing n’a été établi que vers les années 1990 et la valeur de ses transactions foncières, un fait apparemment récent, n’existe réellement qu’avec l’établissement de ce cadastre. 467 La libération de 1962 par le Néolao Issara de la Province de Houa Khong (ou le Haut Mékong) a séparé la province en deux. Muang Sing et Muang Luang Namtha devenaient alors le bastion de la zone libérée du Nord. Autour des années 1990, l’avant actuel Chao Muang, souhaitait rétablir la cérémonie du Lak muang réclamée par la population. Allant à l’encontre du “principe scientifique révolutionnaire” elle n’a pas pu être rétablie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 277 - habitants interrogés sont incertains et suggèrent plusieurs possibilités : tissu, feuille de latanier, plaque de bois, d’or ou d’argent. L’écriture aurait été en Tham Lü.468 Ces bornes sont instituées par des rituels religieux, notamment bénies par les moines bouddhistes. Rappelons que le chiffre cinq correspond aux cinq préceptes bouddhiques et nous le retrouvons également dans la symbolique du Pancasila. 469 Muang Sing possède également un lak muang [s]adg,nv’] pieu de la ville, et un phi muang [zug,nv’] sorte d’esprit ou génie protecteur du muang. Alors que la cérémonie consacrée au Lak muang a été interdite à partir de 1962, le culte du Phi muang a toujours été maintenu. Son autel se trouve à l’extérieur de la ville, à Ban Xieng Moun, la fête qui lui est consacrée annuellement a lieu au mois de janvier et les habitants lui sacrifient un buffle ou un cochon. Durant cette fête qui dure de trois à sept jours, il est interdit d’entrer et de sortir du ban ou du muang. Du point de vue formel Muang Sing peut être considéré comme un cas unique au Laos, même si nous repérons des formes de rempart géométriques semblables dans d’autres villes, tel le rempart rectangulaire en terre à Vientiane qui était encore visible dans les photographies aériennes des années 1950. Dans la majorité des cas, l’absence de données archéologiques les concernant ne permet pas de comprendre leur fonctionnement interne. Muang Sing est donc à ce jour représentatif à lui seul de ville carré dans le territoire lao et peut être rattaché aux modèles de villes lü courants et nombreux à l’extérieur du Laos. Mais par son jeune âge, il ne peut se placer comme véritable modèle par rapport aux autres villes de forme géométrique qui sont historiquement plus anciennes. Par contre, Muang Sing est vraisemblablement une reproduction d’un modèle et d’un concept ancien qui trouve sa place dans une configuration spatiale plus large, identifié dans le royaume de Xieng Khaèng au début de sa fondation. Ce modèle pourrait remonter lui-même à deux sources : à Xieng Hung du Sip Song Phan Na auquel Xieng Khaèng s’était émancipé (donc probablement aux villes chinoises), puis aux villes Shan de Birmanie son suzerain de près de quatre siècles et auxquels il aurait emprunté les structures politiques et l’organisation dynastique. C’est alors sous cet angle que sa fondation doit être examinée si l’opportunité se présentait. Par ailleurs les autres villes du Nord non lü, dont le plan est géométrique (Chiangmai notamment) et avec lesquelles Muang Sing aurait peut-être certains liens, doivent également attirer notre attention bien que leur maillage interne ne donnent pas une lisibilité aussi claire que celui de Muang Sing. D’après la Chronique de Xieng Khaèng, l’histoire politique de Xieng Khaèng était liée à l’Etat Shan, au Lan Na, et aux Sip Song Phan Na, jusqu’à la main mise du Siam sur le haut Mékong dès le début du XIXe siècle et jusqu’à l’annexion définitive du Lan Na par ce dernier. Luang Le terme luang [s];’] signifiant “ grand ” ou “public” est vraisemblablement d’origine lao. Placé devant le nom de ville, il donne à cette dernière son statut de capitale ou du moins, la place hiérarchique qu’elle occupe par rapport aux autres villes. Cette attribution semble tenir non pas tant à la taille de la ville, mais davantage à son statut administratif, probablement à l’installation d’une autorité importante ou relevant directement d’une autorité royale. Après Xieng Dong Xieng Thong, la ville royale acquérait ainsi le nom de Luang Prabang, demeurant à l’époque la capitale munie de la statuette sacrée du Bouddha. Quant à Luang Nam Tha, fondé en 1630 sous le nom Luang Houa Tha, en pleine période birmane, la ville semble avoir été à cette époque une capitale régionale sous domination birmane. Quant à Vieng Phu Kha fondée bien avant la période de pacification de F’aNgoum et appelée autrefois Luang Phu Kha, l’histoire semble attester son importance en tant que grande ville ou capitale des populations de parler môn-khmer. 468 Le Tham est une écriture ancienne qui aurait des racines venant du Nord-Est de l’Inde, employé pour les textes religieux gnouan, lao et lü. Mais de L. Finot à M. Lorrillard, en passant par le linguiste M. Ferlu, l’origine ce cette écriture ne peut être attestée de manière certaine. M. Lorrillard « Ecritures et histoire : le cas du Laos », Aséanie 22, décembre 2008. 469 Panca (Sk) désigne le chiffre cinq et sila, la pierre. A That Luang, au lieu de constitués de cinq sila, les cinq préceptes se réunissent dans une seule borne appelée la borne du Pancasila. Nous y voyons représentées les cinq fleures gravées en forme de Thammachark, la roue de la loi.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 278 - Les deux exemples auraient été des grandes villes ou capitales non tai les plus importantes du Nord au de-là de Luang Prabang. Dans tous les exemples le terme luang semble affirmer la notion de capitale. Avant de devenir un adjectif signifiant simplement “ grand ” et couramment utilisé par tout dans le pays, le mot luang appliqué au statut des villes semble être de culture nordique : on ne trouve pas dans le Sud l’utilisation de ce terme. L’ambiguïté des termes Khoum [75h,] (quartier) Khoum désigne littéralement le “ quartier ”. L’espace qui le forme est moins précis que le ban [[kho]. Ce dernier désigne le village qui est précisément délimité par le nombre des maisons et géré par une forme d’organisation locale très ancienne. Physiquement un khoum est plus petit qu’un ban mais il ne peut être identifié par le même système de hiérarchisation spatiale que celui du ban, dans la mesure où un khoum peut comprendre une ou des parties de plusieurs villages. En fait les critères d’identification du khoum sont différents de celles du ban. Un khoum est un lieu ou un ensemble de lieux qui s’harmonise et s’organise autour d’une ou de plusieurs caractéristiques communes. Ces caractéristiques peuvent se baser sur une composition ethnique, lorsqu’un ensemble de lieux est habité par une population à dominance ethnique homogène : khoum chinois, khoum vietnamien (pour quartier chinois, quartier vietnamien). Elles peuvent aussi se baser sur l’aspect des éléments bâtis dominant, sur une caractéristique géographique, sur la prédominance d’un monument, d’un monastère, d’un équipement : khoum hong théo (quartier des compartiments), khoum khèm kong (quartier de berge), khoum That Luang (quartier de That Luang), khoum Vat Chanh (quartier de Vat Chanh), Khoum talat lèng (quartier du marché du soir), etc. Le khoum représente donc la spatialisation d’un ensemble d’idées, de perception, d’usage et de mode de fonctionnement, de caractéristiques. Indépendamment et antérieurement à la définition précédente, ou complètement corollaire à elle, le khoum désigne spécifiquement le quartier princier, la deuxième couronne spatiale de la maison royale. Vang [;a’] étant le palais royal lui-même, khoum utilisé seul sans le nom propre désigne alors tout le quartier qui l’entoure, habité par les membres de l’aristocratie. Ainsi, habiter dans le khoum, c’est habiter dans le quartier des princes. Cependant, si les princes se regroupent pour vivre par exemple dans un quelconque quartier de Vientiane, le quartier ne pourra pas pour autant être désigné comme khoum. Ce qui voudrait dire que pour qu’un lieu puisse être désigné comme khoum, il doit être aussi lié au pouvoir royal et probablement à l’acte officiel d’installation de la résidence royale. Aujourd’hui à Champassak le khoum existe toujours dans le vocabulaire local. Il désigne alors les quelques ruelles et maisons qui ont été habitées par les princes de Champassack. Il est de même à Luang Prabang, alors qu’à Vientiane cette notion a depuis longtemps disparu. Le khoum n’existe donc que dans les deux villes, sans doute parce qu’elles étaient la résidence respective des derniers pouvoirs traditionnels jusqu’à récemment : Luang Prabang a été la résidence royale jusqu’à 1975, et Champassack, celle de la maison princière jusqu’à 1975. En outre, quelques princes très âgés y résidaient encore jusqu’à leur décès début des années 2000. Il est très probable que le deuxième sens du khoum est l’origine du premier. En ce cas, il aurait d’abord désigné l’espace occupé par le groupe des détenteurs du pouvoir politique ancien avant de recouvrir généralement le sens de quartier. L’espace physique qui forme un khoum, dans les deux sens du mot, n’est pas délimité et n’avait aucune structure administrative. Un khoum n’est donc pas un terme à utiliser dans la hiérarchisation administrative, mais dans la classification historique de l’espace, apparu avec la distinction sociale et la distinction du pouvoir spatialisée. En ce cas, la notion de quartier du khoum en tant qu’espace serait née postérieurement au khoum en tant que lieu d’habitation des membres du pouvoir royal et princier. Le khoum-quartier serait donc un dérivé, une corruption du khoum.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 279 - Que ce soit la notion de khoum en tant que quartier, ou la notion de khoum en tant que lieu de résidence royale et princière, le khoum n’aurait pas existé en milieu rural. Il n’existerait que dans la cité, dans la ville, quelle que soit l’importance de cette dernière. Le côté citadin et urbain du khoum semble ici évident et lié au pouvoir primitif. En ce cas, la citadinité ou l’urbanité ne seraitelle pas née du khoum, du mode de résider du pouvoir ? Et si vivre dans le khoum implique un code comportemental et verbal comme le veut l’usage, la citadinité étant dérivée du khoum, cela aurait signifié que vivre en ville implique un code similaire, de la part du citadin. C’est peut-être à ce niveau aussi que le rural se distingue traditionnellement de l’urbain. Car contrairement à la perception urbanistique européenne qui affirme souvent, à travers les différents paramètres, que l’urbain et le rural au Laos sont difficiles à distinguer, pourtant le commun des Lao, usager de l’espace, représente clairement dans sa tête et dans les mots qu’il utilise ce qu’est la ville et ce qu’est la campagne. Cette aisance de perception spatiale et de la sémantique ne proviendrait-elle pas justement du sens primitif du khoum que l’on concevait comme essence de la ville, de la citadinité et de l’urbain. Phong [zQ’] D’après K. Vongkotrattana, phong aurait désigné “ village ou établissement reculé, situé dans la montagne, dans la forêt. ” Ceci ne concernerait alors que les villes du Nord, notamment la région de Phongsali, car aucune ville du Sud n’a été désignée ainsi selon ce principe typologique. Le terme n’aurait été utilisé que dans le cas où les populations du village et de l’occupation en question étaient majoritairement non tai. Et Phongsali était majoritairement peuplé de Phu Noy et de Hô. Cela aurait signifié deux choses importantes : premièrement, cela conforte l’idée que le ban avait comme une des principes l’homogénéité ethnique et aurait rejeté à l’origine la mixité. Deuxièmement, cela avance l’idée que tout en rejetant la mixité ethnique à l’intérieur du ban lao, on aurait accepté l’existence d’un autre village non tai et peuplé d’autres ethnies indépendamment du ban. Ce village aurait donc été désigné notamment comme un phong, avec donc une désignation différenciée. Tassèng D’après la conception de la cité tai lü, tassèng a une autre signification que l’équivalence du canton, qui est une administration locale intermédiaire, entre le ban et le muang. Tassèng, d’après notre informateur, le po thao Sèng Chaï, désigne un des quatre îlots à l’intérieur d’un xieng. Celui-ci mesure 50 m x 50 m et contenant quatre parcelles. Ta désigne dans un vocabulaire courant “ œil ” ou “ maillage ”, et sèng désigne “ lumière ”. D’après les deux sens du mot composite, tassèng aurait une connotation nettement descriptive et correspondrait approximativement à “ un vide en maillage ”. “ îlot quadrillé ”. Ban - muang Ban - muang [[khoD g,nv’] désigne le pays. Du fait que les Lao conçoivent le pays par le mot muang ou ban-muang, ils appliquent aussi cette expression pour désigner le pays étranger. Notamment lorsque F’a-Ngoum utilise l’expression ban-muang dans les recommandations faites à ses chao khun, il désigne effectivement les royaumes voisins : « Gardez vos ban et vos muang de telles sortes que vous puissiez voir clair les intentions des ban-muang étrangers qui vous entourent ». Cette expression qui est encore d’actualité explicite un concept particulier chez les Lao. Non seulement ban-muang signifie le pays, mais il est clair surtout que le concept du pays et du royaume est formé hiérarchiquement des ban et des muang. On remarque aussi que dans cet adjectif, du ban on passe au muang omettant le tassèng. Ce qui pourrait signifier que le tassèng est un maillage administratif intermédiaire et secondaire qui viendrait après l’organisation beaucoup plus ancienne du ban et du muang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 280 - II. II. a. 3. La conception de la gouvernance des muang dans Syaosavat le Maha Bandit Syaosavat, une personnalité à la fois ambigüe et mythique, est le personnage central d’un roman philosophique qui porte le même nom et qui a été écrit entre le XVIe et le XVIIe siècle. Sa personnalité a une connotation religieuse par sa qualité morale, et historique par le réalisme de ses propos. Il est devenu un sage et conseiller du roi après avoir voyagé et parcouru le monde. Il aurait été l’image des rares hommes savants du XVIe et XVIIe siècle de l’âge du commerce et de la découverte du monde. En dénonçant la médiocrité et l’hypocrisie de la cour, il se place en dehors de la société et du pouvoir ; en participant à la gouvernance par les conseils donnés au roi, il fait partie du pouvoir et semble joué un rôle important dans la constitution idéologique du muang et dans la morale politique adoptée par le pouvoir, du moins, il exprime l’idéal politique que l’intelligentsia de l’époque aurait apprécié. Parmi les nombreux thèmes et maximes moraux traités dans le Syasavat, 470 il y a la conception du muang dont l’organisation se réfère clairement aux principes moraux bouddhiques. La conception du muang est développée sur dix points principaux, paraboliquement représentés par les systèmes constructifs et l’anatomie. Le muang doit être composé de : 1. Le khreuane muang [g7Jnvog,nv’], le barrage ou la digue du muang. Cet ouvrage aurait symbolisé les trois joyaux qui protègent la communauté vivant dans le muang. Ce sont le Bouddha, le dhamma et le sangha. Pour Syaosavath, le muang doit être régi par la religion du Bouddha. La population doit observer les principes moraux du dhamma pour assurer une société saine, d’ordre et de paix. Sans ces trois joyaux, le muang ne saurait être, et la société retournerait à l’état de la barbarie. Dans la mesure où celui qui compose le Syaosavat aurait été un des lettrés de la cour, ce fait doit refléter la place que prend le bouddhisme dans le milieu intellectuel du XVIe et XVIIe siècle. Le Syaosavat montre ici que le bouddhisme a été clairement le principe moral et l’idéologie officielle du muang de cette période. 2. Le ming muang [,yJ’g,nv’], l’esprit du muang. Ce sont les devata, les génies tutélaires, les esprits protecteurs du muang. Il semble que cet esprit du muang rappelle une croyance antérieure au bouddhisme. Il s’agirait du culte des esprits et du culte des ancêtres fondateurs. Tout en plaçant le bouddhisme comme culte dominant dans le muang et dans le royaume entier, les Lao semblent ici conserver leur idéologie et leur culte primitif. Ils continuaient en fait à vénérer le culte des phi thaèn ou du thaèn f’a, assurant en quelque sorte la santé psychologique de la société, profondément imprégnée par ses croyances primitives. Car si le bouddhisme jouait un rôle plus important dans la régulation de la société en imposant officiellement ses règles de conduite, le culte phi f’a doit aménager un espace de liberté individuelle plus grande.471 3. Le caïèn muang [cdog,nv’], le noyau du muang. Ce serait des astrologues qui pouvaient prédire l’avenir du muang. Nous devons probablement comprendre que ce groupe était constitué d’hommes de science et de stratagèmes politiques. Par leur connaissance, ils auraient apporté des conseils aux monarques et aux autres gouvernants dans la direction de l’État. Apparemment les décisions royales étaient inévitablement et nécessairement sous l’influence de ces derniers. 470 D’après les annotations du Syaosavat de Houmphanh Rattanavong, in : Séna mark khika, Ministère de la Culture et de l’Information, 1999. 471 Interdit en 1975, le culte phi f’a est peu à peu toléré. Depuis près de cinq ans il y a une vivification de ce culte. Des interviews menés auprès des membres du phi f’a montre que l’adhésion ne se fait pas seulement par lien familial mais n’importe qui peut s’initier avec un maître. Plusieurs cas montrent que suite à une maladie –souvent liée aux problèmes psychiques– les personnes ont été soignées par la communauté phi f’a. Les personnes décident alors d’entrer dans la communauté. Les membres auraient le don de communiquer avec les esprits. Plusieurs fois par an et en février, les membres se rencontrent pour des rituels organisées chez les membres de la communauté, ils s’invitent à tour de rôle. Grossièrement le rituel consiste à danser des danses de sabre avec de la musique lancinant autour d’une sorte de totem de fleures et de fruits avec cierge et bougies. Durant le rituel les danseurs sont habités par des esprits divers qui viennent faire la fête qui leur est dédiée. C’est pourquoi ils changent plusieurs costumes symbolisant différents esprits. Le rituel dansé qui dure une journée entière et qui peut être regardé et applaudie par des publics extérieurs, exprime la libération et la joie.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 281 - 4. Le chaï muang [.9g,nv’], le cœur du muang. Ce serait l’épouse du monarque. La personnalité féminine semble tout à fait étonnante dans ce contexte. Quel rôle pourrait jouer une femme dans la constitution du muang ou au sein du pouvoir qui semble culturellement tout à fait masculin ? Nous pensons qu’il existe deux conceptions probables de la féminité dans de tel contexte. D’abord le féminin pourrait incarner le sentiment maternel, celle qui aurait réuni le peuple dans le sentiment de sécurité, de bien être, de solidarité et d’appartenance au muang, comme le serait le rôle de la mère dans une famille lao de souche. Ensuite, le féminin pourrait être la mémoire de ce qu’assumait historiquement la femme auprès du monarque. Le mode matrimonial, c’est-à-dire le rôle du mariage, dans la classe dirigeante traditionnelle était très lié à l’alliance politique et à la consolidation du pouvoir des États de la région. Le renforcement du pouvoir et la paix réciproque entre les muang chez les tai auraient souvent été réalisés à travers les liens de mariage qui équivalaient les liens politiques. La pérennité des royaumes serait redevable ainsi à ce système matrimonial et à la personnalité féminine qui suppléait le pouvoir. La qualité et le choix de l’épouse royale constituaient donc une des conditions du muang, une affaire politique. Du moins, l’histoire a démontré à plusieurs reprises ce fait, notamment avec les cas de Kéo Kengna d’Angkor et de Phratep Karasatri d’Ayuthia.472 Par ailleurs, nous pensons également que le mode matrilocal de la société lao, à sa souche primitive –c’est-à-dire à la base du village et de la société paysanne, a joué un rôle important dans la structure politique du muang : la personnalité féminine incarnerait la pérennité de la lignée du terroir qui constituerait en ce sens le cœur du muang. 5. Le kaène muang [csohoF cdjo g,nv’], celui qui unifie, qui consolide le muang. Il désigne le monarque qui règne avec justice, bravoure et intelligence, incarnant l’union et l’identité. C’est en fait celui qui est capable de faire converger toutes les aspirations du peuple vers le centre du pouvoir, c’est-à-dire vers ce qu’il est sensé de représenter. 6. Le ta muang [8kg,nv’], les yeux du muang. Ce sont les quatre portes du muang qui assume la paix et la sécurité, l’ordre et la vigilance du muang. Nous pouvons probablement comprendre dans cette fonction qu’il s’agit des forces de l’ordre intérieur, une sorte de police veillant à la sécurité civile. La fonction est vraisemblablement liée réellement au rôle des quatre portes de la ville. 7. Le hou muang [s6g,nv’], l’oreille du muang désigne le tambour. Il s’agit probablement de l’organisation qui gère l’utilisation du tambour, une sorte de système d’alerte et d’information. Il serait en charge d’annoncer les bonnes et les mauvaises nouvelles du muang, très certainement les événements quotidiens et les rassemblements populaires. Par exemple, les tambours des pagodes – en particulier lorsqu’il s’agit des villages situés en dehors des cités– ne servaient pas seulement à ponctuer le temps et les heures de prières ou des repas des moines, mais servaient aussi à rappeler les réunions villageoises. Et lorsqu’il est frappé de manière particulière, c’est pour annoncer par exemple qu’il y a des personnes perdues en forêt : d’une part, le brut était tel qu’il peut aider ceux qui se perdent à retrouver le chemin du village, et d’autre part, pour que les volontaires se rassemblent formant un groupe prêt à partir à leur recherche. 8. Le fa muang [/kg,nv’], le mur du muang. Ce sont les troupes armées qui protègent les territoires des muang. Apparemment, le Lane Xang ancien posséderait deux types du corps armé : le thahan luang et le thahan lat. Le thahan luang serait l’armée régulière du roi et le thahan lat serait les troupes du peuple, levées occasionnellement. 9. Le khouane muang [0;aog,nv’], l’âme du muang. Les annotations de Houmphanh Rattanavong ne sont pas claires en mentionnant l’étoile et le diamant. Néanmoins, il devrait probablement désigner les objets sacrés, les objets de grande valeur, probablement le patrimoine et le savoir transmis par 472 Kéo Kengna, la princesse Angkorienne, est considérée comme un des piliers du pouvoir de F’a-Ngoum, en améliorant l’art et la culture du royaume et en apportant le bouddhisme dans l’exercice du pouvoir. Après sa mort prématurée, F’aNgoum aurait perdu ses repères. Puis, il y a l’histoire de Phrathep Krasatri de Ayuthia tenue en otage par les Birmans. Mystifiée cette anecdote ne traduit pas moins une réalité politique : en tenant en otage la princesse Siamoise destinée à être l’épouse de Sethathirat les Birmans ont simplement démonté le plan d’alliance politique entre Ayuthia et Lane Xang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 282 - Fig. 55. Monuments en ruine de Muang Khoun les ancêtres, les symboles et les rituels qui portent garant la légitimité et la force du pouvoir. Quoiqu’il arrive ces objets doivent être sauvés de la destruction et de leur appropriation par des ennemis, il était alors de tradition de les cacher. C’est une des raisons probablement qui explique les nombreuses découvertes aujourd’hui de caches anciennes de ce type. 10. Le khoune muang [76og,nv’], le porte-bonheur et la prospérité du muang. Nous pensons qu’il désigne la richesse du pays (le cadre géographique, la grandeur et la diversité du territoire, la richesse de la nature, du climat, des rivières et des sols, etc.) dans laquelle est implanté le muang, sa prospérité et ses richesses. Ce fait nous met aussi devant un fait qui peut expliquer l’importance du choix des sites d’implantations et d’occupations des muang. Ces dix composants du muang devraient garantir sa plénitude, sa prospérité, sa pérennité, du moins, les conditions essentielles et nécessaires pour en faire un muang, aussi bien en tant que cité qu’en tant qu’État. II. II. b. Les caractéristiques géographiques des site et le choix d’implantation De manière générale le contexte géographique conditionne le choix de départ de toutes implantations lao tai. De manière moins évidente, il peut être l’élément qui conditionne leur morphologie. Dans certains cas, il joue le double rôle en provoquant une implantation et en conditionnant sa forme. De nombreux exemples illustrent le conditionnement de la morphologie des villes par le contexte géographique dans lequel celles-ci se sont inscrites : il est vrai pour Vientiane, Luang Prabang, Muang Kao Keung et Muang Khoun. Même lorsqu’une fondation historique a déjà disparu, le composant géographique dans lequel elle s’est inscrite continue à lui donner une certaine lisibilité, de telle sorte qu’il permet d’avoir une vision de ce qu’avait pu être la structure de la ville disparue, du moins les conditions de son existence. L’exemple de Muang Khoun est significatif de ce point de vue. Ce site en tant que muang n’existerait plus sans sa colline. La population ayant été déplacée à plusieurs reprises et la ville ayant connu la razzia au XIXe siècle473 et les bombardements après 1960,474 il ne subsiste plus que le vide et les débris. Réoccupée de nouveau, elle n’est plus aujourd’hui qu’un grand village, chef lieu d’un district, la capitale de la province ayant été déplacée à Phonesavanh.475 Grâce à sa colline au sommet de laquelle il y a des ruines de stupas, elle est reconnaissable comme ayant été une ville organisée autour de sa colline –son centre sacré– avec la survivance de ses fonctions symboliques que lui attribuait son organisation ancienne. Autrefois prospère, résidence des princes phouans et des familles marchandes caravanières, Muang Khoun peut être comparé à Luang Prabang. C’est principalement dans cette lecture spatiale que s’implique la particularité géographique et la prise de site. Nous avons développé précédemment l’idée que, dans leur rapport au site, les implantations lao peuvent être reconnues, a postériori, par étude comparative avec les implantations khmères et mônes existant au Laos. Ici, c’est l’idée que les situations géographiques les plus évidentes ont guidé la formation des occupations lao, qu’elles soient citadines ou rurales. Il s’agit des cours d’eau (fleuves, rivières) associés aux contextes particuliers de montagnes (collines, points culminants) et de plaines. Les contextes géographiques ainsi que leurs contraintes ne sont pas 473 Du point de vue démographique le désastre a été le déplacement de sa population vers le Siam au XIXe siècle. L’exode des Phouans a été raconté dans Kap Muang Phouan, chronique versifiée qui situe les événements entre la fin du XVIIIe siècle et la fin du XIXe siècle. In. Kap Muang Phouan dk[g,nv’r;o, Comité de recherche en Langue et Littérature lao, Département des Lettres et des Littératures, UNL, Ed. Hong Phim Suksa, Vientiane, 2001 ; Histoire de Muang Phouan xt;aflkfg,nv’r;o, Khammanh Vongkot Rattana, 1952 ; Annales de Vientiane à l’époque de chao Anou rNo;P’lt.s,g9Qkvko5, Comité de Recherche en Langue et Littérature Lao, Département des Lettres et des Littératures, UNL, Ed. Hong Phim Suksa, Vientiane, 2004. 474 En 1965 les bombes ont surtout touché le pourtour de la ville. Entre 1968 et1969 les bambardements se sont intensifiés et ont atteint la ville elle-même, ils portent un nom opérationnel : Ban Lop ODL et ont duré 3 mois. Les Américains répliquent avec Ban Lop Koukiat de 1969. Il y a principalement deux sortes de bombes utilisées à Xieng Khouang : le Napalm, utilisé la nuit, et le Phosphore. 475 Ville nouvelle créée pendant la guerre froide dans les années 1960, pour servir de relais et de base militaire au gouvernement de Vientiane. Elle devient après 1975 le chef lieu de la province.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 283 - seulement un cadre physique ou un dispositif spatial passif, mais des composants conceptuels actifs, formulant le contenu spatial des fondations. II. II. b. 1. Les montagnes et les forêts et leur rôle économique. Le contrôle des minorités et des ressources pour la pérennité et le développement des muang Les montagnes et les collines ont joué un rôle symbolique relativement faible dans la culture lao, en dépit de l’influence de la culture khmère et de la cosmogonie indienne, visibles à travers les représentations symboliques hindouisées des composants architecturaux et des décors sculptés des sanctuaires (le culte du devaraja et de la conception du temple-montagne, le Mont Méru représenté par le sô f’a. -+ 2hk). Par le Nord-ouest, les Lao auraient connu l’influence de la représentation du Mandala tantrique. Que cette influence soit antérieure ou non à leur établissement dans le Laos actuel. Concernant cette influence nous pensons aux villes tai lü de Muang Sing et du Sip Song Phan Na dont la forme se rapproche dans la majorité des cas de la forme géométrique du Mandala et du système concentrique du pouvoir qu’il symbolisait. Par contre, ces deux éléments ont joué un rôle fort dans la conception spatiale et dans la vie économique des cités lao. Généralement lorsque les implantations lao sont dans une grande plaine –comme c’est le cas de Vientiane– elles intègrent toujours dans leur encadrement les chaines de montagnes. Dans une autre situation, lorsqu’elles sont à proximité immédiate des montagnes, elles semblent vivre des retombées économiques de l’exploitation des ressources de ses montagnes. Par exemple la cité de Souvannakhomkham (ancien Xieng Saèn), en étant dans la partie déclinante de la chaine du Haut Mékong, aurait bénéficié des facilités de diverses exploitations. Mais dans un tel encadrement, la cité a aussi des contraintes : l’eau de ruissellement montagneux est aussi déterminante que le courant du Mékong, provoquant l’érosion puis l’abandon de la cité. Par le passé, les montagnes et les forêts sont des lieux de ressources pour nourrir les villages et les cités. Leurs nombreux besoins sont satisfaits exclusivement par les produits provenant des montagnes et des forêts profondes. Pour produire des objets usuels des muang, allant des plus modestes aux plus imposants, on allait chercher les produits et les matériaux bruts de la forêt. Ceux-ci avaient tout intérêt à n’être pas trop loin du lieu de production, de transformation et de consommation. La forêt est aussi le territoire des minorités ethniques et des aborigènes. Leur présence permet de garder, entretenir, humaniser les forêts et leurs richesses. Pour la société lao dominante, l’intérêt est de laisser les minorités organiser leur propre vie sociale et culturelle, religieuse et politique. Elle n’a aucun intérêt à imposer ses modèles d’organisation. Son avantage par contre est de pouvoir exercer un contrôle sur eux. Ce contrôle se traduit d’abord par des “ pactes de loyauté ” dont le mode d’application est inscrit dans le droit coutumier lao. Les faits sont constatés tout au long de l’histoire du Lane Xang et transparaissent dans nombre de rituels.476 La politique laotienne, jusqu’à 1975, n’a quasiment pas tenté de “ laociser ” les minorités. Considérés comme des anciens occupants, tous groupes confondus les minorités auraient fourni les produits nécessaires de la forêt477 et auraient assuré aux muang une certaine pérennité. 476 La cérémonie d’allégeance mutuelle entre chefs lao et chefs des minorités mônes-khmères est maintenue jusqu’à 1975. Les représentants du roi doivent effectuer des tournées –salavé [lk]tg;]– pour recueillir l’acte d’allégeance annuelle chez les minorités. A leur tour, les chefs ethniques doivent participer au rituel de l’eau du serment qui a lieu à Vat Ongtù, depuis au moins l’époque de Sethathirath (XVIe siècle) et qui prend fin en 1973. Parfois les rituels sont maintenus au-delà des frontières et de la réalité politique. Par exemple les chefs de Kouantum (Vietnam) continuent jusqu’à les années 1960 à témoigner de leur fidélité en apportant des présents aux Princes de Champassak, desquels leurs ancestres auraient été autrefois vassaux. Ce lien est explicité aussi dans la cérémonie de crémaillère, Boun Keun Heuan [[6o0NogInvo] : un couple d’origine mône-khmère monte dans la maison et miment les propriétaires alors que ces derniers marchent autour de la maison avec des semblants de bagages contenant casserole, sac de riz, sac de sel, ustensiles ménagers, etc. Le couple mônkhmer les interpelle : « d’où venez-vous étranger ? ». Les propriétaires répondent : « nous venons chercher refuge et un endroit propice pour vivre ». Le couple : « cette maison est propice pour vivre, venez monter vous installer…». La joute oratoire versifiée entre les deux parties peut durer des dizaines de minutes avant que les propriétaires soient invités à monter dans leur maison. Ref. Archaimbault pour l’eau du serment. 477 Le bois précieux et le bois dur pour bâtir ; les résines et les essences végétales pour l’étanchéité et l’entretien des objets ; les racines et les plantes pour la pharmacopée. Encore aujourd’hui, beaucoup de produits de consommation d’origine animale et végétale viennent de la forêt et dont une partie importante ne pouvant faire l’objet d’élevage et de Fig. 56. Le sô f’a d’un sanctuaireDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 284 - La contribution des ethnies serait passée par un système de troc lorsque l’organisation politique des muang n’était pas encore complexe durant la période des chefferies ; et par un système de tribut lorsque les muang auraient été plus administrés et la société plus hiérarchisée. Par ailleurs, même si cela paraît invraisemblable parce que la ville d’aujourd’hui ne dépend plus de la forêt mais du surplus de la production et de la transaction des produits, la survivance forte et persistante des produits de la forêt dans la culture alimentaire et médicinale des Laotiens montre combien la chasse et la cueillette (qui appartiennent au temps reculé) relient encore activement les villes lao à la forêt.478 Même si la société lao a évolué depuis et est passée de la cueillette à la culture, de la chasse à l’élevage,479 cette culture du végétal et de la forêt, très prononcée chez ces derniers, semble être plus qu’une survivance d’une société primitive, mais une particularité et une permanence propre de cette société.480 Par ailleurs, la taille des villes lao anciennes n’aurait jamais été importante, ce qui aurait permis de maintenir un rapport d’équilibre entre les lieux de ressources et de production et les lieux de consommation. Ceci peut donner un aperçu sur l’échelle du système de production de cette société qui n’aurait jamais dépassé, jusqu’au XXe siècle, l’état de l’artisanat.481 Plus que l’autoconsommation des cités, la forêt aurait été un facteur de développement et d’enrichissement, permettant aux cités lao de “ s’ouvrir aux échanges ”. Dans son étude sur l’économie du Lane Xang entre le XIVe et XVIIe siècle, Masuhara482 a démontré dans quel contexte les villes lao qui se trouvent en arrière pays et qui n’ont pourtant pas d’accès à la mer et donc au commerce maritime direct, ont-elles pu profiter de l’essor des villes portuaires devenu plus intense après la prise de Malacca. Car ayant besoin des produits de qualité provenant de la forêt profonde et des hautes terres pour le commerce avec l’Europe, le Moyen-Orient, l’Inde et le Japon, les villes portuaires et le commerce maritime international transasiatique attirent les villes intérieures vers le sud côtier de la péninsule,483 tels les villes ou établissements agraires et ripuaires des plaines culture. On utilisait beaucoup les extraits du Palaquium annamensis [Yang bong 1jk’[q’], de l’Uvaria cordata [Khang 7aJ’], de l’essence de Dipterocarpus [Namman gnang oE,aopk’], et de la gomme-laque [Styrax, kési 0U-u]. 478 Une grande partie de la population lao utilise encore la médecine traditionnelle et la quasi totalité l’utilise de manière partielle : feuilles, écorces, racines, etc., issues de la cueillette. La chasse étant aujourd’hui interdite, les personnes continuent à se procurer des produits de braconage pour leur alimentation. Sans évoquer les populations qui vivent encore en nombre important dans les coins reculés, parlant seulement de celles qui vivent en ville ou dans le rayonnement des villes et pouvant bénéficier des facilités de la ville pour leur consommation, donnons un exemple concret concernant un produit alimentaire très utilisé : les pousses de bambou et de rotin. On en consomme beaucoup et elles proviennent quasiment toutes de la cueillette, sauf celles qui sont en boite de conserve provenant du Vietnam, de Chine et de Thailande issues de la culture. 479 Chez les Lao, nous ne savons pas à quand remonte le passage de la cueillette à la culture et de la chasse à l’élevage. Les annales chinoises parlent des habitants du Yunnan dont les Tai Lao auraient fait partie à l’époque des Tang, sous ces termes : « […] Le Nan Zhao est un état agricole. Les gens (de ce pays) labourent leur rizière à trois : le premier dirige la vache vers l’avant, le second la contrôle à l’arrière et le troisième oriente la charrue. Ceux qui cultivent une seule fois le riz dans l’année ne paient pas d’impôt, ceux qui le font deux fois paient 20 sang par personne. Les gens de Nan Zhao oriental ont un grand savoir-faire dans la soie et le tissage. Les gens de Nan Zhao occidental travaillent mieux le coton. Ils sont d’excellents armuriers, possèdent des règles militaires très strictes. Leurs soldats blessés en premières lignes seront soignés et récompensés, ceux qui sont blessés en arrières lignes seront exécutés […] ». Cf. An Outline History of China, Foreign Language Press, Peking, 1958. Cité par Phoumsak. Op, cit. 480 La notion de culture et de civilisation du végétal chez les Lao a été remarquée par plusieurs anthropologues. En ethno architecture, Sophie et Pierre Clément ont mis en évidence dans l’habitat lao la forte présence des composants végétaux dans les matériels et matériaux de construction. Ils ont évoqué le temps et le rythme des saisons, le monde végétal et ses impératifs générant une culture spécifique : mode de vie, croyances, espace. En ethno musicologie le rapprochement entre la nature, la forêt et la vie des villages est même devenu source poétique. Mais malgré les travaux divers qui l’évoquent, des travaux spécifiques sur “ la culture et la civilisation du végétal chez les Lao ” restent, à ce jour, à élaborer. A une échelle plus grande, Pierre Gourou évoque la civilisation du végétal pour les peuples extrême-orientaux : « […] Les effects de la civilisation apparaissent dans tous les domaines techniques, agriculture et artisanat, localisation de la population dans les plaines surchargées, architecture des maisons, moyens de transport, organisation de la société et de l’Etat […] L’Extrême-Orient tout entier adhérait à une ‘civilisation du végétal’. Chinois, Japonais, Vietnamiens mangent très peu de viande et ignoraient l’usage du lait […] » Cf. Pierre Gourou, La terre et l’homme en Extrême-Orient, ed. Flammarion, Paris, 1974. 481 Jusqu’au début du XXIe siècle, l’industrie a toujours du mal à s’implanter au Laos; la main d’œuvre qualifiée pour une production de masse est difficile à constituer ; les grands secteurs de l’économie sont orientés vers les exploitations des ressources naturelles : bois précieux, minerais, etc. Dans le domaine du développement on parle de “ l’or bleu ” en désignant le potentiel de l’énergie hydroélectrique. 482 Cf. Masuhara. Y. Op, cit. 483 Le commerce maritime des villes côtières en Asie du Sud-est est analysé dans plusieurs recherches, notamment les travaux de Denis Lombard, « Pour une histoire des villes du Sud-est asiatique », in. Annales E.S.C., 4 (juillet-août) p. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 285 - intérieures septentrionales. A titre d’exemple, dans les anciens registres commerciaux japonais les produits péninsulaires vendus par les intermédiaires Khmers, Maures et Siamois, provenaient “ des pays intérieurs ” : Chiangmai, pays Shan, mais surtout du Laos. Pour certains produits de grande rareté, tel le musk qui n’existe pas au Laos, Masuhara note que sa traçabilité nous fait remonter vers l’extrême Nord, dans les régions himalayennes, passant par le Sud de la Chine et par le haut Laos. II. II. b. 2. Les plaines et les cours d’eau, la bonne maitrise de l’eau des muang La relation entre plaines et cours d’eau doit être ici regardée avec attention : leur intégration spatiale dans le territoire et leur participation à la constitution interne de l’espace du muang est complexe. Du point de vue morphologique, le Mékong est l’élément fédérateur des villes lao. Même pour celles qui sont retirées de la vallée du grand fleuve, elles sont toujours reliées avec celui-ci par ses affluents, qui sont de véritables artères, pouls de chapelets d’établissements villageois et agraires, de petites cités : telles que celles qui sont au bord de la Nam Ngum, Nam Tha, etc. Pour de nombreuses petites villes, leur morphologie épouse la plupart du temps la courbure du fleuve. L’exemple de la ville de Vientiane en est flagrant : la forme de la ville, dans la partie la plus primitive jusqu’à la partie la plus récente montre que l’axe de son évolution poursuit l’axe du Mékong. Quant à l’exemple de Luang Prabang, l’origine de la ville ainsi que son développement, plaçant toujours la partie la plus centrale au cœur de la péninsule, montre que le Mékong et la Nam Khane sont les composants majeurs. Du point de vue économique, le Mékong assure la liaison entre les villes pour les échanges et les trocs et aussi la possibilité d’exploiter les plaines. C’est l’aménagement des sites vu à grande échelle qui permet de comprendre la liaison entre le fleuve et les sites. Au moment des crues, les eaux du fleuve bloquent et repoussent les eaux de ses affluents. Ces derniers se gonflent et poussent les sous-affluents à déborder de leur lit, arrosant et fertilisant les plaines. Puis ces refoulements des eaux du fleuve rencontrent dans les plaines l’eau de ruissellement et parfois des torrents venant des montagnes. Les plaines possèdent naturellement leur logique de régulation et deviennent des territoires propices pour accueillir les établissements agraires. Un mauvais aménagement, une mauvaise gestion de la plaine et de ses eaux marquerait alors le déséquilibre. La compréhension de ces conditions et la bonne maitrise à grande échelle de ces établissements humains, semblent être les conditions de leur prospérité. Le savoir-faire des Lao dans la gestion des eaux est essentiellement caractérisé par la création des digues [7ao76fyo, kan kou dinh] et des barrages en terre [/kp muJgIaff;hpfyo, fay dinh], et moins dans la construction des canaux et des bassins. Dans ce contexte, certains de ces ouvrages sont associés à la fonction de rempart. Les remparts ont donc à la fois le rôle agricole et de protection de la ville, une véritable marque de citadinité des établissements lao que nous pouvons qualifier de cités agraires irriguées et non pas de cités hydrauliques. 484 Nous 842-856 ; les travaux de Antony Reid publiés en deux volumes : Southest Asia in the age of commerce 1450-1680, Silkworm Books, 1993, Bangkok. 484 Dans les exemples donnés, on distingue la cité hydraulique de la cité agraire et irriguée de la manière suivante : 1- La cité hydraulique est caractérisée par la construction des réseaux d’ouvrages hydrauliques, tels les canaux et les réservoirs. Les eaux provenant des rivières et des fleuves par les canaux, en plus des eaux de ruissellement, seront gardées dans des réservoirs et des bassins de rétension souvent ouvragés et monumentaux. Elles seront ensuite gérées par des systèmes de canaux ingénieux et complexes, afin d’alimenter la ville et ses domaines agricoles. Les bassins de rétension servent aussi pour les réjouissances collectives (courses de pirrogue, etc.) Ces ouvrages sont associés aux ouvrages urbanistiques et aux monuments. Un système de gestion particulier a du être mis en place pour assurer leur contrôle : le pouvoir public et la puissance de l’Etat sont associés à leur efficacité et à leur monumentalité. C’est une raisons qui expliquent pourquoi la maitrise de l’eau symbolise la puissance et la richesse de ces cités. Les cités angkoriennes sont la réminiscence du modèle hydraulique des cités indiennes. 2- Les cités agraires et irriguées sont d’abord caractérisées par une association entre un réseau naturel (les rivières) et un réseau artificiel (les digues et partiellement les canaux). Les digues en terre sont construites pour endiguer le débordement des eaux de la rivière, du fleuve ou des zones basses par rapport aux rizières et aux ensembles d’habitation, villes et villages. Ces digues se construissent donc souvent autour de la cité. Et toujours parallèlement aux digues il y a des déblais qui acquièrent très vite la forme et la fonction des canaux se reliant à la rivière et au fleuve existant. En retour, la rivière ou le fleuve alimente par ses brèches les terres agricoles. Le mode de gestion et de contrôle des établissements agraires et endigués semble être communautaire, c’est-à-dire relevant des communautés de village. Par ailleurs l’intégration de ces ouvrages dans le paysage est plus harmonieuse que celle des cités hydrauliques, par le fait que le réseau naturel est plus important que le réseau artificiel : dans le cas des digues de forme arrondie, comme à Viengkham, on a parfois du mal à déterminer l’artificialité de la digue et pourrait penser qu’il s’agit d’un bras de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 286 - le voyons notamment avec le rempart-digue en terre de Muang Sing, avec les digues de Muang Viengkham de forme organique485 et de Vientiane de forme rectangulaire.486 La construction des canaux en terre [7v’g\nv’fyo, khong meuang dinh] viendrait après celle des remparts-digues [/kp muJgIaff;hpfyo, fay dinh] : les creux créés par les déblais utilisés pour construire les remparts-digues en terre deviendraient d’abord des exutoires et des évacuateurs des eaux de la ville et empêcheraient en même temps les eaux de la plaine et des rivières de pénétrer dans la cité. Ces évacuateurs deviendraient en fait des réseaux de déviations des eaux autour des villes et finiraient par trouver leur utilité véritable en se développant ensuite pour devenir des réseaux d’irrigations. Ces réseaux augmenteraient ainsi, après coup, le potentiel d’exploitation agricole des plaines, jusque-là seulement basée sur les réseaux naturels (creux, failles et dépressions) et sur le système de gestion des barrages et des digues de protection. Les canaux en tant que tels occuperaient donc une position secondaire, sinon postérieure dans la mesure où les failles naturelles assuraient déjà au départ le rôle de drains à ciel ouvert, qui irriguaient et canalisaient les eaux dans les plaines cultivées, proportionnellement à la taille des établissements humains. En ce sens, l’utilité des canaux aurait été découverte plus tard avec le fonctionnement bien rôdé des digues et des barrages. La logique interne et le mode d’intégration des cités agraires qui ont été décrits ici en relation avec le fleuve, sont encore plus explicites à travers le cas de Vientiane : les plaines, l’assiette des sites d’établissements villageois et urbains, auraient été composées d’abord de zones basses inondables (zones marécageuses) puis de failles creusées par les eaux formant des petites cours d’eau parcourant la plaine. Puis des poches d’eau plus ou moins importantes forment des mares et des étangs. Les zones exondées plus ou moins boisées avec des points culminants à certains endroits seraient venues ensuite rompre la planimétrie à l’intérieur de la plaine. Cet ensemble de paysage aurait formé un faciès et un substrat spatial naturel adéquat qui aurait préfiguré, dès le départ, les types d’implantation et les modes d’occupation de l’espace des Tai. Les terres inondées ou humides auraient été cultivées et exploitées en rizière immergée, tandis que les terres exondées constituant les îlots auraient été bâties et habitées, protégées par des écrans végétaux plantés en palissades. Ces terres exondées et ces lambeaux de forêts auraient été distancés des uns des autres par des rizières et des zones humides en question. Quant aux points culminants, ils auraient été habités par des esprits sacrés. Les failles naturelles creusées par les eaux auraient formé des rivières et des canaux arrosant les espaces agricoles. Puis les chemins seraient nés accompagnants la circulation des hommes et reliant les îlots entre eux. Ce processus de production spatiale et ce schéma de fonctionnement s’appliquent à l’analyse de la plaine de Vientiane, avec la particularité de ses diverses données géographiques et archéologiques, ses mythes de fondation et ses toponymes qui permettent l’enracinement de la ville. Mais ils auraient fonctionné également pour beaucoup d’établissements lao du Mékong, des plaines et des vallées desservies par ses affluents. Le contexte géographique, la topographie ainsi que l’ensemble de l’environnement, jouent donc un rôle déterminant dans la configuration spatiale primitive. Nous utilisons ces composants comme critères pour effectuer une synthèse morphologique de quelques implantations afin de dégager les modèles formels et leurs variantes. Pour se faire, nous nous intéressons aux implantations de la région Nord (le long de la Nam Ôu et du Mékong), de la région de la haute terre et de la plaine de Vientiane (le long de la Nam Ngum et du Mékong), dans la région méridionale du Laos occidental (le long de la Nam Moun). Nous abordons également les villes de la région du haut rivière. Dans le cas de Vientiane où le canal Hong Sèng a rejoint le Nam Passak au niveau de Nong Ping, on pourrait se demander si Nam Passak ne serait pas un canal, ou au contraire, si le canal Hong Sèng ne serait pas un bras de la rivière ? 485 Les cités Pyu ont été évoquées notamment par Van Molivan dans sa thèse, Cités du Sud-est asiatique, le passé et le présent. Op, cit. 486 Le rempart rectangulaire en terre de Vientiane est orienté Nord-est, Sud-ouest à 60 degré, entre Phone Kèng et le marché du matin actuel. Ce dernier était encore visible dans les années 1960, lors des grands travaux de voirie. Fig. 57. La digue-rempart de Muang Vieng KhamDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 287 - Mékong, entre Xieng Kok et Muang Sing, afin de comprendre comment les villes se sont-elles formées au fur à mesure que l’on s’éloigne du grand fleuve. Nous nous intéressons également à la région du Nord-Ouest, dans la région de Nam Ping et de Nam Kok, puis à quelques implantations de bord de fleuve dans le Sud ou dispersées et retirées dans les plaines, mais toujours en communication avec les cours d’eau ou situées dans leurs bassins versants. II. II. b. 3. Les études des cas Région Nord, le long de la Nam Ôu et du Mékong : Luang Prabang La forme de la ville peut être comprise essentiellement à travers quatre éléments de lectures : 1- La ville est d’abord aperçue à travers le Mont Phou Si, son axe de gravitation, qui peut avoir un lien avec le mouvement giratoire “ virtuel ” créé par le contact entre Nam Khane et le Mékong. 2- La ville est régie par une certaine bipolarité urbaine, entre l’arrière et l’avant –dont la Nam Khane et le Mékong, sont les facteurs. 3- La ville possède beaucoup de plans d’eau [sa, nong, ltF sov’] à l’intérieur de ses terres étroites, dans les rizières et dans les parcelles d’habitations. Du fait de son altitude qui empêche l’acheminement direct de l’eau du fleuve vers la ville pour les usages agricoles, la ville doit se donner des moyens pour retenir les eaux de ruissellement afin d’aprovisionner les parties n’ayant pas accès immédiat aux berges. 4- Même si Luang Prabang est une ville haute et entourée de montagnes, son site n’est pas soumis directement à l’eau des montagnes qui aurait sinon menacé ses berges : le Mékong et la Nam Khane forment un obstacle drainant toutes les eaux. Donc, la vraie menace, si elle existe, devait provenir de l’érosion des berges et de la capacité ou non d’absorption et de drainage de l’assiette de la ville par rapport aux eaux de ruissellement locale. Cette capacité a fait ses preuves tout le long du développement de la ville, ce qui explique sa durée et sa permanence, malgré les vicissitudes historiques.487 A travers ces quatre visions, Luang Prabang est un modèle d’espace à part entière, inaugurant une lecture spatiale particulière à travers laquelle on peut comprendre les autres établissements lao. Muang Swa des aborigènes D’après le Phongsavadan Lao Luang Prabang serait une ancienne occupation des Swa, 488 aurait connu le Fou Nan, le Chen-La et l’Empire khmer. Ses anciens habitants auraient alors été des aborigènes, peut-être des Cham489 et surement des Môns, avant que les Lao ne l’investissent à partir du milieu du VIIIe siècle. Ces derniers continuent à lui donner le nom de Muang Swa et leurs rois continuent à porter le titre de Khun Swa durant plusieurs siècles. Si on admet l’hypothèse d’un Muang Swa lao dès le VIIIe siècle, on doit admettre que ce muang se développe dans le Tchen-la, puis dans l’Empire khmer. Entre le VIIIe et le XIVe siècle, comme beaucoup de villes tai, de manière cyclique chaque fois que les suzerains montrent des signes de faiblesse, les Lao auraient profité pour déclarer leur indépendance en arrêtant de payer les tributs. Une cité-État septentrionale au pouvoir limité 487 Luang Prabang a été incendiée et mise à sac par les Pavillons noirs au XIXe siècle et reconstruite durant le protectorat. Madeleine Giteau note que Luang Prabang a connu aussi la peste au XVIIe siècle. Cf. Art et Archéologie du Laos, Centre National du Livre, ed. Picard, Paris. 488 Swa [lq;t ] désigne l’un des deux peuples aborigènes de la péninsule indochinoise dans la région de Luang Prabang. Lorsque les Tai Lao occupent le site, ils auraient conservé ce nom primitif en l’associant au titre des chefs tai, donnant khun swa. Plus tard, en acquérant un nom tai, Xieng Dong-Xieng Thong sous le règne de F’a-Ngoum, la ville continue à conserver son nom primitif Swa, connue jusqu’à nos jours. 489 « […] before the Mon and the Khmer, it is possible that the influence and présence of the Cham people in the area of Luang Prabang was tangible. This supposition is more than plausible if we break away with widely accepted historiography that stresses one Cham kingdom and instead accept that many chiefs and kinglets ruled simultaneously in different places. Champa may have been a network or series of network of ethnic, religious, political, and commercial relationships. […] » Cf. P.& M. Ngaosivathana « Ancient Luang Prabang, Vientiane, Mon realm and the Angkor impérial road », pp. 12-13.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 288 - Muang Swa devient le centre politique du Lane Xang au milieu du XIVe siècle portant le nom de Xieng Dong Xieng Thong,490 en tant que siège du pouvoir d’un premier Etat lao muni de territoire plus vaste, de systèmes politique et social organisé. 491 Cependant, si le pouvoir à Xieng Dong Xieng Thong occupe une position centrale pour le Nord, le pouvoir est décentré et déséquilibré par rapport à l’ensemble du territoire du Lane Xang qu’il prétend couvrir. Cela signifie que les chefferies lao auraient été consolidées seulement autour de ce noyau nord, mais qu’il peut y avoir quelques doutes sur sa véritable consolidation dans la partie sud et dans l’Ouest du pays. Luang Prabang aurait exercé une influence limitée, sans doute elle n’aurait pas dépassé Loeuy, Udon thany et Pak Kading au Sud ; Xieng Khouang, Xamneua et Son La à l’Est ; Muang Nan et Xieng Saèn à l’Ouest ; Muang Sing et Phongsaly au Nord. Et en retour, elle serait restée une petite capitale qui aurait exercé une certaine influence du point de vue culturel et commercial au-delà de sa capacité politique et militaire. Sa domination ou son contrôle des autres muang en tant que centre politique avant son transfert à Vientiane aurait été signifié par les tributs que les seigneurs de ces muang lui ont apporté symboliquement chaque année, et sans doute aussi par les liens de parenté qu’elle aurait entretenu avec les familles de ces muang. Ce qui aurait en partie atténué les rapports de force potentiels. Mais malgré tout, elle aurait sans cesse à surveiller la partie la plus éloignée, en particulier le Sud du pays. Le déplacement inévitable du centre, de Luang Prabang à Vientiane, n’aurait fait que corriger ce déséquilibre. Ce fait nous éclaire d’abord sur le mode d’exercice du pouvoir qui, partant d’un point, aurait dessiné un cercle de rayonnement, ensuite sur la position géographique non-favorable de Luang Prabang par rapport à la configuration du Lane Xang. En réalité, elle n’aurait pas couvert de son rayonnement le territoire qu’elle a prétendu rassembler. Croisé avec l’analyse du site et de la ville, ce fait explicite son incapacité à assumer un rôle militaire et un contrôle fort sur l’ensemble des muang. Or il en a fallu pour pouvoir contrôler l’immensité du Lane Xang si nous nous fions à sa délimitation donnée dans le Phongsavadan lao.492 Luang Prabang aurait été dès le début une ville de résidence et non une ville militaire, insérée au cœur des chaînes de montagnes, baignée par deux grands cours d’eau. Elle serait une ville intérieure de hautes terres, très tôt limitée par une assiette spatiale et géographique qui fait d’elle une ville aboutie dans toute sa plénitude et sa splendeur. Une éventuelle extension au-delà de cette limite en terme démographique et en terme de bâti, aurait dépassé son cadre. En fait, Luang Prabang semble posséder une échelle et un gabarit spatial qui lui sont propres. Ceci, depuis l’espace et les composants de son architecture jusqu’à son cadre géographique en passant par sa composition urbaine. De ce point de vue, l’étude des mesures, des échelles, des gabarits et de la densité des éléments bâtis de Luang Prabang à différentes périodes doit très bien le confirmer. La route du commerce caravanier et ripuaire Sa désignation de ville enclavée, attribuée par les études économiques et géographiques contemporaines, ne lui est pas appropriée. A défaut d’être une étape importante Luang Prabang 490 Xieng Dong Xieng Xieng Thong change de nom en devenant Luang Prabang lorsque Sethathirat transfert la capitale à Vientiane vers 1560 en ramenant le Phrakéo et le Phra Serkham et en laissant le Phrabang. Donc ce n’est pas au moment où la ville reçoit la statuette du Phrabang, venue de Vieng Kham en 1511 sous le règne de Vixun, qu’elle change de nom. Cf., Thamnan Phrabang. Op, cit. 491 Le système de pouvoir du Lane Xang à l’époque de F’a-Ngoum est esquissé dans le Phongsavadan Lao, annoté par S. Viravong. Op, cit. 492 Après la prise des derniers muang par F’a-Ngoum en 1361, la configuration physique du Lane Xang aurait été dessinée. Elle est ainsi décrite : « à l’Est jusqu’au sommet de la chaîne montagneuse sur la ligne de partage des versants (là où les arbres tombent selon les versants) ; au Sud jusqu’au territoire des Chams et des Khmers ; à l’Ouest touchant Ayuthia ; au Nord touchant la Chine à Bountaï Bounneua ». In : Phongsavadan lao. (Op, cit.) D’après Vo Thu Tinh : « Les données épigraphiques […] contribuent aussi à confirmer la chronologie avancée par les annales locales relatives à l’avénement de ce grand roi qui, le premier, ouvrit l’ère de grandeur du Laos par la fondation du royaume du Lan Xang s’étendant de la Chine au Nord jusqu’à Sambor au Sud et de Khorat à l’Ouest jusqu’à Laobao à l’est […] ». Les origines du Laos, pp. 60, (Op. cit.) Nous trouvons également quelques tentatives cartographiques du Lane Xang historique dans : Le Lane Xang vers le XVe siècle, d’après Charles A. Fisher, in. South East Asia, London 1969 ; Le Royaume lao avant son annexion par le Siam, d’après le Phongsavadan Lao annoté par S. Viravong (réédition de 2001) ; Mainland Southeast Asia : mid-16th to early 19th centuries, in : La chronique de Vientiane de l’époque Chao Anou, Comité de Recherche en Langue et Littérature Lao, Département des Lettres, Université Nationale du Laos, Vientiane, 2004.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 289 - aurait été une petite étape de la route de la soie et du commerce, une ville de liaison entre les différentes villes du Nord : plusieurs documents auraient confirmé son intégration dans l’ancien réseau commercial ripuaire et caravanier de la région : 1- par liaison avec Xieng Saèn et Chiangrai, et par-delà, à la haute région de Birmanie en remontant le Mékong et en empruntant la Nam Kok ; 2- par route caravanière venant de Chine et débouchant soit vers le Golfe du Siam en passant par Vientiane et le plateau de Khorat, soit vers le Vietnam en passant par plusieurs brèches, notamment par le plateau de Xieng Khouang ; 3- par voies fluviales en remontant le Mékong jusqu’à Pak Ou, de Pak Ou remontant la Nam Ou vers Muang Khoua, et de là emprunter la rivière Nam Noua jusqu’à Dien Bien Phu. Le type de citadelle-villageoise Luang Prabang est marquée par une mixité entre une implantation de type villageois de cultures ethniques et une implantation de type citadelle de culture citadine du muang. Cette mixité “ citadelle-villageoise ” aurait été intrinsèque au fondement du muang, du moins pour les établissements septentrionaux. Ce caractère se retrouve également dans les autres villes du Nord, comme à Chiangrai et à Chiang Saèn, jusque dans les années 1980. Depuis plus d’une vingtaine d’années le développement économique et la croissance des villes Thaïlandaises se sont considérablement accélérés. Leur urbanisation creuse un écart significatif entre le monde thaï et celui des communautés minoritaires : l’équilibre ancien a ainsi quasiment disparu. Au Laos cet équilibre existe encore sous certaines formes, du moins, le déséquilibre est ralenti par la lenteur de la croissance urbaine et du taux d’urbanisation (jusqu’au début des années 2000) conjuguée avec la capacité des villes laotiennes à préserver leur système de gestion du muang. En d’autre terme, la complémentarité entre le système tribal et le système du muang est encore préservée dans les villes moins importantes. Mais quoi qu’il en soit, le phénomène de déséquilibre, s’il commence à se manifester, n’accuse pas l’assimilation des groupes ethniques par le système du muang mais accuse plutôt l’urbanisation et la croissance de la ville elle-même comme cause première. Car le propre du muang c’est de ne pas viser l’intégration physique des groupes ethniques dans son territoire urbain, mais au contraire de les maintenir à l’extérieur, afin qu’ils conservent leur mode de vie, leur autonomie et leur capacité économique pour les échanges avec les sociétés du muang. 493 En ce cas, le maintien de leur société aurait assuré le maintien de la société lao elle-même. Comme le montrent les études de Evrard sur le rapport entre la gestion de la terre et l’inter-ethnicité, combien le bouleversement de la gestion de la terre chez les ethnies menace l’harmonie et la survie de leur société. Mais il n’y a pas que cela : ce que les études de Evrard ne disent pas clairement, c’est que les sociétés tai elles-mêmes seraient aussi déstructurées si les sociétés ethniques, venaient à être déstructurées. Car le maintien de cette inter-ethnicité dans la gestion du sol, dans la construction politique et sociale consolide les sociétés tai. Les villages qui composent la cité de Luang Prabang conservent chacun leur identité et leur spécificité : notamment le village des danseurs et musiciens royaux, le village des producteurs de poterie, etc. Pourtant spatialement, il est impossible de distinguer leurs limites, brouillées par la densité démographique et celle du bâti. Chaque ban possède plusieurs monastères et parfois leurs limites se touchent. Chaque maisonnée sait exactement à quel village il appartient et quel temple il faut entretenir. Les chefs de village et leurs suppléants ainsi que le comité des sages gèrent leur village avec une vraie autorité. Ce sont des points qui caractérisent la densité de Luang Prabang. L’histoire de Luang Prabang ainsi que l’observation que l’on peut encore faire il n’y a pas longtemps, montrent que c’est une ville qui produisait de l’artisanat de qualité et les habitants connaissaient aussi les produits de qualité provenant de l’extérieur, parce que la ville faisait partie de la route du commerce. La ville participait au contrôle de la région limitrophe et se procurait des 493 Au Laos les menaces qu’encourent les groupes ethniques sont plutôt l’aménagement du territoire qui déstructure dans de nombreux cas leurs lieux de vie et leurs environnements, leurs modes de production, etc. Nous parlons des projets d’exploitation forestière, les plantations de cultures extensives (d’hévéa notamment).Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 290 - produits nécessaires pour sa consommation et pour ses échanges avec l’extérieur suscités par les passages des commerçants qui y établissaient des arrêts réguliers. Ces besoins réunis auraient drainé quotidiennement les produits apportés par les populations vivant à l’extérieur et sur les marges du territoire de la ville. Que ces produits aient été imposés par l’autorité royale ou échangés directement par les populations concernées, cela faisait de la ville un lieu actif et opulent. Donc Luang Prabang était une vraie cité qui possédait des produits qu’elle ne produisait, mais qui venaient de l’extérieur ou qui ont été produits à l’extérieur par les populations qu’elle contrôlait.494 Les populations extérieures auraient été principalement les minorités495 dont Louis Delaporte a immortalisé la présence dans ses croquis de voyage vers la fin du XIXe siècle. Quasiment seuls les Tai vivraient dans la cité. Les minorités qui faisaient partie du paysage de la cité n’y vivraient pas. Elles vivraient dans leur village respectif et viendraient quotidiennement dans la cité pour vendre leurs produits. De certains points de vue, ce type de cité ne peut vivre sans ses minorités et sans les territoires desquels les populations tirent toutes les richesses. Luang Prabang est par excellence une citadelle de culture citadine du muang. Celle-ci est caractérisée fortement par son organisation en communautés de villages et par la culture ethnique et aborigène qu’elle intègre. La région Nord des hautes plaines : Muang Khoun Xieng Khouang496 L’occupation de Xiang Khouang serait remontée à l’ère mégalithique avec la présence des sites de jarres funéraires et des mégalithes de Houaphanh,497 comme le montrent les études de Madelaine Colani. Mais ces vestiges ne donnent aucune information sur d’éventuels établissements urbains ou villageois. Le Thao Hung Thao Tch’eng dit que Khun Tch’ueng qui serait venu de Xieng Saèn s’est bataillé contre les Kyéo (Daï-Viêt) pour prendre possession du territoire de Xiang Khouang (sous le nom de Prakan). D’après le Phongsavadan, Xieng Khouang aurait été occupée par les Lao à partir du VIIIe siècle durant la même période que Luang Prabang. Le premier ancêtre installé aurait été Khun Tched Tch’ueng, 498 puis se succèdent vingt-deux monarques jusqu’à Thao Khamphong qui a régné entre 1289 et 1350. Durant ce règne Xieng Khouang aurait été vassalisé par le Daï-Viet jusqu’à son intégration dans le Lane Xang. Dans le Lane Xang de Sam-Sèn-Tai, Muang Phouan499 sous le règne de Khamkhong aurait connu une période brillante : épanouissement du bouddhisme, constructions de nombreux monastères, édification d’une loi Phouane, le Code Lane Khamkhong [dqf]hko7=kdv’] 500 qui régit 90 000 habitants. Il aurait été dévasté par la guerre avec le 494 Amphay Doré explique par exemple qu’autrefois Luang Prabang ne produisait pas de la soie (bien que les raisons aient été religieuses selon lui) mais la faisait venir d’autres régions du pays et les habitants de la ville la travaillaient en faisant du tissage en grande quantité et de manière assez diversifiée. Cf. Amphay Doré. 495 Les groupes ethniques des villages dispersés autour de Luang Prabang sont nombreux, même en ne tenant compte que des groupes non-tai. Il y a les groupes de parler môn-khmer, de parler myao-yao ou sino-tibétain. Les autres Tai tels les Lü qui pouvaient aussi se constituer en village à l’extérieur de Luang Prabang n’ont pas le même rapport à la cité que les groupes non-tai. Les villages tai non citadins vivaient un rapport d’extra-territorialité physique à la cité mais n’auraient pas connu un rapport d’extra-culturalité ou d’extra-ethnicité par rapport au muang. 496 Archaimbault transcrit S’ieng Khwang pour Xieng Khouang et Mu’ang K’un pour Muang Khoun. 497 Houaphanh est une chefferie peuplée majoritairement de Tai Neua. Elle a été placée sous l’administration seigneuriale de Xieng Khouang vers 1751 sous le règne de Ong Lô et celui-ci est à son tour vassal du Royaume de Vientiane. 498 Frère de Khun Lo et septième fils de Khun Bourom. Il est probable que le terme Tch’ueng [g9nv’] ne soit pas un nom propre, mais un titre appartenant à la population indigène avant l’arrivée des Tai, pour désigner les chefs des anciennes populations de Xieng Khouang. Une fois conquis le territoire, les Tai auraient conservé ce titre local. C’est probablement le même cas que Luang Prabang où, après avoir pris le site aux Swa, les Lao ont préservé pendant plusieurs générations le terme Khun Swa pour désigner les rois lao. Par ailleurs, le héros du Thao Hung Thao Tch’ueng porte un autre nom qu’est Thao Hung [mkh;I5j’]. Il est probable que son vrai et seul nom soit Hung, et que son appellation Tch’ueng ne soit qu’un titre, acquis après avoir pris Xieng Khouang 499 Le terme Phouan [r;o] aurait été une corruption nordique de phoun, phon [r6oF 3ro] qui signifie “ haut ”, “ proéminent ”. Par ailleurs, une petite rivière du nom de Nam Phouan [o=Hkr;o] traverse la ville. Phouan [r;o] aurait désigné donc les Tai Lao de la haute terre ou de la Nam Phouan. Ces derniers auraient donc acquis cette appellation postérieurement à leur installation dans la haute plaine de Xieng Khouang. Le nom ethnique des Phouan ou P’uon qui est un sous groupe tai serait Phou Eun. Mais pour les Laotiens, les Phouan ne peuvent être considérés comme une ethnie, ils sont le groupe dominant aujourd’hui par leur nombre et par leur dispersion sur le territoire laotien. 500 Kap Muang Phouang, Comité de Recherche en Langue et Littérature Lao, Département des Lettres, Université Nationale, 2001. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 291 - Daï-Viet sous les Lê en 1479,501 pour ne rester que 2000 habitants. Muang Phouan aurait été connu en dehors du Lane Xang, pour avoir envoyé des ambassadeurs à l’extérieur du pays et pour en avoir reçu en retour : des missions religieuses du Cambodge et de Hanthawaddy (Birmanie). Vers la seconde moitié du XVIIIe siècle, il devient de nouveau vassal du Daï-Viet et du Siam, devant leur payer tribut. Appauvri et tiraillé entre les deux suzerains étrangers, sa population a fait l’objet de rafles et de déplacements502 par ces derniers à plusieurs reprises. Xieng Khouang possède deux muang importants : Muang Kham et Muang Khoun. Avant l’administration française Muang Khoun en tant que capitale du royaume Phouan et résidence des princes, porte le nom de Xieng Khouang comme le nom de la province. Quant à Muang Kham, ville qui lui est auxiliaire, est appelé Muang Phouan Noy [g,nv’r;oohvp]. Xieng Khouang possède sa propre structure symbolique, proche de celle de Luang Prabang. D’après Archaimbault il s’agit de douze autels des devata protecteurs. Onze sont consacrés aux devata protecteurs des ban ou des muang extérieurs, disposés dans les principaux muang et dans les quatre orients de la province, sensés constituer les bastions spirituels du territoire de Xieng Khouang. Le douzième est consacré aux devata protecteurs du muang principal et de ses princes descendants des Thaèn F’a. 503 L’autel est situé sur la colline dominant la ville, Phu Chomphet, où il y a deux that : That Chomphet possède encore son dôme, mais éventré et That Phoun dont il ne reste que la partie basse. Chaque année, les habitants organisent un rituel en leur honneur en sacrifiant un buffle. Les onze génies des ban dans les quatre orients sont conviés au rituel. Un autel miniaturisé est construit pour les loger. Nous retrouvons également projetée dans l’espace la représentation de l’existence et du rôle de ces devata protecteurs, à travers le rituel préliminaire du jeu de mail. Le jeu a lieu chaque année sur l’esplanade rectangulaire de Muang Khoun lors de la fête annuelle du that. 504 Donc, du côté Sud où il y a autrefois un stupa, le camp des princes détenteurs de l’autorité prend position et préside l’autel de la cour royale des devata dont la face est tournée vers le Nord. Du côté Nord est placé l’autel des devata protecteurs des ban et des muang extérieurs, c’est le camp des princes de Muang Kham.505 Dans la présentation du jeu de mail, il est possible de constituer une lecture de l’espace symbolique de la ville : 1- Nous retrouvons dans l’idée d’une autorité protégée par les devata [gm;tfk] –parce que cette autorité appartient à la “ lignée Thaèn, céleste ” qui observe le dhamma 501 Cet épisode historique correspond au moment où il y a une grande hostilité avec le Daï-Viet qui envahit aussi Luang Prabang et qui a poussé ses troupes jusqu’à Chiangmai traversant Muang Nan. Cet évènement apparaît dans les annales chinoises Ming Shi, puisque l’Empereur de Chine Xiang Zong a du demandé au « Gouverneur de la Province de Guang Si de faire part d’un édit ordonnant à Lê Thanh Tông la retraite de ses troupes du Laos ». D’après les annales Daï-Viet, Xieng Khouang est redevenu vassal de Daï-Viet déjà en 1448 comme une sous-préfecture sous l’Empereur Nhân Tông. Et d’après le Phongsavadan Lao, il a continué également à être celui de Luang Prabang. Il payait donc tribut aux deux. Cf. T. Hoshino. Op, cit. 502 Supposé avoir livré Chao Anu de Vientiane aux Siamois, les Phouans se considèrent comme bouc-émissaire. Ceci, aurait profondément marqué son histoire et ses croyances. Le déplacement des Phouanes a fait l’objet de plusieurs thèmes de recherche, des thèses en sont issues. Cf. Bangon Piyaphan, Les Lao dans Rattanakosinh, Bureau des Fonds de Soutien pour la Recherche. Bangkok ; Pho Saenlamchiat, Tamnan T’aï Phouan, Bangkok, Société de Solidarité Issan Dokgna. 503 Thaèn serait l’ancien royaume situé dans le Sip Song Chou Tai. Ce terme signifie également “ le haut, le nord, le ciel ”. Thaèn F’a serait la “ lignée céleste ” dans l’auto référence mythique des Lao. En Chinois on le prononce « Dian ». Cf. note op, cit. 504 Sur cette esplanade il y aurait autrefois un stupa. Mais Archaimbault note que le that en question n’existe plus au moment où il mène son enquête à la fin des années 1950. En fait, le that de Ban Naxay, à proximité de l’esplanade dont parle Archambault n’aurait pas complètement disparu. Il serait resté son soubassement ou son socle. En tout cas il a été reconstruit vers 2005-2006 avec les dons de la population. 505 Autrefois, le jeu aurait opposé les aborigènes (symboliquement joué par le camp de Muang Kham) et les Phouans (camp de Muang Khoun). Cette opposition symbolisait l’atténuation de la hargne et de l’agressivité des dominés par rapport aux dominants. Au début du XIXe siècle Chao Noy de Muang Phouan aurait modifié le jeu en le transformant en une sorte de jeu de polo, parce qu’il était excellent cavalier. Il aurait surtout modifié la symbolique du jeu en faisant transparaître des faits historiques. Pour lui, le jeu doit mettre en scène les esprits de révolte et de suspicion qui opposent les vassaux (les princes de Muang Kham) aux souverains (les princes de Muang Khoun, auquel il appartient). Le fait que la victoire soit quasi toujours attribuée aux vassaux symbolise la victoire du mal et de la trahison, dont il fut victime, sur le bien et le Dhamma. Historiquement le seigneur de Muang Kham l’aurait dénoncé pour conspiration contre Chao Anou de Vientiane, ce qui lui a coûté trois années de rétention. Sans fondement il sera ensuite libéré. Quelques années plus tard il sera accusé de nouveau, cette fois-ci, pour avoir livré Chao Anou aux Siamois. Cf. Charles Archaimbault, La fête du T’at à S’ieng Khwang (Laos) - contribution à l’étude du Ti-K’i, in. Artibus Asiae, Vol. XXIV, Ascona 1961. Remarquons cependant que le jeu de tiki à Vientiane oppose également les notables et le peuple. Et c’est toujours le peuple qui gagne, c’est ainsi la règle.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 292 - [ma,,t]– la légitimation d’un pouvoir, basée sur le devoir de “ bonté bouddhique ”. Ici, nous sommes déjà dans une logique de conversion au bouddhisme des Thaèn F’a. Car l’autoréférenciation de la lignée Thaèn F’a des Princes de Muang Phouan aurait été bien antérieure au bouddhisme et liée au culte des phi thaèn. Ce culte aurait ensuite connu une acculturation au contact avec le bouddhisme : les Thaèn F’a seraient non seulement l’esprit des ancêtres protecteurs qui puisent leur autorité et leur aspect sacré dans la construction de l’identité ancestrale, mais seraient aussi devenus avec le bouddhisme des esprits investis par le dharma. Le symbole de cette légitimation du Thaèn F’a et donc des princes phouans serait le douzième autel des dévata qui se trouve sur le point le plus haut, accompagnant les stupas qui dominent et qui protègent la ville. 2- Nous retrouvons dans l’espace symbolique Phouan l’orientation Nord comme une orientation privilégiée. Si le camp des princes se trouve au Sud dans le jeu de mail, la face de ses joueurs et de son autel protecteur est bien tournée vers le Nord. Mais il faut regarder dans d’autres exemples si ce privilège est complémentaire et constitue une variante, ou s’il constitue une contradiction par rapport à la majorité des villes lao qui privilégient plutôt l’orientation Est, sacrée pour l’espace bouddhique. Les deux stupas qui dominent la ville n’auraient pas comme référence la cosmogonie hindouisée. Ils n’auraient pas forcément symbolisé la représentation du mont Méru au sommet duquel siège Brahma ; un monde, un état que devraient atteindre les puissants potentats. Mais ils auraient symbolisé la victoire du dharma associée à celle des lois que la lignée des Thaèn F’a sont en charge de promulguer dans leur règne. Ils auraient ainsi représenté ce dont les Phouans croient et non ce dont ils sont ou ce dont ils croient être. C’est le khouane muang [0;aog,nv’]-âme de la ville, garant de la paix, de la justice et de la prospérité du muang et de ses habitants. La position haute des stupas –qu’elle soit centrale ou non– aurait été alors une coïncidence par rapport à la représentation du mont Méru fréquemment représenté dans les ouvrages architecturaux des monastères.506 Ici, la position haute aurait traduit spatialement chez les Phouans la considération et le respect envers un élément protecteur et sacré. Il n’y a pas de rapprochement idéologique à faire entre le fait que les Phouans placent au sommet de la colline leur lieu sacré et le mont Méru hindouiste. A Muang Khoun le spirituel et le sacré sont placés en haut, au sommet, en particulier au-dessus de la tête des hommes.507 La situation spatiale du lieu sacré de Muang Khoun traduit en fait la conscience anthropique du sacré des Phouans projetée dans l’espace et dans leur comportement. Le sacré est confondu à leur mythe des origines. La conception du sacré semble alors se relier à une idée complexe et antérieure à leur conversion au bouddhisme. Il s’agit de leur auto conception ou de leur auto référence ethnique et historique. Les Phouans comme les Lao auraient fondé leur origine sur la lignée des Thaèn F’a [c4o2hk], des Muang Theung [g,nv’gmy’], autrement dit, des êtres qui viennent du haut, “ des cités d’en haut ”, célestes. Cette idée est clairement exprimée dans le Nithan Khun Bourom. Outre cette auto référence sacralisée, l’idée de Muang Theung semble laisser transparaître une certaine réalité historique et géographique des “ hauts muang du Nord ”. En d’autres termes “ les cités célestes ” n’auraient-elles pas désigné les “ muang du Nord ”, le royaume Thaèn ou Dian situé dans le Sud de la Chine, d’où serait venue une partie des populations lao tai. En outre, pour ces derniers “ le haut ” ou “ l’au-dessus ” [gmy’], désigne également “ le Nord ” [gsonv]. Dans tous les cas, l’autoréférence céleste aurait reflété la perception des Lao d’eux-mêmes et de la manière dont ils considèrent leur propre cosmogonie, leur monde spirituel et sacré. On pense que la référence des origines finit par fusionner avec le bouddhisme. Et cela se traduit spatialement par la construction des that sur la colline dominant la ville, constituant ainsi son repère et son schéma symbolique. Par ailleurs, la Nam Phouan –la rivière qui traverse Muang Khoun et qui se jette ensuite dans la Nam Ngyo– est présente mais semble peu importante par rapport à toute la ville en termes de débit et 506 Le Mont Méru est surtout représenté par le sô f’a, le sommet du faîtage du sanctuaire, le bâtiment central du monastère. 507 Dans cette logique, la tête d’un homme est le sommet de son être spirituel, elle est donc sacrée. Ainsi, chez les Lao nul ne touche ni ne passe par-dessus de la tête de quelqu’un. Lorsqu’il faut passer devant ou derrière une personne, il faut se baisser ou se courbent pour être plus bas. Quittant les règles du sacré, ces gestes deviennent une marque de civilité. Fig. 57. Les deux stupas de Xieng Khouang. Fig. 58. Plan de représentation de Muang Khoune Xiang Khouang. In : Histoire du Royaume phouan, Chao Khamlouang Nokham, publication de l’Association Lao Phouane.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 293 - Fig. 60. Schéma d’occupation de Muang Sing en 1996. Interprétation d’après les relevés réalisés par Bowsky et Walter KasperSochermann, in. Muang Sing, passé et présent. d’utilisation. Elle constitue difficilement un repère.508 Les orientations et la colline aux stupas occupent alors une place centrale. Sans que cela soit définitif, nous pouvons conclure que l’orient Nord est une orientation sacrée prébouddhique préservée dans le schéma symbolique de Xieng Khouang rappelant l’origine Thaèn de ses habitants, avant que l’orient Est bouddhique ne s’impose. La région du Haut Mékong. Le Haut Mékong durant la période coloniale, est au cœur des conflits entre la France, l’Angleterre, la Chine et le Siam.509 Elle regroupe des bouts de plusieurs royaumes : du Sip Song Phan Na (douze mille têtes de rizières), du Lan Na, de l’Etat Shan et du Lane Xang. Une grande partie du Haut Mékong représente le tiers de l’ancien Sip Song Phan Na. Quatre des douze Phan Na devenant anglais sous l’autorité traditionnelle du Chao F’a de Xieng Toung, quatre autres devenant chinois sous l’autorité traditionnelle du Chao F’a de Xieng Hung, les quatre Phan Na restant sont devenus français, intégrés dans l’Indochine, avec à leur tête un pouvoir traditionnel du Chao F’a de Muang Sing.510 De Xieng Kok à Muang Sing en passant par Muang Long, Muang Kang et Muang Nong, l’aspect des muang est fortement rural et l’histoire de leur établissement laisse peu d’éléments pour une analyse spatiale structurée. Seule Muang Sing offre une grande richesse de ce point de vue. Les études étymologiques et toponymiques permettent cependant d’émettre une hypothèse sur la chronologie éventuelle de leur fondation, mais qui n’apporte pas un éclairage particulier sur leur établissement. Une approche approfondie sur la gestion des sols, à l’intérieur et à l’extérieur des murs de la cité, en rapport avec l’organisation sociale des communautés dans et autour des sites, c’est-à-dire ceux des muang et de leurs marges, en termes d’interethnicité, pourrait apporter des éclairages sur la question. Comme l’a démontré une étude ethnologique de la gestion des sols de Evrard, qui met en parallèle l’interethnicité et la coexistence des muang et de leurs marges chez les communautés tai et khmu.511 Xieng Kok [-P’dqd] 512 signifie “ ville ainée ”, Muang Long [g,nv’]v’] “ ville qui vient après ”, Muang Kang [g,nv’dk’], “ ville du milieu ”, Muang Nong [g,nv’ovh’], “ ville cadette ”. Nous retenons de ces toponymes qu’il y a un mouvement chronologique de fondation de quatre muang avant Muang Sing. Partant du Mékong et avançant vers le Nord-est pour atteindre la haute vallée de Muang Sing, le premier muang construit serait Xieng Kok, puis dans l’ordre, Muang Long, Muang Kang, Muang Nong et Muang Sing. Cette avancée à l’Est vers les hautes terres aboutissant vers la fondation de Muang Sing aurait explicité la volonté du Chao F’a Sèng Si (son fondateur)513 de s’éloigner de Muang Xieng Khaèng, ville natale d’où il a été chassé. S’éloigner de Xieng Khaèng pour avoir la paix vis-à-vis d’une fratrie qui se bat pour le pouvoir, n’aurait pas exclu le fait qu’il y a une réelle recherche d’un territoire physiquement propice pour fonder une cité, et une raison symbolique pour légitimer une lignée qui aurait été éliminée de sa source. Et il serait tout à fait naturel que Chao F’a Sèng Si en retienne les vieux principes et traditions de fondation propres aux muang des Lü afin de préserver aussi sa propre légitimité et celle de ses descendants. De ce fait, au moins Muang Sing serait sans conteste un modèle issu de cette tradition, même si sa construction est récente. 508 Nam Phouan qui traverse la ville est modeste et ne constitue pas un axe majeur dans la ville, pourtant ses habitants justifieraient leur nom Lao phouan par le nom de cette rivière. 509 Le Siam revendique le territoire qui était intégré dans l’Indochine française, sous prétextant sa souveraineté durant la période précoloniale, l’Angleterre pour sa souveraineté historique sur la Birmanie et la Chine pour sa souveraineté du territoire du Sip Song Phan Na. 510 Ce partage a été défini lors du traité tripartite entre la France, la Grande Bretagne et la Chine, le 7 septembre 1895. 511 « Mobilité, rapport à la terre et organisation sociale dans quelques villages thaïs et Khmou’rook de la vallée de la Nam Tha ». Olivier Evrard. Article. 512 Terme lao composé de deux mots monosyllabiques, Xieng [-P’] (ville) et Kok [dqd] (ainé), sans aucune influence méridionale, du pali et du sanskrit. Au Sud le nom des villes aurait été plus palisé, ainsi Nakhon Prathom [ot7voxt4q,]- nom palisé- est l’équivalent de Xieng Kok [-P’dqd] en lao septentrional. 513 Chao f’a [g9Qk2hk] désigne le plus haut titre de prince dans la tradition dynastique lü. Il désigne aussi communément « prince ». Fig. 59 Situation politique et géographique de Muang Sing dans le Haut Mékong vers 1885. Carte réalisée d’après une carte de l’administration coloniale. Source : CAOM. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 294 - Muang Sing. La forme géométrale de la ville est, à première vue, tout à fait arbitraire et ses limites, artificielles. C’est une réponse au contexte géographique très radicale et peu connue au Laos. Muang Sing s’implante dans le creux de la haute vallée à 700 mètres d’altitude, entre la Nam Sing et la Nam Dai, un paysage agricole étendu et dégagé. La vallée est entourée de deux ensembles de montagnes : l’un dans le pourtour Est à 1685 mètres d’altitude, l’autre dans le pourtour Nord à 1041 mètres d’altitude. Muang Sing a un rempart carré en terre [76fyo, kou dinh], constitué à partir des déblais du canal qui l’entoure. Ce canal forme une sorte de tranchée. D’après ses habitants des tranchées peuvent être couramment repérées dans cette région. En plus des tranchées, appelées khong [7v’], à fonction agricole et de protection contre les crues, la population a l’habitude de construire aussi des tranchées autour d’un camp, d’un village ou d’une ville. Elle appelle cet ouvrage Khong Vieng [7v’;P’] ou Kheü Vieng [7n;P’]. Mais lorsque le terme khou ou kheü est associé au terme vieng [;P’], il semble acquérir une autre fonction en plus, celle de protéger la cité contre les assauts des cavaliers à cheval et des assaillants à dos d’éléphant. La forme des khou vieng et des khong vieng peut être droite ou arrondie, leur taille et leur profondeur sont variables. En général un khong vieng [7v’;P’] est doublé à l’intérieur par un Khou vieng [76;P’]. Mais l’état de conservation de ces ouvrages ne permet pas d’identifier si leur fonction était agricole ou militaire ? Le rempart de Muang Sing est un damier qui mesure entre 800 et 1000 mètres de côté,514 desservi par trois échelles de voirie. Les deux voies primaires médianes séparent la ville en quatre parties appelées chacune xieng [-P’] (Xieng Gneun, Xieng Lé, Xieng Chai, Xieng In) et sont orientés Sud-Est, Sud-Ouest, Nord-Ouest et Nord-Est. Les quatre voies secondaires séparent la ville en 16 groupes d’îlots de quatre, les voies tertiaires séparent la ville en 64 îlots appelés Ta ou Tassèng [8kF 8kcl’]. Un xieng est donc composé de 16 îlots carrés de 50 m x 50 m, disposés de manière égale et régulière. Chaque îlot est composé de 4 parcelles de 25 m x 25 m de côté. L’intérieur du xieng est donc desservi par 4 voies tertiaires et 2 voies secondaires qui se croisent. Deux des quatre côtés du xieng s’appuient sur le rempart de la ville et possèdent deux portes de sortie directe. Les quatre xieng forment en fait un vieng. Muang Sing est alors désigné aussi comme un “ vieng aux quatre xieng ” et également appelé par les Lü “ Vieng Muang Sing ”. Le Tassèng [8kcl’]. –chef lieu– ou “ l’îlot principal ”, est localisé à Xieng Chai (xieng du cœur) et les quatre xieng composant Muang Sing intra-muros sont attachés à ce Tassèng. Chaque xieng est placé sous l’autorité d’un Phraya xieng, « seigneur xieng » [ritpk-P’], sorte de chef de village mais portant le titre de Phraya [ritpk]. 515 Enfin, Muang Sing, intra-muros et extra-muros compris, est composé de 4 zones ou 4 Tassèng : Tassèng Xieng Chai, Tassèng Nakham, Tassèng Namkéoluang, Tassèng 514 D’après Grabowsky et Kaspar-Sikermann, les relevés réalisés par les Siamois comportent des erreurs car ils ont été réalisés à partir des vieux plans lü. Dans ce plan siamois, au lieu de 25 saèn, il est écrit 5 saèn. Or à 5 saèn, la longueur du rempart aurait seulement 280 mètres, ce qui ne correspond pas à la réalité. Tandis que les mesures données par les personnes âgées de Muang Sing indiquent qu’il mesure 500 va, c’est-à-dire à peu près 1000 mètres ; sur la photographie aérienne la ville mesure entre 800 à 900 mètres. En additionnant l’épaisseur du rempart des deux côtés, la largeur des voies tertiaires, secondaires et primaires, puis la largeur des huit îlots, l’enceinte du rempart mesure 1080 mètres pour le système métrique officiel, et 944 mètres pour le système métrique lao ancien. Le plan récent de Muang Sing dressé par l’Institut de Recherche en Urbanisme pour le compte de la province devrait corriger les erreurs en se rapprochant plus de la réalité, sachant que ce plan a été redressé à partir des photographies aériennes et non à partir de relevés géométrales et topographiques. 515 Phraya [ritpk] est un titre désignant à l’origine les rois. Les rois t’aï portent d’abord le titre de khun [05o], tel Khun Bourom, Khun Lo, etc. Dans le Phongsavandan lao et d’après Souneth Phothisane il y aurait d’abord 16 rois qui se succèdant et portant le titre khun. Ensuite il y aurait 6 rois portant le titre de Thao [mhk;], et enfin 4 rois avec le titre de Phraya. Après ces appellations les rois seront principalement désignés sous le titre de Phra Chao [ritg9Qk], en plus de leurs noms de règne, longs et complexes. Ces noms de règne utilisent les termes en sanskrit et pali et se sont référés au système indien. Plus tard Phraya désignera les nobles qui ont une fonction de ministre ou de gouverneur de province ou les deux à la fois. Ainsi le titre de Phraya Muang Chanh [ritpkg,nv’9ao] est réservé au premier ministre, Phraya Sène Muang ou Phraya Muang Sène [ritpkg,nv’clo] au chef de l’armée, régent du royaume et chef des provinces (sous le règne de Suryavongsa). Puis durant une période plus récente et ce, jusqu’à 1975 Phraya est simplement un titre de noblesse accordé par le roi aux hauts fonctionnaires. Alors que le titre n’est pas héréditaire, nous pouvons cependant remarquer que la majorité des Phraya du Royaume du Laos étaient eux-mêmes fils ou descendants des Phraya, souvent membre des vieilles familles appartenant à l’administration royale. Fig. 61. Plan de Muang Sing. Traduction en français d’après un plan siamois dressé vers 1889- 1890, Archives Nationales de Bangkok, rapport de service du gouvernement à propos de Muang Xiang Khaèng et Muang Sing- Muang Nang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 295 - Fig. 62. Schéma de hiérarchisatio n spatiale et symbolique de Muang Sing Fig. 63. Un lak ban lü à Bountaï Thongmai. L’exemple de Muang Sing donne un éclairage sur la terminologie xieng [-P’] qui désigne communément la ville, pour les Tai septentrionaux, en devenant aussi le préfixe du nom des villes. Muang Sing a été construite vers 1792 par Chao F’a Sèng Si qui a quitté Xieng Khaèng suite à un conflit de succession. Mais à l’origine, sa première implantation était à la source de la Nam Daï, à 3 kilomètres de Muang Sing. Et pendant 17 ans ce rempart-digue de la ville était en terre et de forme organique. Nous apprenons de la chronique orale locale qu’un demi-siècle après sa construction, la plaine de Muang Sing a été abandonnée par ses habitants qui émigrent516 vers Chiangmai et vers la chefferie de Muang Nan517 dont le seigneur aurait entrepris une extension attirant une grande partie de la population. Sans être bien établie, la ville, voire toute la vallée, devenait vacante. Les Lü appellent cette période “ guerre des Kalrom ”. 518 Mais nous ne savons pas sous quelle forme était Muang Sing à ses débuts. Le plan en damier a-t-il été construit à ce momentlà ? Face à la déroute les notables de la ville demandent au Chao F’a de Muang You519 d’envoyer un chef pour diriger Muang Sing. Les Chao F’a de Xieng Khaèng auraient tenté plusieurs fois de le repeupler mais sans succès. A partir de 1870, la région aurait été peu à peu repeuplée. Autour de cette date le Chao F’a de Muang You envoie Chao F’a Rsirinô gouverner Muang Sing. Celui-ci implante d’abord un groupement vers Ban Houa Khoua (village à la tête du pont) et restaure Ban Thin That (village au pied d’un stupa), y demeure durant deux à trois années. Puis, voyant que le site n’est pas adéquat, notamment trop exposé à l’inondation, car trois rivières se rejoignent à l’endroit où s’implante le groupement, il a alors l’idée de fonder une ville, en déplaçant le groupement sur le site actuel de Muang Sing. Le plan siamois établi en 1889-1890, montre qu’une grande partie de la ville n’a pas été remplie : certains îlots restent vides, laissant croire que la ville était inachevée à cette date. Peu d’années après ce fut le début de la colonisation française. Chao F’a Sirinô a choisi de se rallier à la France, pensant pouvoir sauver sa principauté des prétentions anglaises, siamoises et Hô. La cité de Muang Sing et sa région est constituée à partir de 17 thong na [mqJ’ok] (17 champs de rizière), qui est égale à 17 houa na [sq;ok] (17 têtes de rizière) c'est-à-dire “ 17 propriétaires ”.520 Ce qui correspond à peu près au territoire de ses quatre districts actuels. La citadelle elle-même est un carré de 4 portes comme les autres cités lü se trouvant à l’extérieur du Laos : Muang Yu [g,bv’16h], Muang Loey [g,nv’]vp], Muang Euwa [g,nv’gvu;hk] et Muang Nam [g,nv’oE]. Chao F’a Rsirinô meurt vers 1905. Il appartient à la dynastie de Xieng Hung, capitale de la confédération du Sip Song Phan Na. Il est descendant de Chao F’a Dek Noy (l’enfant roi) ou Chao F’a Inpanh, fondateur du royaume de Xieng Khaèng au XVe siècle.521 Selon la Chronique de Xieng Khaèng, traduite et 516 Plusieurs récits de la région, notamment celui de Vieng Phu kha, se recoupent pour montrer que l’émigration lü vers Muang Nan était une émigration forcée par les troupes siamoises avec l’aide des chefs de Nan. 517 Actuellement il y a un petit district de Muang Nan qui est situé au Sud de la province de Luang Prabang, puis il y a Muang Nan dans le Nord-est de la Thaïlande. Il s’agit ici du Muang Nan situé dans le territoire Thaïlandais. 518 La population de Muang Sing donne le nom de “ guerre des Kalrom ” sans doute parce qu’elle voyait que les troupes siamoises qui menaient campagne dans leur ville sont composées majoritairement de Kalrom (sous-groupe tai gnouan [p;o) et Khrom (de parler môn-khmer), effectivement engagés comme mercenaires par l’armée siamoise. « Ce sont des mercenaires de métier (disent-ils) qui ne craignent ni de piller, ni de faire des razzias ». Mais les Kalrom du Laos se disent généralement être lü. 519 Muang You dans la prononciation lü à Muang Sing, ou Muang Yon sur la carte française représentant le Haut Mékong, est sans doute Möng Yawng ou Mong Yu birman qui sont actuellement au Myanmar, l’un à environ 100 km et l’autre à moins de 70 kilomètres à vol d’oiseau à l’ouest de Muang Sing. 520 Houa na [sq;ok], “ tête de rizière ”, semble employé comme une unité de mesure des terres ou des propriétaires chez les Lü. En comparaison avec les Lao de la basse plaine, houa na semble désigner davantage une partie physiologique des rizières. Le houa na en ce cas est la partie la moins immergée du sol utilisée comme pré ou pâturage, disposée généralement entre les rizières et le village. Chez les Lü y a-t-il un regroupement de propriétaire à la tête du quel il y aurait un chef qu’on aurait appelé houa na. 521 L’histoire de cet ancêtre fondateur mérite d’être rapportée ici, car elle est étrangement similaire à la légendaire biographie de F’a-Ngoum fondateur du Lane Xang. Ce Chao F’a serait encore un enfant ou un adolescent lorsqu’il régne à Xieng Hung. Capricieux et tyrannique, il passerait son temps à tyranniser son entourage et à tuer chaque jour un buffle pour festoyer. Ces habitudes, dans une société agraire comme celle des Lüs, appauvrissent la population. Cette dernière Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 296 - annotée par Lafont, c’est un royaume qui a fait sécession du Sip Song Phan Na pour devenir « le seul à se retrouver indépendant de cette confédération ». 522 Entre le XVIe et la fin du XVIIIe siècle il s’est placé sous la suzeraineté de Pegu (Birmanie). Puis lorsque le Siam l’occupe, le système politique et social établit depuis quatre siècles se serait effondré et la ville principale refondée plus tard à Muang Sing. A la fin du XIXe siècle le Royaume de Xieng Khaèng entra dans les conflits coloniaux. Vieng Phou Kha. Aborder l’histoire de Vieng Phu Kha présente de grande difficulté, du fait de l’absence de chronique locale et du fait de son enclavement, non seulement géographique, mais aussi culturel qui la relie difficilement aux autres villes. Aujourd’hui, elle se trouve sur la route A3 entre Luang Namtha et Houayxay, l’un des trois maillages du réseau routier du Nord aménagé dans le cadre du programme de développement économique du GMS. Ceci devrait changer beaucoup la donne pour Vieng Phu Kha dans les prochaines années : d’un lieu quasi-inaccessible, il est actuellement à 2 heures de Mohan (Chine) et à 3 heures de Chiangkhong (Thaïlande), route la plus courte par laquelle les camions chinois et thaïs empruntent pour échanger leurs marchandises. Actuellement Vieng Phu Kha est peuplé à 95% de population de parler môn-khmer. Mais son histoire est instable du point de vue ethnographique et culturel. Le site est occupé dès le début du mégalithique. Nous y trouvons des objets et des outils en pierre,523 et sur les parois des grottes de nombreuses gravures représentant des animaux. Vieng Phu Kha semble aussi être le plus important site khmu de fabrication de tambour de bronze au Laos, puisque nous y trouvons des débris de fer, de bronze et d’or issus de fonderie et de four.524 Dans l’histoire du peuple khmu il est transmis de génération en génération que deux branches, khmu khrouaèn [0t,5c7;ho] et khmu roc [0t,5ivd], se faisaient la guerre vers la fin du premier millénaire, due à des croyances divergentes : les uns vénéraient les phi des ancêtres, les autres, les esprits de la forêt. Les conflits auraient causé l’affaiblissement de ce peuple, séparé en plusieurs groupes, rendant impossible une organisation sociale et politique plus solide, sous forme de cité par exemple. Malgré une démographie importante et des avantages culturels et intellectuels dus à leur rapprochement plus grand au monde môn-khmer,525 que n’ont pas les autres communautés tribales de parler môn-khmer, les Khmu s’organisent en village et en tribu et ne dépassent jamais ce cadre dans le territoire de Vieng Phu Kha. D’un monde fermé, les Khmu seraient peu à peu entrés en contact avec les Tai, dont la structure sociale, politique et économique est organisée dans le muang. Les Khmu vont vivre sur les marges du muang des Tai du point de vue géographique et social. Mais du point de vue politique et économique ils seraient inévitablement intégrés dans le système du muang grace aux trocs et à la connaissance qu’ils ont de la forêt, dont ont besoin les Tai muang. 526 Bien que le Lao soit une langue véhiculaire entre les différentes ethnies depuis plusieurs siècles, un échange linguistique est exigerait alors son exile. « Le mettant dans un radeau et accompagnés de cinq couples de Tai, de sept couples de Khas (Khmu), des guerriers composés de quinze Tai et de douze Khas (Khmu) », la petite colonie descend le Mékong et fonde la ville de Xieng Khaèng qui devient le centre du royaume portant le même nom. La partie légendaire de la biographie de Chao F’a Dek Noy a été recueillie au cours de l’interview que j’ai réalisé auprès du Pothao Sèng Chai (le grand-père Sèng Chai) de Xieng Chai à Muang Sing. 522 Le Royaume de Jyn Khen, chronique d’un royaume Tay loe2 du haut Mékong (XVe – XXe siècle), P-B Lafont, L’Harmattan, Paris, 1998. Op, cit. 523 Dans la grotte de Phou Lang nous y trouvons des gravures de tigre que les locaux khmu appellent savay si Ngot qui signifie « le tigre qui dort sur la route ou le tigre barrant la route ». Sur la falaise de Sang Kha nous y trouvons des gravures montrant des familles de chiens et de chiots. Cf. Sèngthong Phothiboupha. Ibid. 524 Nous trouvons ces vestiges à trois endroits : à Thong Lô [mqJ’s]+] « champs de fonderie », à Tham kateub [4Edt8b[], et à Tham Takhong-Takhèng [4He 8t7jv’8tc7’]. 525 La langue khmu est l’une des plus importantes en Asie du Sud-est continentale. Elle a joué un rôle important dans la langue lao qui lui emprunte un certain nombre de mots dans le domaine de l’agriculture et de la forêt, ainsi que dans la désignation de nombreux objets. 526 Dans le Nord, l’identité tai est associée fortement au muang. Ceci par opposition aux autres populations non tai et non détenteur du muang mais vivant sur les marches et les marges du muang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 297 - remarquable entre Khmu et Lao puisqu’un pourcentage important de termes lao est d’origine khmu.527 Vieng Phu Kha est apparu pour la première fois dans le Nithan Khun Bouron. Lors des campagnes d’unification après la prise du Haut Mékong, F’a-Ngoum aurait déplacé la population de Muang Luang Phu Kha vers Xieng Dong Xieng Thong au début de la seconde moitié du XIVe siècle, pour ne laisser que vingt familles. Et au XVIe siècle, étant devenu l’un de leurs muang la Chronique de Xieng Khaèng dit que les Chao F’a y ont réinstallé les Kha Samtao, d’origine mônekhmère mais bouddhistes. La mémoire orale fournit quelques données qui se recoupent avec cette chronique sur certains points, mais elle en donne souvent des versions très légendaires. Du XVIe au XVIIe siècle suite à la défaite de Sethathirat sur Chiangmai et sur le haut Mékong les Birmans se seraient emparés de la région. Installés dans la ville ils auraient construit l’étrange fortification qui donne à Phu Kha son statut de vieng. L’occupation birmane sous le règne de Bayinnaung aurait pour objectif la création d’un avant-poste de Taung-Ou pour contrer le Lane Xang. Envoyé par ce grand roi birman, un moine érudit, Maha Phot, accompagne les Lü et les Phu Noy de religion bouddhiste pour peupler la région de Phu Kha. Plusieurs monastères auraient ainsi été construits par leurs soins : Vat Maha Phot, Vat Bokhung, Vat Chomthong, Vat Pha Phoune, etc. Une fortification aurait été construite sur une petite colline. Vers 1567, un nom en Pali a été donné à Phu Kha pour l’inaugurer : Pukhakheratha. Mais cette version de l’histoire contredit une certaine réalité par le fait que la population ne retient pas ce nom et retient plutôt celui de Vieng Phu Kha. Il faut signaler aussi qu’une ville birmane ne porte pas la terminologie vieng. Tout en gardant en mémoire l’histoire orale locale qui attribue aux Birmans la construction de l’étrange fortification, la population locale reste perplexe quant à sa logique. Nous pensons qu’il est possible que le Khong Vieng en terre soit antérieur aux Birmans et que ces derniers aient pu réoccuper le site et l’ouvrage en y construisant leur ville, juste le temps de leur occupation. Durant la période birmane, le système de pouvoir local khmu autrefois préservé par les Lao serait peu à peu tombé en déshérence. Pour fuir les tributs imposés par la cité de Phu Kha la population khmu aurait quitté la ville, sans chef et sans organisation, dispersés en petits groupes, vivant dans des habitations souvent provisoires, devenant quasiment nomades au gré des saisons et des opportunités des terres à cultiver, abandonnant l’organisation de grands villages structurés. Ils auraient établi un système de troc de subsistance (produits agricoles) et auraient vendu de la main d’œuvre à la ville occupée par les Birmans, les Lü et les Phu Noy. Vers 1630 lorsque Muang Luang Houa Tha (Luang Nam Tha) fut établi au nord, les autorités des deux muang auraient fixé la frontière entre leurs territoires au sommet d’une montagne appelé Doy lak kham (montagne de la borne dorée). La domination birmane dans cette région aurait duré 160 années jusqu’aux premiers raids des Hô. Effectivement lorsque les Hô ont attaqué, occupé et pillé la ville entre 1728 et 1730 les Birmans ont déserté aussi la région et ne sont de retour qu’une cinquantaine d’années plus tard. Le siège des Hô se traduit par la destruction de la ville fortifiée pour ne laisser subsister que ses environs parsemés de villages khmu et tai. Après leur départ, les anciens habitants ne reviennent pas davantage. La cité de Phu Kha est peu à peu devenue une jungle hostile. Les Khmu ont profité de cette occasion pour y revenir. De fabuleuses légendes khmu relatent la période héroïque où il faut se battre contre la jungle et les animaux sauvages pour rétablir et humaniser Phu Kha. Après avoir vaincu les animaux sauvages le chef Khmu de cette expédition, Saèn Phab, devient dirigeant de 527 Au Laos la langue véhiculaire entre les quatre grands groupes et sous groupes de parler môn-khmer, tibéto-birman, miao-yao et tai est la langue lao (en d’autres termes, la langue tai utilisée dans l’ancien Lane Xang). Et ceci depuis plusieurs siècles indépendamment des initiatives politiques récentes qui obligent tous les groupes ethniques existant sur le territoire lao à adopter le Lao comme langue officielle. Dans le troisième quart du XIXe siècle, les explorateurs français avaient déjà observé que les populations non tai du Laos utilisent le Lao pour communiquer, même au sein des petits groupes de la même famille, par exemple entre les sous-groupes môns-khmers. Mais aucun auteur ne dit à quel moment la langue lao a été utilisée ainsi. Dictionnaire Khmu-Lao, Yan-Oulaff, Damlong Thayaninh, Christina Lindel, Thongphet Kingsada, Somsèng Xayavong, Imprimerie du Ministère de la Santé, Vientiane 1994.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 298 - Vieng Phu Kha en tant que Phraya entre 1732 et 1735 avant de céder la place à Chao F’a Phèng de Xieng Khaèng. Vers 1790, les Birmans sont revenus occupés Phu Kha jusqu’à 1838.528 A partir de 1838 les Siamois vont mener des campagnes d’annexion du Haut Mékong. Ils occupent le territoire en déplaçant des populations vers Chiangmai et Nan, avec l’aide des chefs de Muang Nan et aussi avec l’assistance des Anglais, intéressés pour compléter les parties manquant des Sip Song Phan Na. Les déplacements incessants des Khmu et des Tai de cette région seraient sans doute l’une des causes qui altèrent le rapport traditionnel entre les peuples indigènes de parler môn-khmer et les peuples lao tai, construit au moins depuis le XIVe siècle. D’un système de pacte, la relation se transforme en rapport d’assujettissement. Ce serait probablement à partir du moment où les pactes ont été rompus qu’il y a apparition de l’exploitation pure et simple de ces populations et que le terme kha prend un sens nouveau par rapport à l’époque de F’a-Ngoum, où kha aurait désigné simplement une population d’origine mône-khmère, l’équivalent du terme khrom [0v,]. Après les traités franco - anglais le Haut Mékong (partie Est) entre dans le protectorat français sous l’autorité du roi de Luang Prabang à partir de 1894. Il y a alors un mouvement de repeuplement par le retour des populations qui ont fui les conflits, notamment les Khmu. Le système de corvée a été établi pour prélever les taxes de capitation et pour reconstruire la région : une route ancienne a été réhabilitée et reconstruite entre Luang Nam Tha et Houayxay. L’autorité royale est plus présente après la deuxième guerre mondiale et après l’indépendance, des fonctionnaires lao sont envoyés pour administrer Muang Vieng Phu Kha. Mais après la libération ou la prise de Muang Sing et de Muang Luang Nam-Tha par le Néolao Issara en 1962, la région de Vieng Phu Kha qui appartient dès lors à la zone libérée connait de nouveau un lourd enclavement. Plusieurs milliers d’habitants la quittent après la libération, rejoignant Houayxay, ville contrôlée par le gouvernement de Vientiane. L’étude toponymique de Vieng Phu Kha suggère des hypothèses quant à l’origine de sa constitution. Vieng Phù Kha [;P’r67k] signifie “ ville bloquée dans la montagne ”, mais peut également être une corruption de deux expressions : de Vieng Phu Khâ [;P’r60hk] signifiant “ ville de la montagne des Kha ” –Kha [0hk] étant la désignation par les Lao des populations montagnards non tai de parler môn-khmer, ou de Vieng Phû khâ [;P’z6j0hk], “ Ville à moi, l’obligé ”.529 528 D’après Sèngthong Phothiboupha, « Histoire de Vieng Phu Kha » (Op, cit). Mais d’après Souneth Phothisane, le Siam aurait déjà plus ou moins la main mise sur les Sip Song Phan Na. Sous l’ordre de Thonboury vers 1805 les troupes de certains royaumes vassaux du Siam conduites par Chao Anou de Vientiane auraient mené une guerre dans le Nord pour enlever les muang sous occupations birmanes. Le succès de cette guerre était retentissant, plus de 50 muang à dominance lüe ont été arrachés aux Birmans y compris certains muang qui étaient les plus occidentaux et situés aujourd’hui dans le territoire birman. Il y a notamment Muang Yaung, Xieng Tung, Muang Luang (Luang Nam Tha), Muang La, Muang Xieng Hung, Muang Xieng Khaèng, Muang Vieng Phu Kha. In : Les batailles héroïques de Chao Anu, S. Phothisane, Bibliothèque Nationale, Vientiane 2002. 529 Contrairement à la conception générale nous pensons que le terme kha désigne plus le serviteur que l’esclave. Puisque le phénomène d’esclavage est né vers le XVIIIe siècle. A l’origine kha that [0hkmkf], “ serviteur du that ” vient d’une tradition royale qui veut que les monarques placent aux services du monument votif (that) des personnes ou des groupes de personnes, après avoir terminé leur construction. Contraintes par une servitude religieuse les personnes sont désignées de kha that, “ serviteurs du that ”. Contrairement aux esclaves liés à la société siamoise du XVIIIe – XIXe siècle, les serviteurs du that jouissent des prérogatives : ils sont exemptés de corvées et de tributs et personne n’a le droit d’outre passer les ordonnances royales qui peuvent durer plusieurs siècles. Il serait par exemple hors de question que Suryavongsa remette en cause les personnes placées comme serviteurs du That Luang par Sethathirat, même s’il restructure la gestion du that. Sur le plan lexical kha utilisé en association avec d’autres termes recouvre d’autres significations. Khoy-kha [0vjhp-0hk] désigne un “serf”, un “ assujetti ”. La signification textuelle de Phû étant “ celui qui ”, phû khâ serait “ celui qui est un obligé ”. Vraissembablement le nom de Vieng Phu Kha avec l’orthographe actuel signifiant “ la ville bloquée dans la montagne ” serait une corruption de Vieng Phû khâ [;P’z6j0hk], “ Ma ville à moi, l’obligé ”. Il est probable que parmi les territoires appartenant aux indigènes et placés sous la domination lao, Vieng Phu Kha fait l’exception de ville laissée aux pouvoir autochtone khmu, une prérogative royale, d’où la désignation de “ ville des khmu ”. Sur le plan sociologique, kha [0hk] ne peut être assimilé complétement à la seule connotation d’esclave. Le phénomène de l’esclavage apparu dans la société lao, sans doute vers le XIXe siècle, possède une origine autre et correspond à une période historique qui n’est pas liée à la période de soumission des populations non tai ou de parler Môn-Khmer qui a lieu au moins à partir du XIVe siècle. Devenir esclave, kha [0hk], n’est pas uniquement le sort des populations non tai ou de parler Môn-Khmer mais c’est aussi celui des Lao Tai eux-même, notamment lorsqu’ils ne peuvent rembourser leurs dettes. Ce sont des esclaves pour dette. Les minorités de parler Môn-Khmer sont le plus concernées, ayant été victimes au XIXe siècle de raffles, par les ethnies du même groupe plus guerrières ou par les Tai. Dans les deux cas ils ont été vendus purement et simplement comme esclave. Cette pratique est devenue un commerce fructueux au XIXe siècle, largement Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 299 - “ L’obligé ” serait utilisée pour s’adresser aux autorités royales lao tai auxquelles les Khmu se sont soumis. Quelle que soit la période de domination tai –de Xieng Khaèng ou de Luang Prabang– la chronique locale note que la région de Vieng Phu kha, comprenant plusieurs villages tribaux, a toujours été administrée par les chefs autochtones indigènes khmu ou autres sous-groupes mônskhmers et aujourd’hui l’écrasante majorité des habitants sont de parler Mône-Khmer. Avant le XVIe siècle, ces derniers n’ont pas le droit d’occuper la fonction naï phong [okpzHq’] (chef du Tassèng ou chef du canton)530 et aucun d’entre eux ne peut occuper le poste de Chao Muang (chef du district). A partir du XVIIe siècle, l’administration royale lao a accordé aux dirigeants “ indigènes ” de Phu Kha les titres de Meun [\nJo] et Saèn [clo], mais pas le titre de Phraya [ritpk] 531 . A l’écart du chef-lieu du muang actuel, des restes de vestiges en brique attestant l’existence des constructions religieuses (tels les sanctuaires bouddhistes, sim et vihan), de canal (khong) et de digue (khou), montrent à l’évidence l’existence d’un ancien vieng. La dégradation des ouvrages bâtis (quasiment détruits par les pillages, les intempéries et la végétation) montre que la ville a été abandonnée depuis plusieurs siècles. D’après l’histoire locale,532 elle a été abandonnée à deux reprises : vers 1730 suite à des raids des Hô et vers 1838 lorsque la ville est attaquée par les mercenaires dirigés par les chefs de Muang Nan sous les directives du Siam. Il est difficile d’identifier sous la végétation et les tumulus une quelconque architecture et forme urbaine. Les relevés sommaires donnent un aperçu approximatif de la morphologie de la fortification en terre et montrent une particularité par rapport aux autres fortifications existant au Laos. Implantée à proximité d’une petite colline entourée d’une plaine de petite taille, la fortification a au sud-est une petite rivière, la Nam Chuk. Le site est plat et semble être le résultat d’une mise en oeuvre artificielle : aplani, creusé et gagné sur une terre convexe ou sur une faible pente de colline. La fortification elle-même est formée de déblais accompagnés de montées de terre. Leurs tracés dessinent, dans le sens des aiguilles d’une montre, une fortification en forme d’escargot : le côté ouest possède trois lignes, le côté est en possède deux. Au nord, il y a la petite plaine de Ban Thio, à l’ouest celle de Ban Pha Poun, Ban Bô Khung et Ban Bô Khang. A l’est il y a celle de Ban Thong Lô, au Sud-est et au sud, la petite rivière Nan Chuk. Ont été construits à l’intérieur de la fortification côté sud deux stupas, et au sud-ouest à l’extérieur, un sanctuaire bouddhique. Les ruines de ces éléments bâtis, ainsi que celles de la fortification elle-même, sont quasiment inexploitables du point de vue archéologique à moins qu’un dégagement et excavation complet soit mis en œuvre. Tout le site couvre près de 40 hectares de forêt. Les fonds des déblais-canaux sont en partie comblés naturellement de terres noires au fil des années. En marchant dans les fonds des canaux, nous avons pu suivre le tracé de la fortification. La profondeur des canaux varie entre 9 et 11 mètres, leur largeur entre 8 et 15 mètres, tandis que la largeur des fonds entre 3 et 4 mètres, la longueur totale de la fortification environ 5 232 mètres. Vieng Phu Kha aurait possédé une triple origine. L’histoire de sa fondation serait liée à celle de la région du Haut Mékong, comme Houayxay, Muang Sing, Luang Nam Tha et Muang Xieng Khaèng, occupée par les Birmans durant plusieurs dizaines d’années, voire durant plus d’un siècle –faits que l’histoire locale retient avec certitude. Son statut persistant de vieng indique une ancienne administration lao tai, alors que son toponyme rappelle son origine khmu, attesté par une diffusée au Laos par les siamois qui la pratique plus aisément. L’esclavage, comme tel, est connu de la société lao ancienne mais ne serait pas une pratique courante car désapprouvée par la morale réligieuse. 530 D’après Sèngthong Phothiboupha (op, cit.) naï phong désigne le chef du district, chef de canton. D’après Khamman Vonkotrattana, phong désigne le village reculé. Op, cit. 531 D’après les données recueillies pour « l’histoire de Vieng Phu Kha » par Sèngthong Phothiboupha, papier manuscrit de 8 pages, 1994. Les titres nobilières qui correspondent surtout à des fonctions et ne sont pas transmissibles héréditairement sont principalement de quatre dégrés : dans l’ordre de croissance, Meun [\nJo] correspond à 10 000, Saèn [clo] correspond à 100 000, le troisième le Phya [graP] et le quatrième le Phraya [ritpk]. Phraya est l’équivalent de ministre. Ce titre a plusieurs grades : Phraya Saèn muang [ritpkclog,nv’] est le chef des armées, le chef des provinces et le régent du Royaume au XVIIe siècle, Phraya Muang Chanh [ritpkg,nv’9ao] est le premier Ministre. Cf. note op, cit. 532 Sur l’histoire de Vieng Phu Kha, la version du service culturel du district fait référence aux annales de Muang Xieng Khaèng. In : « Histoire de Vieng Phu Kha », Sèngthong Phothiboupha. Ibid. Fig. 64. Relevés de la fortification de Vieng Phu KhaDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 300 - majorité écrasante de cette population présente sur le territoire et par les vestiges de fabrication de tambour de bronze retrouvés à Ban Thong Lô à l’est de la fortification.533 Du point de vue morphologique, la fortification de Vieng Phu Kha ne ressemble ni aux fortifications des Birmans à qui l’histoire attribue la propriété, ni à celles des Tai repérées à ce jour, ni à celles des Khmu, du moins nous ne connaissons pas à ce jour de manière formelle leur fortification. Pour construire la fortification l’histoire locale dit que les Birmans auraient rassemblé chaque jour 500 autochtones pour déblayer la terre. La construction qui n’aurait duré que trois mois, aurait eu lieu vers 1530. En faisant le calcul, chaque homme aurait creusé 11,5 m3 par jour. Ce qui paraît impossible. Quelle serait la fonction de cette fortification inhabituelle et complexe : une fortification militaire à la castramétation particulière, agricole ou citadine ? En tous les cas, les traces d’habitations n’ont pas été repérées à l’intérieur et des liaisons n’ont pas été remarquées entre les canaux et la Nam Chuk, à moins que des tronçons aient été comblés et disparus. Cependant, nous pouvons la rapprocher aux autres anciennes fortifications. Celles de Muang Viengkham, trouvées sur les berges de la Nam Ngum, dont nous ne connaissons pas à ce jour l’origine, sont composées de cinq petites fortifications en forme d’anneau, reliées les unes aux autres par des lignes de déblais sur la berge est de la Nam Ngum. Celle qui se trouve à l’ouest est plus grande que les autres. De manière plus lache et moins importante en taille, il y a d’autres kong (déblai - digue) dans les environs de Muang Sing et à proximité du centre de Luang Nam Tha.534 Ils auraient été creusés au pied des collines ou des montagnes et auraient utilisé leurs pentes comme protection arrière (informations non vérifiées). Ils auraient un aspect plus ou moins provisoire dans la mesure ou ils auraient été aménagés pour protéger provisoirement les villages ou les établissements qui se sont établis à une époque donnée. La période qui les concerne serait récente autour du XVIIe et XIXe siècle. Par contre à Luang Nam Tha, les informateurs évoquent la période Khrom et Tch’ueng, beaucoup plus éloignée. 535 Vieng Phu Kha tel qu’il est aujourd’hui ne peut fournir des informations plus avancées sur les trois périodes d’installation évoquées (khmu, tai et birmane). Il est même curieux que ce petit district puisse avoir une quelconque importance du point du vue historique. Car comme beaucoup de muang actuel, les muang sont muang que par leur nom ou parce qu’administrativement il faut installer un muang dans une logique de répartition administrative d’un territoire “ trop peu habité ”. Le centre du muang actuel à quelques kilomètres (2 km ?) au sud-ouest de la fortification est traversé par la route A3 reliant Luang Nam Tha à Houayxay. Sur le côté ouest de la route vivent les Tai et sur le côté est les Khmu et les autres non tai. Au moment du Kam Ban [de[kho], fête consacrée aux phi ban khmu qui a lieu une fois par an vers fin juillet, le village est interdit d’accès aux étrangers : un signe barre les passages. Quiconque dépasse la limite marquée par les signes est passible d’amende.536 533 D’après Houmphanh Rattanavong, la fabrication du tambour de bronze ne relève pas uniquement des populations mônes-khmères ou indigènes, mais également des populations lao tai. Les tambours de bronze retrouvés dans le Sud de la Chine auraient fait aussi partie des objets rituels fabriqués par les Daï (Tai), hypothèse qui serait confirmé dans les études de l’équipe du musée d’anthropologie de Nanning. In : 2000 ans au son du Khraèn lao, Accadémie Nationale des Sciences, éd., Association pour la protection et le développement durable de la biodiversité, Vientiane, 2008. 534 Dans les deux cas, par manque d’information nous n’avons pas pu trouver des relevés ni inspecter les sites que les informateurs nous ont indiqués. 535 De manière générale, lorsque la conception populaire attribue tel ou tel site comme appartenant aux Khrom et aux Tch’ueng cela signifie simplement que le site en question n’est pas lao : sa construction remonte à une époque reculée dont elle n’arrive pas à faire le lien avec ce qu’elle sait et ce qu’elle conçoit comme lao. Cela signifie simplement l’inconnu. Il n’y a donc pas de raison de renvoyer entièrement l’inconnu au monde môn-khmer. Et lorque nous examinons ce qui est qualifié de lao par la conception populaire, nous voyons souvent des éléments (monuments, monastères) encore en usage, ou lorsque ce sont des ruines, elles ont une certaine traçabilité inscrites dans les chroniques locales, écrites ou orales. Dans la conception populaire, Khrom renvoie au peuple môn-khmer, et Tch’ueng aux constructeurs de la plaine des Jarres. Op. Cit. 536 Seul le côté est, côté du village des khmu, est soumis à l’interdition d’accès au moment de la fête, le côté ouest de la route habité par les non Khmu reste accessible. Sans cette bipartition la traversée du village par la route A3 lors des fêtes aurait été difficile : toute les voitures descendant vers Houayxay auraient à payer des amendes, à raison de 100 000 kips par personne.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 301 - Rappelons que H. Rattanavong suggère l’idée qu’il y a un lien possible entre Vieng Phu Kha et les Lao Thaèn (dans le Nithan Khun Bourom). 537 Ces derniers y auraient installé pour la première fois un établissement lao au VIIe – VIIIe siècle, avant d’occuper Luang Prabang et Xieng Khouang. A cette question, les vestiges archéologiques subsistants ainsi que les récits locaux, ne permettent pas de fonder de manière plus construite des hypothèses sur les bâtisseurs de ce vieng. Les fouilles n’ont pas vraiment été effectuées, juste des signalements sur l’importance de la population khmu et du site dans l’histoire du Lan Xang, à la suite des repérages effectués par les autorités en charge des affaires culturelles du district, accompagnés de textes et de relevés sommaires.538 Quoi qu’il en soit Vieng Phu Kha constitue une pièce de plus pour nous “brouiller” sur la connaissance des villes laotiennes septentrionales des hautes terres qui commencent à peine à nous dévoiler leurs secrets. Cependant, nous verrons dans quelles conditions cette hypothèse ne peut être complètement rejetée. Souvannakhomkham ou Xieng Saèn D’après Garnier Souvannakhomkham serait apparue au Ve siècle et son fondateur aurait été un Khrom. D’après Vongkotrattana qui s’est référé au Tamnan Yolnok ou Tamnan Liphi, un khrom –Ayakuman, l’oncle du roi de Sikhottabong aurait été son fondateur. La cité aurait été installée sur l’île de Kheun avec 3 000 sujets. Construite en trois ans, elle « aurait atteint près de 100 000 maisons ». Plus tard, par suite de mauvais traitements envers les marchands de Muang Swa (Luang Prabang), suivis de conflits, la cité aurait été saccagée par la colère du naga, et ses habitants l’auraient abandonnée.539 Ces légendes sont complexes et difficiles à recouper avec des faits historiques. Mais nous retenons le fait que Xieng Saèn est relié à Luang Prabang et à Nong Sé Saèn Gnane –une région supposée située dans le royaume Dian (Muang Thaèn)540– et que les habitants de Luang Prabang sont assimilés à la famille des naga venus de Muang Thaèn. Deux éléments transparaissent ici : d’abord, les assaillants qui ont détruit la cité seraient les habitants de Luang Prabang liés à Muang Thaèn ; après cette destruction, la cité aurait été reconstruite par les Lao Tchok venus de Chiangrai. Ce sont deux protagonistes opposés que nous avons déjà évoqués. La ville qui renait aurait eu un rempart sur les quatre côtés, long de 3 000 bras et aurait pris le nom de Xieng Lao ou Ngeunyang. 541 De ces légendes et épopées semi-historiques avant le XIVe siècle, retenons une idée qui peut transparaître dans l’histoire sociopolitique : la cité de Xieng Saèn serait passé du pouvoir autochtone môn - khrom au pouvoir tai. Sur le plan culturel et ethnographique, la 537 D’après lui, les Lao Thaèn (Cf. Khun Bourom et Khun Lo) viennent de l’ancien Muang Thaèn (Xieng Hung), appelé aussi Muang Theung (cité du haut), ou du nouveau Muang Thaèn (Sip Song Chou Tai) appelé aussi Muang Loum (cité du bas). 538 H. Rattanavong a identifié le site dans le cadre des travaux de repérage mené par l’Institut de Recherche sur la Culture (IRC) dont il avait la direction. En 1994, un document a été produit par Sèngthong Phothiboupha, il comporte trois textes : le premier texte manuscrit de huit pages résume l’histoire de Vieng Phu Kha ; le deuxième comportant deux pages porte sur le Khong Vieng (douve de fortification) de Phu Kha ; le troisième évoque le Vat Maha Phot. En 2003 un autre texte de deux pages accompagné de rélevés sommaires a été produit par Oukéo Vongphoumi. En 2009 un texte d’une page accompagné d’un relevé (cette fois-ci côté approximativement) a été produit par une équipe : Kéothavi Chanthanasack du service Culturel et de l’Information du district, Manhkam, Kéo et Peung du centre de l’Information touristique. 539 D’après les annales Nam Thuam Lok (L’inondation du monde), Cf. H. Rattanavong, où l’histoire de la famille des sept Nagas venant du Nord a été évoquée, liée à l’histoire des 15 familles des Naga de Luang Prabang (Nark sip-ha takoun) – une autre légende locale qui fait partie des mythes de fondation. Ces mythes attribuent à la dynastie lao une origine liée aux 15 rois naga qui ont régné à Nong Sé Saèn Gnane, à Luang Prabang et autres vallées du Mékong. D’après S. Phothisane le mythe est utilisé par une école ou un courant historiographique dite traditionnaliste. 540 Dans le Nithan Khun Bourom, Nong Sé a été évoqué comme un site d’implantation lao localisé dans le Sud de la Chine, vers la fin du premier millénaire. In : Le Phongsavadane Lao, S. Viravong (op, cit). Cependant cette localisation a été remise en question et refutée, au même titre que les autres thèses qui placent les implantations lao dans le Nan Chao. Pour H. Rattanavong Nong Sé Saèn Gnane se situerait au Sud-Ouest de Kunming, dans la région de Tian Shi durant la période Han entre 206 avant J-C et 220 après J-C. In : 2000 ans au son du Khraèn lao, op, cit. 541 sous ce dernier nom la cité est apparue dans le Thao Hung Thao Tch’eng Dans la région de Chiangrai, Xieng Saèn, plusieurs émergences historiques seraient apparues à différentes époques : à Xieng Saèn-Souvannakhomkham il y a eu d’abord les Khrom venant de Sikhottabong, puis vers la région de Chiangmai, les Tai Yolnok, et à Chiangrai, les Lao Tchok. Ces derniers seraient venus refonder Xieng Lao ou Ngneunyang (rive gauche) après la chute de Souvannakhomkham. Après les Lao Tchok, les Môns de Lamphun et de Prayao auraient étendu leur pouvoir dans toute la région proche. Les fondateurs de Xieng Lao ou Ngeunyang auraient appartenus, à la même dynastie que Khun Tch’ueng le fondateur de Xieng Khouang. Fig. 66. Les reliefs de la région de BokéoTonh- pheung Fig. 65. La ville de Chiang Saèn Thaïlandaise (rive droite), état actuelDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 302 - cité aurait connu en premier temps une culture du mystérieux Sikhottabong et celle des Môns de Dvaravati. Elle serait passée aussi sous la domination des Lao Tchok dont nous ignorons à peu près tout de leur existence. Si les Lao Tchok appartenaient au groupe Lao Tai, ces derniers auraient probablement été influencés par les Môns, voire, auraient été un groupe de métissage. Il serait tout à fait concevable aussi que plusieurs ethnies (aborigènes, mônes, khmères, tai lao, etc.) y cohabitaient et devenaient à tour de rôle le groupe dominant. En tous les cas, par la suite, Lane Xang et Lan Na auraient partagé dans cette aire culturelle leurs sources communes. Du point de vue historique, la cité aurait été une émanation du royaume de Sikhottabong sous le nom de Souvannakhomkham dans les cinq premiers siècles du premier millénaire. Elle aurait été l’œuvre des Lao Tchok de Chiangrai sous le nom de Xieng Lao autour du VIIe siècle. Puis, vers le XIVe siècle, elle aurait été investie par les Tai du Lan Na, avant d’être intégrée au Lane Xang. Plus tard, elle serait devenue la zone de conflit entre les deux royaumes. Du point de vue géographique, la ville en son site aurait été menacée tout le long de son existence par l’érosion du Mékong et aussi par l’eau de ruissellement montagneux. Et sans doute plus tard cette particularité géographique aurait causé son abandon par ses habitants. La ville aurait ainsi connu deux moments : un avant et un après la destruction d’une partie du site par l’érosion du Mékong et par la violence des eaux de ruissellement des montagnes. Cela aurait sous-entendu la probabilité d’un site à deux faciès. D’après la Chronique de Souvannakhamkham et du fait qu’il y a deux sites importants sur rive gauche et rive droite, sa localisation à postériori à Muang Tonh Pheung pose quelques questions. D’après Lorrillard, l’assiette du site de Souvannakhomkham se situe bien du côté lao, côté rive gauche du Mékong dans le périmètre sud de Muang Tonh Pheung, entre le confluent de Nam Kok en amont et de Ban Done That en aval. Mais il suggère en se référant à cette chronique et à la Chronique de Singhanavati, que la ville aurait couvert également la rive droite sur les deux berges de la Nam Kok. Par la suite, celle-ci aurait été recouverte de sédiments pour ne subsister sur cette rive qu’une partie du site de Chiang Saèn Noi. Sous la menace de l’érosion, les habitants se seraient postérieurement repliés vers une zone plus sécurisante, contribuant à la fondation de la cité de Chiang Saèn thaï actuelle, en amont sur la rive droite dont les vestiges archéologiques sont mieux conservés que sur la rive gauche lao. Les vestiges de monuments restant encore visibles sur la rive lao peuvent être datés d’après lui du XVe -XVIe siècles, en plein âge d’or du Lan Na. Ce qui signifie que Chiang Saèn rive droite serait postérieur au XVIe siècle.542 Il est probable aussi qu’en parlant de Ngeunyang (Souvannakhomkham) dont l’action se situe au VIIIe siècle, l’auteur de Thao Hung Thao Tch’ueng parle de l’ancien Xieng Saèn rive gauche, et non de Chiang Saèn rive droite fondée par Saèn Phu en 1328.543 Cela suggère l’idée qu’il y a un grand et seul établissement qui connaissent trois époques importantes : au VIIIe siècle, Xieng Saèn sur la rive gauche (rive lao actuel), puis vers 1328, Xieng Saèn sur la rive droite et enfin au XVIe siècle, de nouveau sur la rive gauche. En tous les cas, il semble, tant pour Lorrillard que pour Rattanavong, que Sethathirat a séjourné à Xieng Saèn rive gauche, sans doute le centre alors de ce muang. Si la datation de Lorrillard aux XVe - XVIe siècles se confirme, cela concerne probablement une partie de la cité, mais pas la totalité, et signifie que les habitants ont continué à s’établir sur un site existant, et à poursuivre sa construction durant cette période, en coexistant avec quelques édifices antérieurs. Autrement, comment les ruines auraient-elles été possibles, alors que la question spatiale et de restructuration occupe une place primordiale à l’époque de Sethathirat ? La 542 Lorrillard note que les données archéologiques contredisent cependant sa suggestion : « Les données archéologiques tendent cependant pour l’instant à contrarier ce schéma. Elles montrent en effet un synchronisme entre le développement de Chiang Saèn et l’autre zone de peuplement, faisant en quelques sortes de cette dernière le faubourg immédiat de la prestigieuse cité. La recherche historique se heurte donc pour l’instant à un mur. » 543 La datation de Lorrillard est contredit par la date donnée par le musée de Chiang Saèn. La ville rive droite serait en fait fondée vers 1328 par Saèn Phu, un tai du Lan Na. Documentation de Chiang Saen National Museum, Office of Archaeology and National Museums, Fine Art Department. Fig. 67. Plan de Chiangmai Fig. 68. Site archéologique de l’ancien Souvannakhomkham, d’après les relevés de H.Rattanavong Fig. 69. Situation de Souvannakhomkham, en rapport avec Chiang Saèn Thaïlandaise et Muang Tonhpheung lao actuel, devenu chef- lieu du districtDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 303 - région de Xieng Saèn est une zone “ tampon ” entre le Lan Na et le Lane Xang. La cité serait apparue comme un site stratégique et convoité, étant l’avant-poste avancé de Lan Na et l’une des plus importantes escales sur la route du commerce fluvial et ripuaire. Elle aurait contrôlé les produits venus du Sud de la Chine, de Chiangrai et de Chiangmai avant qu’ils s’acheminent vers Luang Prabang, Vientiane et le Siam. Les commerçants de Luang Prabang auraient ramené leurs produits par bateau jusqu’à Chiangrai en empruntant le Mékong puis la Nam Kok et vice-versa.544 C’est la porte commerciale la plus à l’ouest du Lane Xang, expliquant la volonté de Sethathirat de vouloir garder Xieng Saèn alors qu’il était obligé de céder Chiangmai. Les vestiges archéologiques, monuments et édicules, épars et abimés, qui restent encore visibles hors-sol, forment des traces désuètes d’une cité dont la structure urbaine n’est pas clairement compréhensible. La forme de l’ancienne cité semble plus organique que géométrique et présente une grande particularité en termes de prise de site et d’insertion géographique. Bien qu’insuffisants pour tirer des conclusions, les vestiges recueillis indiquent qu’ils pourraient provenir des époques différentes, au moins deux : une époque plus ancienne avec des effigies de Bouddha en pierre, et une époque plus récente avec des éléments en terre cuite. Les bouddhas en terre ont encore des armatures en bois et les autres éléments bâtis en brique ont des mortiers et des enduits à base d’argile dont les liants semblent être organiques : colle de peau de buffle, colle végétale, ainsi que leur couleur. Ces matériaux et procédés constructifs seraient proches de ceux utilisés à l’époque de Sethathirat. Le site est composé de plusieurs petites collines (avec des stupas) disposées en chaîne nord-sud dans la partie médiane, le divisant ainsi en deux parties. Un grand fossé (canal ?) nord-sud relie en perpendiculaire la berge du Mékong au pied de la dernière colline. En partant de ce fossé et en remontant vers le Nord, il y a le mont Chom Chanh, deux autres monts sans nom, le mont Nong Vène, et le mont Hioupheung. En remontant toujours plus haut, on trouve la chaine de montagne du haut Mékong. Beaucoup moins à l’ouest des collines et du fossé, la plupart des édifices se trouvent dans la partie Est. Après cette brève description, nous proposons une hypothèse sur le schéma d’insertion de la cité. D’abord, les successions de collines existant dans le site marquent globalement la fin déclinant d’une grande chaîne montagneuse du haut Mékong. Ce qui voudrait dire par le passé, que les petites plaines dans lesquelles s’implante la cité, entourées par la boucle du fleuve, étaient non seulement menacées par le courant du fleuve mais aussi par les eaux de ruissellement de la montagne –explication probable de l’abandon de la cité dans la partie la plus reculée par rapport aux berges. Ensuite, le grand bouddha noyé aurait témoigné de l’existence d’une autre partie de la cité, noyée elle aussi dans le Mékong. Ainsi, l’ensemble des collines n’avait pas séparé la cité en deux parts, mais se trouvait en son centre. Enfin, toute la cité aurait été, à une plus grande échelle, le point de convergence des établissements villageois de l’Est et de l’Ouest. Région du Nord-Ouest, le long de la Nam Ping Chiengmai545 Capitale d’un important royaume tai gnouan, avec une identité culturelle distincte de celle du Siam et sensiblement proche des principautés lao et lü du Nord, Chiangmai est indépendant jusqu’à la fin du XVIIIe siècle et jusqu’à son annexion définitive à partir du XIXe siècle par le Siam. Avec Luang Prabang, il est probable qu’elle ait été la plus importante capitale tai du Nord, de type enclavé, isolé et montagneux. Chiangmai était un prototype de villes septentrionales lao tai qui puisent leur particularité ou leur variante –par rapport aux autres villes de même culture– dans le contexte singulier de leur site. La ville s’implante dans une riche plaine entre Ménam Ping 544 D’après un habitant de Chiang kong (originaire de Chiang Saèn), jusqu’aux années 1950 ses parents et grands parents font partie des derniers commerçants qui perpétent une longue tradition en utilisant le fleuve pour le commerce de riz et de tabac entre Luang Prabang et Chiangrai en empruntant le Mékong et la Nam Kok. 545 Pour compléter les informations sur Chiangmai, cf. Sophie Clément-Charpentier & Kunwadee Jintavorn, « Chiangmai, sept siècles de tradition urbaine », in : Archipel. Volume 37, 1989. Pp. 219-246. Fig. 70. Vestiges archéologiques de Chiang Saèn Thaïlandaise (rive droite), état actuelDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 304 - immédiatement à l’Est traversant la plaine du Nord au Sud, et la chaîne de montagnes à l’Ouest qui décline doucement vers la plaine. De forme carrée respectant les quatre orients, la ville s’adosse à l’ouest à la montagne et se donne à l’est sur la rivière. Chiengmai profite de la richesse des forêts, des alluvions de la grande rivière et des petits cours d’eau qui s’y déversent pour avoir des domaines agricoles et des exploitations forestières qui fondaient son économie. Son autre grand atout était d’être un muang de convergence organisant les échanges avec les minorités montagnards qui vivaient nombreuses sur ses marges, comme ce fut notamment le cas de Luang Prabang, Muang Sing et Chiangrai. De fait, comme la plupart des muang lao tai, c’est grâce aux minorités ethniques vivant sur leurs marges et contrôlées par eux que les muang, comme Chiengmai, ont pu fonder leur puissance politique, culturelle et économique. Soulignons qu’avant le XIXe siècle, si la richesse passée de Chiangmai était liée aux échanges et aux liens étroits avec les autres villes du Nord que nous venons de citer, c’est par le commerce de bois, en particulier du tek commercialisé par les Anglais, que la ville entrait dans les relations commerciales avec l’Occident par l’intermédiaire des Siamois. Elle était aussi le muang de connexion des réseaux de commerce ripuaire du Nord dont faisaient partie Lamphun, Phayao, Nan, Chiangrai, Chiangsaèn, Luang Prabang, Xieng Toung (Birmanie), Xien Hung (Chine). La dynastie gnouane traditionnelle de Chiengmai avait des liens de parenté avec la majorité des familles des royaumes tai de l’époque, et surtout avec les Lü des cités du Nord. La mère de Mengraï –fondateur de Chiengmai– était elle-même une princesse lü du Sip Song Phan Na. Soulignons que le rôle des femmes dans les familles qui ont fondé les chefferies puis les cité-État tai a été important, puisqu’un certain nombre d’entre elles ont introduit les arts, la culture et la religion dans leur royaume, ou au contraire, qui en ont exportés par les liens matrimoniaux. Il était de tradition pour les monarques des royaumes tai, au Nord comme au Sud, de sceller des liens matrimoniaux avec les princesses du Sip Song Phan Na ou de Chiengmai. Comme si plus on était au Sud et plus on se devait de garder un lien étroit avec le Nord. L’organisation de la cité était imprégnée de ce fait plus que l’on pouvait imaginer. Il n’est alors pas étonnant que la morphologie de Chiengmai soit proche des cités lü, comme notamment Muang Sing, même si leur organisation intérieure respective était différente. Chiengmai intra muros était un ensemble de villages aux parcelles moyennes et petites, une occupation du bâti irrégulière et distanciée par des espaces plantés. Ce qui donne à cette cité une irrégularité et une individualité tissulaire et bâtie semblable aux autres cités tai du Nord. La construction de l’enceinte aurait été réalisée en plusieurs fois sur le même tracé depuis l’époque de Mengrai. On suppose que l’origine était uniquement en terre réalisée à partir des levées de terre provenant des fossés qui l’encerclent. Ce fossé/douve est relié à une autre douve extérieure qui entoure en demi-lune le sud et l’est de l’enceinte, permettant ainsi aux cours d’eau de contourner les fossés/douves. La muraille en brique aurait été construite ultérieurement au XIVe siècle, puis au XVIIIe siècle. S’il n’est pas à douter que l’enceinte soit de fabrication tai, influencée ou pas par des villes mônes et khmères, la douve en demi-cercle attire notre attention et rappelle des formes semblables existant notamment à Viengkham, Vientiane et Vieng Phu Kha. Les historiens parlent des autochtones Lawa qui auraient occupé le site avant l’arrivé de Mengrai. Ces enceintes arrondies, mystérieuses, nous font penser aux constructions puy de la haute Birmanie. Il est probable que cette structure soit une émanation puy dont nous mentionnons l’influence éventuelle dans toute la région Nord au-dessus de Vientiane, tant au Laos qu’en Thaïlande. Il est probable que les bâtisseurs de Chiangmai aient profité de la découverte de cette douve existante pour créer un ouvrage hydraulique reliant la Nam Ping et la douve carrée, évitant ainsi à l’enceinte de la cité de recevoir trop d’eau du fleuve. Cela peut être confirmé par le fait que plusieurs tentatives ont été effectuées pour fonder la cité, dont la dernière à Wieng Kum Kam. Wiang Kum Kam Wiang kum kam [;P’d5,dk,], était une ville satellite de Lamphun, capitale d’un important Etat môn d’une culture urbaine brillante, Haripunjaya (VIIe , VIIIe siècle), avant de tomber sous la Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 305 - Fig. 73. Schéma fonctionnel d’occupation de Vientiane domination de Mengrai546 qui y créa en 1286 la capitale du Lan Na le royaume qu’il venait de fonder.547 A Wieng Kum Kam, il y résidait une dizaine d’années avant de la transférer à Chiangmai, la “ ville nouvelle ” dont il acheva la construction onze ans après l’occupation de Wiang Kum Kam.548 Aujourd’hui Wiang kum kam est un site archéologique occupé par une bourgade dense située au Sud-est, à quatre kilomètres de Chiengmai. Malgré les inondations qui avaient fait dévier la rivière la traversant et qui la faisaient couvrir de sable et de sédiment, causant le départ d’un nombre important de ses habitants, la cité n’aurait jamais été abandonnée complètement. Les relevés des monuments et des trames viaires anciennes ne révèlent pas grande chose sur l’organisation de l’ancienne cité. Le plan actuel ne représente probablement qu’une partie de la cité. La ville ancienne semble avoir été débordée au nord sur la route Ommuang Chiangmai, et à l’est sur celle de Chiangmai-Lamphun. Au sud, les restes de fossés et de levées de terre indiquent la limite éventuelle de la cité. Il y a des caractéristiques à souligner : 1- la ville était complètement soumise au régime hydraulique de la Nam Ping qui aurait changé son cours : autrefois traversant une partie de la ville, elle aurait dévié pour devenir une ligne tangente à l’Ouest. 2- La ville n’aurait pas été grande mais dense, soulignée par le rapprochement et la densité des vat. 3- Dans son ensemble la morphologie urbaine est irrégulière, aux trames viaires tortueuses, soulignant une occupation progressive et un manque de planification générale. 4- La gestion et la division des parcelles ne peuvent être identifiées dans les plans. 5-La cité était située sur la route entre Chiangmai (au nordouest) et Lamphun (au sud). Si la Nam Ping avait vraiment changé son cours, il serait peu probable que le plan de relevé actuel de la ville représente l’ancienne ville construite par les Tai. Il aurait représenté une implantation bien antérieure, sur laquelle Mengrai venait implanter sa ville. Par ailleurs, puisque la Nam Ping aurait traversé la ville, il est peu probable qu’une ville de production tai puisse en être ainsi. La plaine centrale, le long de la Nam Ngum et du Mékong Muang Vientiane Fondée comme capitale du Lane Xang en 1560 par Sethathirat, Vientiane aurait été la ville septentrionale la plus au sud et la ville de fondation lao tai la plus importante. Auxiliaire à la capitale de Luang Prabang avant cette date, le poste de gouvernance de Vientiane avait été réservé aux Princes héritiers avant leur intronisation. Mais ville lao, elle l’aurait été au moins depuis l’époque de F’a-Ngoum, et aurait été occupée dès les premiers siècles de notre ère par d’autres populations. Le scénario de la constitution primitive de Vientiane Quatre facteurs auraient induit la morphologie et l’armature primitive de la ville de Vientiane et conduit son évolution : 1- Le méandre du Mékong –pour la constitution de la ville et plus particulièrement pour la partie la plus urbaine, la plus centrale et la plus dense– conditionne la forme en arc de cercle suivant laquelle la ville s’étire dans ses premiers moments et tout le long de son histoire. Il demeure aujourd’hui l’élément fédérateur du quartier centre ancien. Du point de vue politique et socioéconomique, il était un élément médiateur entre Vientiane et les villes de la plaine du Mékong. Même si ce rôle est 546 D’après Hoshino, nous étions en pleine période de domination mongole. Il suggère, d’après les annales chinoises de l’époque Yuan et de l’époque Ming, de donner à l’identité de Mengrai (tout comme aux fondateurs de Sukhothai, d’Ayuthia du Lane Xang) une origine tai mais complètement fédérée dans l’empire de Chine des Yuans. Ces fondateurs de cités tai auraient été des chefs militaires plus ou moins intégrés dans l’armée mongole, lançant leur conquête vers le Sud et apportant avec eux le système administratif, l’art de la guerre enseignés par leurs suzerains. Ceci ne contredit pas la perception des historiens thaïlandais qui suggèrent que Mengrai appartienne à la dynastie des chefs de Xieng Lao (Souvannakhomkham.) 547 Chiengmai fondée par Mengrai entre 1286-1295, est une “ nouvelle ville ” par rapport à Wiang Kum kam. Celle-ci, refondée également par lui onze ans avant Chiengmai, aurait été confronté au problème de gestion de l’eau, causant son abandon par son fondateur. 548 Hans Penth, « Remembering the Beginnings of the Revival of Wiang Kum Kam », Paper presented at the Seminar, Rajabhat University Chiangmai, 14 February 2005. Fig. 71. Plan de Wien Kum Kam. Fig. 72. Plan de Vientianea ctuel.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 306 - perdu, il donnait autrefois à la ville un caractère fluvial plus prononcé qu’aujourd’hui, reposant sur la communication, le transport et le commerce du fleuve. En ce qui concerne l’aspect symbolique, le fleuve est un composant majeur dans les premiers moments d’implantations de la ville, il conditionnait la conception de l’espace de vie des hommes et des esprits, celle de l’espace bâti individuel et communautaire. Il faisait de Vientiane un des hauts lieux de la civilisation du Mékong. 2- La morphologie de la ville est lisible à travers les îlots exondés (plus ou moins boisés avec des points culminants à certains endroits), à travers les terres basses inondables (zones humides et marécages) et les plaines –transformées et cultivées (rizière, vergers, ensembles ruraux). Et lorsqu’il s’agit des lieux sacrés, c’est sur les hautes terrasses (points exondés ou en position haute), ou au contraire, à travers les failles géologiques (rivières et cours d’eau) et les poches d’eau qui formaient mares et étangs, que la structure morphologique et symbolique de la ville se révèle. 3. Les paysages du Mékong et de la plaine forment une toile naturelle préfigurant dès le départ les types d’implantation et les modes d’occupation spatiale. Les terres inondées étaient exploitées en rizière tandis que les terres exondées se constituaient en îlots bâtis et habités, protégés par des écrans végétaux et distancés des uns des autres par des rizières et des zones humides. Quant aux points culminants, ils étaient souvent occupés par des esprits puissants ou sacrés. Les failles naturelles creusées par des eaux formaient rivières et canaux arrosant les terres agricoles. Sont nés ensuite les chemins de communication entre les îlots, suscités par la nature sociale des communautés qui investissent les espaces. Ces trois éléments étaient un substrat spatial qui constitue à la fois les lignes et les pôles de formation et de croissance de la ville. Le scénario d’implantation décrit est suggéré par les données archéologiques, les mythes de fondation et l’étude des toponymes. Ainsi s’enracine la ville avant de se développer et d’évoluer en se nourrissant aussi des données ultérieures. 4. Quant au contexte historique de la ville, dans les premiers moments de sa fondation, trois sites ont été évoqués dans le Tamane Oulangkhrathat. Le premier est Souvannaphoum qui aurait été situé au bord du Mékong à Ban Sikhai actuel. Le muang en question semble avoir été installé de manière provisoire, puisqu’il s’agirait d’une implantation de réfugiés fondée par Khambang, un haut dignitaire de Nong Han Luang et de Nong Han Noy vers 307 avant J-C.549 Le deuxième site est Nong-Kan-Ké-Seua-Nam, un village dirigé par Bourichanh qui serait situé à Hong Ké actuel, dans la plaine et donc en position de retrait par rapport au fleuve. Le troisième aurait été le site de That Luang actuel, situé en hauteur, à l’endroit où un pilier contenant les reliques de Bouddha aurait été bâti par les missions religieuses de Açoka.550 La superposition de ce scénario historique sur le plan actuel de la ville, donne une configuration assez cohérente. Les composants archéologiques, toponymiques et topographiques du site caractérisés par le Mékong, ainsi que les terres inondées et exondées viennent confirmer plus ou moins ce scénario : 1- L’implantation de Khambang semble se déplacer vers l’Est, vers une implantation plus petite, celle du village de Bourichanh pour ainsi former Vientiane. 2- Les traces des deux remparts anciens (enceinte intérieure formant boulevard Khun BouromKhouvieng qui a délimité la ville à une certaine époque ; enceinte extérieure formant la petite périphérie qui a délimité la ville contemporaine) correspondent à peu près à la configuration successive de la ville même si ces derniers ont déjà disparu. Par contre, les traces des trois autres enceintes (la première est de forme rectangulaire, la deuxième semi-rectangulaire et la troisième 549 Muang Nong Hane Luang est Sakonnakhone, et Nong Hane Noy est Udon Thani dans la région d’Issane en Thaïlande. In : Soulaphonh Naovalath, Histoire de la province de Vientiane, Imprimerie Nakhone Luang, Vientiane, 1998. 550 Les missionnaires d’Açoka auraient foulé le sol de l’ancien Vientiane vers les années 300 avant J-C et auraient érigé un monumet bouddhique, une colonne selon l’art de bâtir le stupa de l’époque de Açoka. Le monument aurait contenu une relique de Bouddha qui aurait ensuite été recouvert par le That Luang en 1566.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 307 - organique) ne donnent pas une interprétation satisfaisante : elles ne conditionnent aucunement la configuration de la ville d’aujourd’hui mis à part l’emplacement de trois rues et de celui de l’esplanade du grand That qui forme en vue aérienne une enceinte de forme rectangulaire. Notons que ces trois autres enceintes étaient probablement en levée de terre. 3- La persistance toponymique ancienne des lieux se confirme, dans la majorité des cas, par rapport à la réalité géologique : les éminences, phonh, donnent le nom aux villages qui sont sur le point haut de la ville, tels que les villages Phonh Papao, Phonh Sinouane, Phonh xay Phonh Khèng, Phonh Panao. Les dépressions, nong, donnent le nom aux villages organisés autour des mares ou des bassins, tels que Nong Chanh, Nong Douang, Nong Bone. Les embouchures de cours d’eau, donnent le nom aux anciens villages situés sur les embouchures, tel que Pak Passak. Par contre, les sites boisés ont perdu leur caractéristique de départ : les villages de Dong Palane, Dong Palep, Dong Passak, n’indiquent plus l’existence passée des forêts. Les trois éléments dessinent une assise à la ville contemporaine et participent aussi à l’organisation de sa structure interne. Ce sont des lignes de force et des pôles d’attraction pour son extension et son développement, produits de manière spontanée. Ainsi, Vientiane ne s’est pas constituée de toute pièce au bord du Mékong et développée par la suite vers les terres. Il y a une préfiguration basée sur la spécificité de la nature du site et surtout sur deux implantations pré- existantes. Jusqu’à une certaine époque, la ville se constitue et se développe selon des lignes et des pôles primitifs, c’est-à-dire que les tissus urbains contournaient les dépressions et les éminences peuplées par les esprits sacrés. Alors que la ville moderne –sensé être plus planifiée– est paradoxalement incontrôlée en transgressant les assises géologiques primitives : on remblaie les dépressions par casier entier, on dénivelle les éminences, on défriche les bois et on construit dans les marécages, ou encore, on transforme les cours d’eau en collecteurs d’eau de la ville. A l’égard des composants primitifs décrits, le développement de la ville partant du centre vers l’extérieur aurait été un phénomène récent, depuis un siècle. En effet depuis un siècle la ville se développe à partir du centre (du quartier Vat Chanh-Haysok-Mixay) en suivant les trois axes (axe Vat Taï, axe Thang-Ngon, axe Thadeua) et les quartiers entre ces trois axes (quartier Dong PalaneThat Luang, Saylom-Thong Khankham-Nong Douang). Ce développement récent ne peut expliquer la ville dans sa durée. Pour comprendre son mode de développement dans son temps réel, il faut prendre en compte les occupations pré-existantes, exprimer la discontinuité et la liaison entre elles : à petite échelle, les îlots primitifs qui finissent par se rejoindre aujourd’hui –formant une continuité– est un reste du phénomène de formation tissulaire primitive et non du phénomène de densification à proprement parler. Le scénario d’occupation historique de Vientiane avant 1827 - La route Nong Bone aurait été la plus ancienne route pénétrante de la ville, bordée d’une dizaine de monastères depuis la berge et le quartier royal jusqu’au site du That Luang. Autour de ces monastères –la majorité d’entre eux a déjà disparu– il y avait des villages. Puisque les monastères de la ville doivent toujours avoir une communauté autour, sans laquelle ils ne peuvent exister : leur construction et leur entretien émanent totalement de la population, à l’exception des fondations royales. - Le site de That Luang et ses environs ont été occupés antérieurement : après son inauguration en 1566 par Sethathirat, des familles ont été installées. Des terres et des domaines agricoles leur ont été offerts pour l’entretien du monument. Ces derniers auraient probablement été recrutés parmi les populations locales qui vivaient dans les environs. - L’intérieur du premier rempart aurait été entièrement occupé. Il y aurait cinquante mille habitants durant les moments les plus prospères. Dans la cité, on aurait dénombré pas moins de 8 000 Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 308 - maisons,551 de nombreux terrains vides, des terres agricoles et des plans d’eau. Vientiane est une ville peu dense, explicitant un mode particulier d’occupation qui caractérise probablement le principe d’occupation le plus abouti des villes lao. A l’extérieur de l’enceinte en amont, jusqu’au septième monastère –Vat Taï Gnaï, les villages se sont formés presque en continuité le long du chemin et du fleuve. Puis à partir de ce monastère, ils deviennent plus distancés des uns des autres jusqu’aux villages Sikaï et Kaolyo, où de nouveau il y a des villages plus denses. En occurrence, le port aurait existé déjà, probablement pour desservir les villages du Nord. - A l’extérieur de l’enceinte en aval du fleuve les villages auraient été plus éloignés des uns des autres, comparer à l’amont et vue la distance actuelle entre les monastères existant. En occurrence, le petit port intérieur (au km 4) et le port commercial (à Viengkuk, rive droite)552 auraient été bien en aval de Vientiane, ce qui aurait favorisé l’implantation des villages sur les berges et sur le chemin de l’entrée de la ville. Les villages auraient été probablement installés de manière discontinue jusqu’à qu’à Souane Mone et Viengkuk. - Les autres sites importants dans les bourgs auraient été occupés autrement que par des habitations. Dong Palane aurait été une réserve royale de plantation de latanier, dont les feuilles étaient abondamment utilisées au XVIe siècle. Sala Dèng (pavillon rouge) aurait été le grenier à riz réservé à la communauté religieuse et aux novices qui vivaient dans les nombreux monastères de la ville. Quant au Vat Maha Phouthavong (Vat Sok Paluang actuel) il aurait été le temple de la forêt, sa chapelle voûtée aurait été construite par Sethathirat autour de 1566. Thong Toum, Thong Khankham et Naxay auraient été des zones importantes de rizière pour la ville. Par contre, Phone Phanao et Phone Khèng auraient été une zone haute dans le prolongement du périmètre de That Luang, puisque Vat Phone Phanao aurait été un des premiers monastères bouddhiques fondés par les missionnaires de Açoka. L’occupation de Vientiane après 1893 Vers 1896, la ville encore en état de ruine continue à être occupé par la population locale, de manière éparse, disposée par petits groupes d’habitations. Il y a 1388 habitants dans toute la petite enceinte et les maisons ne sont jamais construites isolées. L’occupation tend à se concentrer dans le quartier centre : la zone de Vat Chanh, Vat Inpèng et quelques quartiers décentrés tels que That Khao et Sithan. Vers 1900-1905, la ville a accueilli des bâtiments de la Résidence Supérieur et le quartier administratif sur les anciens emplacements du palais royal et de la résidence des notables. La ville se développe d’abord dans la partie nord de l’enceinte. Vers 1920, la Partie nord de l’enceinte est entièrement occupée et la partie sud tend à le devenir –sauf les zones humides, apparues sur le plan de 1905. Au-delà de l’enceinte en amont, des villages (nouveaux et existants) commencent à réapparaître. Vers 1930, l’enceinte intérieure est quasiment occupée, excepté les parties en dépression, encore vides, telles les zones humides de la partie sud-est. Au nord, le long du Mékong et au delà du boulevard circulaire les villages s’étendent encore. L’avenue de la Résidence Supérieure (avenue Lane Xang) commence à être construite. Vers 1945, les villages qui s’égrainent sur environ quatre kilomètres en amont à partir de Pak Passak se développent et finissent par se joindre formant un ensemble continu. Avec le quartier Sihom et Thong Toum la ville commence à sortir du boulevard circulaire à l’Ouest du quartier Anou. Autour de That Luang, un noyau de villages se développe. À l’égard du centre, après 1945, la ville poursuit un développement plus ou moins logique en suivant les structures urbaines établies, sauf l’avenue de la Résidence Supérieure qui marque le premier tronçon de l’avenue Lane Xang : un début de l’urbanisation moderne fait son 551 In. Annales du Laos, Luang Prabang, Vientiane, Traninh et Bassac. (Op. cit). 8000 auraient été les maisons incendiées en 1827 par les Siamois. Ce qui veut dire qu’il y avait très probablement plus de 8000 édifices dans Vientaine, si l’on réunit tous les types de construction, tels les monastères, les palais et les habitations. 552 Le port intérieur était probablement sur le site du port du kilomètre 4 actuel. Quant au port commercial, c’était celui de Muang Viengkuk mentionné par Van Wustoff, in : Le journal de voyage de Gerrit Van Wuystoff et de ses assistants au Laos (1641-1642).Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 309 - apparition et le nouveau schéma symbolique de la ville commence à s’additionner à l’ancien schéma. Muang Vieng Kham D’après le Phongsavandan, Viengkham aurait été Muang Phay Nam, la cité imprenable au rempart de forêt de bambou épineux qui formait sa défense. F’a-Ngoum aurait mis deux ans pour la soumettre grâce à son légendaire stratagème : arrivé devant la résistance du vaillant chao muang et devant l’invincible rempart de bambou, F’a-Ngoum aurait siégé l’extérieur de la ville, sur la rive opposée. Avant de se retirer et continuer ses campagnes militaires ailleurs, il aurait installé des campements en forme arrondie entourés de fossés et reliés des uns des autres par une sorte de canal. Il aurait ensuite fait tirer des flèches en métaux précieux (argent et or) dans la forêt de bambou, puis installé des sentinelles pour surveiller la cité durant deux années. Les habitants allaient récupérer les flèches d’or et d’argent en coupant les bambous, peu à peu des brèches ouvrent la cité. F’a-Ngoum de retour de l’Ouest et du Nord prend l’assaut de la ville plus facilement. La présence de sanctuaires en ruine et de stèles sur la rive de la Nam Ngum, sensée être la cité Phay Nam, atteste l’existence effective d’une cité ancienne. Sur la berge opposée, on retrouve effectivement aujourd’hui des tranchées circulaires autour de plates-formes de près de 500 mètres de diamètre. La largeur des tranchées elles-mêmes mesure près de 10 à 15 mètres avec une profondeur de près de 3 à 4 mètres. Il y a cinq ouvrages de ce type, disposés dans une zone regroupant une dizaine de villages. Les plates-formes sont reliées entre elles par des canaux aussi profonds et aussi larges que les tranchées. D’après les archéologues locaux, les vestiges subsistant auraient été de nature militaire : des fortifications que F’a-Ngoum aurait construites pour surveiller Phay Nam. Sur les plates-formes, on trouve aujourd’hui des débris de brique de vieilles constructions. Sur l’une d’entre elles, on y construit dans les années 1950 une pagode. Les douves qui entourent les plates-formes sont asséchées la plupart du temps. Même à la saison des pluies, il n’y a pas assez d’eau pour les considérer comme des canaux. Sont-elles destinées à l’usage plutôt militaire qu’hydraulique ? En tant qu’ouvrages militaires, ils n’auraient pas non plus été très défensifs : il n’aurait pas été logique de dispatcher les constructions pour se défendre individuellement de la sorte. Leur multiplication suggère que les ouvrages sont construits pour surveiller. Les tranchées qui relient les plates-formes entre elles permettraient aux sentinelles de passer entre les forts sans être vues depuis l’autre côté du fleuve. Les sentinelles de F’a-Ngoum auraient surveillé ainsi Muang Phay Nam, laissant croire à son chao muang qu’ils avaient levé le camp. La prise de la cité par F’a-Ngoum faisait partie de sa campagne d’unification, puisque la cité n’avait pas été incendiée, comme il est coutume à l’époque lorsqu’une cité ne se rend pas à son assaillant. La volonté de préserver la ville est manifeste lors de la prise de Vieng Kham, car il s’agit de soumettre son chao muang, un parent, pour unifier le muang. La preuve en est qu’après la prise de la cité et pour non-soumission, son gouverneur a été emmené à Luang Prabang. De maladie et de chagrin ce dernier serait mort en route avant d’atteindre la capitale. Il est mentionné que F’a-Ngoum effectua ses obsèques et nomma le frère de ce dernier à la tête de Viengkham, la dignité et la continuité dynastique locale du muang est ainsi assurée. Phaynam dans la période pré Lane Xang aurait été la cité arrière protégée par Vientiane, son chao muang étant le fils du chao muang de Vientiane. La famille qui exerce le pouvoir à VientianeViengkham tient probablement aussi le pouvoir dans toute la plaine méridionale de Vientiane y compris l’autre rive du Mékong. La campagne “d’unification” et de “pacification” de F’a-Ngoum aurait concerné que les Lao Tai. Lorsqu’il s’agit des non-lao, les annales ne manquent pas de le souligner, par exemple lorsqu’il déplace les kha Sam Tao de Vieng Phu Kha à Muang Swa. Viengkham est donc déjà gouvernée par des Lao Tai, probablement à partir d’une occupation existant antérieurement. En occurrence, considérer les cinq ouvrages comme des campements de F’a-Ngoum est justifié, mais qu’ils soient construits par lui est peu probable. Par bien des aspects, les ouvrages en question se rapprochent des formes des cités Puy de la Haute Birmanie. Il est Fig. 74 Plan de ViengkhamDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 310 - probable que les Puy puissent jouer un rôle important dans la région plus aux Sud et plus à l’Est de leurs foyers identifiés par les archéologues. La plaine méridionale du pays Issan, le long de la Nam Moun et le plateau de Korat Nakhone Phranom Nakhone Phanom, d’après le Tamnan Oulangkhrathat, aurait été une ville de l’ancien royaume de Sikhottabong, fondée dans les premiers siècles de l’ère Bouddhique. Comme l’atteste le grand that, Nakhone Phranom, ville religieuse, aurait une vocation régionale, du moins, abritant un monument d’unification construit dans un contexte politique régional particulier, et dont l’objectif aurait été d’apporter la paix entre les royaumes. Cinq monarques auraient réuni leur effort diplomatique, politique et économique pour ériger un ouvrage symbolique d’envergure : Phraya Chounlany Phommathat (de Xieng Khouang, de Luang Prabang, de Sip Song Chou Tai ?), Phraya Inthapat Nakhone (du Cambodge ?), Phraya Khamdèng (de la région d’Oudone Thani actuel ?), Phraya Nanthasèn (de la rive Sud de la Xé Bangfaï Savannakhet ?), Phraya Souvanna Phinkhane (Sakonnakhone actuel ?). La ville, fondée en même temps ou avant la construction du monument, aurait été complètement fédérée par lui. Après sa construction des siècles durant, les monarques de différents royaumes poursuivent l’entretien du monument. La région de Nakhone Phranom étant intégrée sous leur autorité, les rois du Laos, successivement, ont la charge d’entretenir le monument ainsi que des rites qui l’accompagnent. Ainsi, entre Phothisarat (début du XVIe siècle) et Anouvong (début XIXe siècle) le monument a été entièrement sous le “ mécénat ” des monarques du Lane Xang. Ces derniers ont apporté au monument l’essentiel des composants architecturaux, en particulier au dôme et toute la partie supérieure. Lors des interventions de Anouvong, une allée pavée reliant le grand that à la berge du Mékong aurait été construite. Plus récemment, lorsque le stupa s’est effondré foudroyé, le roi de Thaïlande a reconstruit entièrement le stupa. Des changements architecturaux ont été apportés mais le that reste reconnaissable dans sa forme architectonique et dans son vocabulaire général. Les quartiers d’habitations populaires, d’extension récente, entourent le monument avec promiscuité. Ce fait explicite, non pas un phénomène de squattérisation du site, mais une proximité maîtrisée depuis de longue date entre le monument et les habitations. Ceci nous interpelle lorsque nous nous approchons du monument. Ce contexte “urbain” de la majorité des stupas aurait probablement été ainsi dès l’origine. À That Luang, les habitations auraient été assez proches du monument sur un ou deux côtés (côté Ban That Luang et Ban Phonepanao), mais au moins un côté est libéré, accueillant un espace vide à fonction officielle. À Nakhon Phnom, Aymonier constate dans le dernier quart du XIXe siècle que « […] Dhatou Penom n’a que des clients et pas de territoire. 2000 inscrits affranchis par le roi de Siam de l’impôt de capitation, doivent veiller à l’entretien, à la conservation de la métropole du Bouddhisme au Laos […] ». 553 Ceci suggère qu’il y a des habitations assez denses autour du monument ou dans un territoire immédiat restreint. Des raisons historiques expliquent ainsi la présence des familles vivant près du that de génération en génération.554 Les notes de Aymonier apportent des données suggérant le type d’occupation que cela pouvait être : 1- les habitants du site ont été apparemment exemptés de capitations, les charges réelles imposées aux 2000 personnes ont sans doute été réduites au simple entretien du monument. 2- les terres attribuées traditionnellement aux “ esclaves du monument ” auraient probablement été réduites ou complètement retirées aux 2000 personnes ; ou alors, une partie des terres (sans doute celles qui étaient des attributions symboliques) seraient tombées en déshérence par le fait que le nombre des “ esclaves ” s’est réduit, 553 Etienne Aymonier, La société du Laos siamois au XIXe siècle, présenté par Fabrice Mignot, éd. L’Harmattan, 2003, Paris. L’ancien titre, Notes sur le Laos, publié en 1885. 554 Le Oulangkhrathat note que le that possède 3000 esclaves volontaires au moment de sa construction. Les volontaires auraient été graciés s’ils étaient des condamnés, libérés des dettes s’ils avaient des dettes, libérés des autres charges s’ils étaient fonctionnaires ou autres vis-à-vis du roi, etc. Les terres leurs auraient été données également. Cf. Oulangkhra Nithane. Kéo Outhoumala, ré annotation en 2008. Fig. 75. Quartier de That PhranomDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 311 - alors que celles qui étaient réellement exploitées et cultivées par les personnes qui servaient autrefois le that, seraient maintenues de manière naturelle, selon leur capacité d’exploitation. 3- en affranchissant les inscrits de l’impôt, le roi du Siam perpétuait apparemment la tradition ancienne locale. Compte tenu de ces données, on peut supposer que les “esclaves des monuments” devenus au XIXe siècle des simples inscrits, mais libérés des impôts pour veiller sur le That, continuent à conserver des terres. Ils ont pu acquérir ainsi une certaine autonomie économique et développer progressivement une indépendance. Du point de vue économique et social la vie tournait moins autour du stupa, les personnes se consacrent à leur propre vie sociale et économique, d’où sans doute une “citadinisation” progressive des villages et des quartiers. C’est ce qui semble se constituer à Nakhone Phranom : un ensemble de quartiers très attachés au monument et un autre ensemble plus autonome et indépendant du grand That. Le cas des villages autour du That Luang à Vientiane semble similaire : lorsque la ville a été incendiée, les gardiens des stupas –privés de l’autorité royale qui les obligent à remplir leur charge– se retrouvent libres des obligations vis-à-vis du monument et donc disposés à constituer progressivement une société indépendante, un quartier à part entière, voire une ville. Khorat D’après sa description à la fin du XIXe siècle, 555 la ville de Khorat historique est une citadelle rectangulaire d’environ 1,64 km2. Le côté Est et Ouest mesurent chacun, environ 1000 mètres, tandis que le côté Sud mesurait 1640 mètres et le côté Nord, 1610 mètres. La longueur du rempart totalise 5,25 km. Construit en brique, épais de 2 mètres et haut de 3 à 4 mètres, il est doublé à l’intérieur par une montée de terre, sans doute des déblais provenant des fossés larges d’environ 10 mètres longeant le mur extérieur de la ville. Chemin de ronde, créneaux et une quinzaine de bastions couronnaient le rempart. Deux voies principales non pavées ni empierrées traversaient la citadelle, d’est en ouest et du nord au sud, la partageant en quatre quartiers. L’enceinte de la résidence du gouverneur ou du Chao muang, d’orientation est, mesurant d’un côté 120 mètres et 200 mètres de l’autre, se trouve au bord de l’une des voies dans le quartier nord-ouest. Des multitudes de ruelles partagent les quatre quartiers en petits îlots, non-inondables à la saison des pluies. La ville possède sept monastères à l’intérieur de son enceinte, une trentaine si l’on compte ceux se trouvant à l’extérieur. Il y a environ mille maisons et une population composite : Siamois, Lao, Khmers et Chinois. Cette dernière tient commerces et habite dans des compartiments au grand marché qui bordent l’une des deux rues principales à l’ouest et à l’extérieur de la citadelle. Il y a principalement quatre types de construction : maison en bois sur pilotis à double pignon, monastère, maison chinoise à cour combinant commerce et habitation, et maison de commerçant local appelée “ maison d’eau ”. Cette dernière possède un local pour stocker des marchandises et les protéger contre les incendies et la pluie. Construite en brique, elle a un plafond en terre, ou en brique, surmonté et couvertes de chaume. La citadelle possède quatre portes : la porte de l’Est du soleil levant est réservée pour les bons augures. Elle est privilégiée, ayant une fonction religieuse et symbolique puisque la résidence du Chao muang et les monastères ont leurs façades tournées vers cet orient. La porte de l’Ouest, comme celle de l’Est, est probablement l’entrée et la sortie principale de la citadelle. Les échanges commerciaux passent par la porte Ouest puisque l’on y trouve les deux marchés, intérieurs et extérieurs. Elle a sans doute aussi une fonction politique et militaire : désignée porte chomphon, “ porte des guerriers ”, les troupes partant et revenant des guerres passeraient par là. La porte du Nord désignée de “ porte d’eau”, a une fonction utilitaire : elle est en liaison directe avec le principal réseau d’eau composé de canaux et de rivières qui alimentent la ville. La porte du Sud, 555 Etienne Aymonier, La société du Laos siamois au XIXe siècle, Op. cit. Fig. 76. Plan de Khorat à la fin du XIXe siècle Fig. 77. Plan de Khorat, état actuel.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 312 - appelé patou phi, est strictement réservée aux morts : la seule porte autorisée pour le cortège des morts conduit vers la crémation à l’extérieur de la citadelle. A l’ouest, sur l’axe de la porte des guerriers, la ville extérieure ou le faubourg s’égraine le long de la route sur huit kilomètres. Il y a là le grand marché, des monastères, une grande mare, une place circulaire avec des constructions autour, où s’arrêtent les commerçants pour décharger leurs marchandises, probablement l’un des plus grands marchés de bétails de la région. Dans ses notes, Aymonier décrit ce long faubourg qu’il appelle Parou comme une “ ligne verte ” aménagée et plantée de jardins, arrosée par un petit canal détourné du grand canal nord. Il précise que « les mandarins et les gens à l’aise de Khorat ont au Parou leur maison de campagne ». Cette note indique dès cette époque qu’on peut distinguer d’un côté la ville et de l’autre la campagne, mettant en évidence la vision de la vie citadine et la vie de campagne : un fait curieux pour ce territoire à la fin du XIXe siècle, où la distinction ville/campagne serait anachronique. Aujourd’hui, l’enceinte de Khorat ainsi que ses portes ont été reconstituées et le périmètre de la citadelle agrandi. La lecture spatiale actuelle n’est donc pas parlante, d’où tout l’intérêt des notes et des croquis effectués par Aymonier au XIXe siècle. Région du Sud : Muang Kao et Paksé La petite ville de Muang Kao [g,nv’gdqJk] s’appelait autrefois Muang Kao Kan Keung [g,nv’gdqJk7aogdu’], “ ville ancienne de Kan Keung ”. Avant 1975, il était le canton Kao Keung [8kcl’gdqJkgdu’] et possédait 14 villages. Après 1975, le district est administré en zone et devient alors la zone 1 Kao Keung composée de 17 villages. Le site de Muang Kao se trouve à l’embouchure de Houay Phek en face de l’embouchure de la Xé Daun. La présence de ces deux affluents du Mékong qui se font face indique indéniablement que le site a dû avoir un grand intérêt pour avoir été occupé très tôt. La Xédaun vient de Saravan et de Kongxédaun. Elle relie les petits établissements villageois et ripuaires entre eux avant de se jeter dans le Mékong à l’endroit large et évasé au bord duquel la ville de Paksé s’est constituée sur la berge Nord et Muang Kao sur la berge Sud. Cette dernière est traversée par Houay Phek, une petite rivière au bourrelet de terres alluvionnaires. Le site est cadré au Nord-est par le Mont Bachiang (à 904 mètres altitude) et au Sud-est par le Mont Malong (à 1304 mètres d’altitude). Entre les deux montagnes au niveau du méandre du Mékong en aval de Paksé, il y a le Mont Salao (à 385 mètres d’altitude). Il surplombe de très près Paksé et Muang Kao. Ce paysage exceptionnel serait tout disposé à recevoir une importante implantation, mais c’est à Champassak que nous trouvons l’un des centres du Royaume de Tchen-la et l’un des sites prestigieux de l’Empire Khmer, le Vat Phu. Historiquement, sur le site, nous ne trouvons pas de traces importantes d’occupation ancienne avant Muang Kao. Celle-ci émerge dans l’histoire du Lane Xang avec la famille de Nang Phao et Nang Phèng vers la fin du XVIIe siècle.556 La “ vieille ville ” (c’est le nom qu’elle porte aujourd’hui) se trouve donc sur la rive Sud à l’embouchure de Houay Phek. Les ruines de Hô Phrakéo, la principale pagode, et l’enceinte en ruine de l’ancien palais nous permettent de pénétrer un peu plus dans l’histoire de cette petite bourgade pour essayer de comprendre quelle pourrait être la configuration d’un établissement lao de la fin du XVIIe siècle. Aujourd’hui, il ne subsiste quasiment rien de cette ancienne ville, à part le rempart du palais de Rajaboud Gno, fils de Anouvong de Vientiane, construit au début du XIXe siècle en même temps que le Hô Phrakéo.557 L’enceinte de cet ancien palais est en forme rectangulaire, presque carrée. 556 Le Phongsavadan lao ignore l’origine de ces deux dames qui régnaient sur Champassak. Il est certain que Champassak était déjà à cette époque dans le Lane Xang, que le pouvoir local soit d’origine khmère ou lao. Les deux dames cédaient volontairement le pouvoir à Soysisamouth Phouthrangkoune, petit-fils de Suryavongsa. In Histoire de Champassak, Prince Sanphrasith de Champassak. D’après Prasoum Phongsavadan Thaï, Chapitre 70, Nang Phao et Nang Phèng seraient fille et petite-fille d’un simple Chao muang, invité par la population à administrer le muang après la mort sans succession vers 1628 d’un Prince khmer Southasanaraja. 557 Sous le règne du Rajaboud Gno de Vientiane, deux chasseurs du village Na Gnom Sompoy - Saravane, auraient trouvé par hasard un bouddha en cristal blanc [cdh;rts]bd] dont la base assise mesure 12 Inch [sohk8ad 12 oU;], l’oreille droite aurait été légèrement abîmé. Apprenant la nouvelle et constatant l’importance et la valeur de la statuette, Rajbout décide de la placer dans un lieu digne. Il ordonne un grand rassemblement de radeaux [7kfcr] pour transporter en procession la petite Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 313 - Fig. 78. Muang Kao état actuel D’après notre informateur, 558 à l’origine, elle serait en pierre maçonnée, sorte de roche non taillée, en morceaux informes. Durant la période française, un dispensaire y a été installé. 559 Dans les années 1960 l’enceinte a été transformée en caserne et le mur a été détruit par le chef de la caserne du moment. Le muret en pierre que nous voyons aujourd’hui aurait été reconstitué par le Prince Yeng de Champassak dans les années 1960 avec les mêmes matériaux récupérés à partir de l’ancien mur d’enceinte détruit. Mais à l’angle de l’enceinte où le Hô Phra kéo aurait été construit, nous remarquons que cette partie des ruines de l’enceinte est en brique. Ce qui suppose que les matériaux utilisés sont aussi en brique. L’épaisseur du mur d’enceinte est entre 80 centimètres et 1 mètre. Le sol à l’intérieur de l’enceinte serait surélevé de plus de 1,4 mètre par rapport au sol naturel, et pavé de brique. Les rues qui passent devant et autour de l’enceinte (qui correspond aujourd’hui à l’emprise du monastère Vat Muang Kao) montrent des pavages de briques en terre cuite. Adjacent à l’enceinte (nous ne savons pas exactement l’orientation du palais) il y aurait une esplanade pavée de brique, que nous avons du mal à repérer aujourd’hui. Si tel est le cas, c’est là sans doute qu’il y a le fort militaire évoqué dans le Phongsavadan, comme l’une des constructions réalisées par Rajabout Gno. Si nous considérons la ligne de berge du Mékong ainsi que la tradition de bâtir des Lao, il est très probable que la façade soit tournée vers le Mékong, d’autant plus que la rue principale, pavée de brique en terre cuite s’y trouve. Le sol de l’enceinte, surélevé à plus d’un mètre, est donc plus haut que le niveau de la rue. La vue depuis l’enceinte surplombe alors les rues et les habitations. La vieille ville forme un ensemble de villages, s’étendant à l’Ouest et un peu à cheval sur la rivière de Houay Phek [s;hpgrad]. Trois lignes successives de digues auraient entouré la ville côté plaine : Khou Noy (petite digue), Khou Gnai (grande digue) et Khou Dèng (digue rouge), cette dernière est sans doute un tronçon de la grande digue ? De ce côté il y aurait également un étang – Houay Gneuak [s;hpg’Nvd] purement d’agrément, aménagé par Rajabout Gno. 560 Selon l’histoire locale cette ville aurait déjà été une vieille ville avant que la dynastie lao de Vientiane, le petit-fils de Suryavongsa 561 et le Phrakou Gnotkéo Phonnesameth [rt76pvfcdh; 3roltc,ad], ne l’occupent en fondant la ville Champa-Naga-Boury-Rsi Satta Naga-Nahout [9=kxkok7t[6iu lula88tot7toks5f] vers 1707, pour l’abandonner ensuite en migrant vers Champassak actuel. La ville date donc au moins de la période de Nang Phao - Nang Phèng fin XVIIe siècle. La fondation de la ville serait en même temps la fondation de la famille royale de Champassak et de celle du royaume de Champassak en sécession avec Vientiane.562 L’ensemble de la ville se trouve en face de l’embouchure de la Xédaun, où l’administration coloniale allait construire plus tard Muang Paksé sur quelques villages existant. En arrière de la ville, c’est-à-dire côté rizière, où se trouvent les deux digues de protection, nous entrons dans la statuette depuis le village Na Gnom Sompoy jusqu’à Muang Kao, en empruntant la Xédaun. « Arrivé au niveau de Hat Hé Phonne Koung le jour de tempête la statuette échoua dans le Mékong, dans la partie à peine profond jusqu’aux genoux. Mais personne n’a pu la retrouver » [grand-père Peuang, notre informateur]. Après consultation des astrologues, Rajaboud aurait fait appel aux deux chasseurs qui ont découvert la statuette. Et grâce à eux la statuette a pu être retrouvée. Ainsi toute la population du village de Na Gnom Sompoy a-t-elle été mobilisée, déplacée dans la petite ville de Rajaboud pour entretenir et fêter la statuette retrouvée. Mais les villageois de Na Gnom Sompoy a demandé à Rajaboud l’autorisation d’aller s’installer dans les environs au lieu de s’installer dans la cité. Ils forment ainsi plusieurs villages dans les environs. Ils se font appelés encore jusqu’à une période récente Kha Phrakéo [0hkritcdh;] (serviteurs de Phrakéo) ou Phao Phrakéo [gzqJjkritcdh;] (tribu de Phrakéo.) Et depuis, chaque année au nouvel an, les kha Phrakéo doivent venir symboliquement entretenir le monastère construit expressément pour abriter la statuette. Aujourd’hui la statuette se trouve à Bangkok amené par un haut fonctionnaire Thaïlandais après la défaite de Chao Anouvong de Vientiane. L’histoire du Phrakéo peut être retrouvée dans le Thamla Phrakéo. En tant que novice puis moine, Pothao Peuang [r+g4Qkgxnjv’] notre informateur avait pu accèder à cette annale il y a une vingtaine d’années. 558 Pour Pothao Peueng [r+g4QkgxnJv’], vieux père ou grand-père Pheuang, notre informateur, est le plus âgé du village, et étant ancien bonze il connait l’histoire de Muang Kao, les habitants interrogés nous renvoient aussitôt vers lui. 559 Son utilisation en dispensaire n’aurait pas duré longtemps, les habitants hésitent à nous confirmer la date. 560 Dans le Phonsavadan lao la construction du canal (des canaux ?) par Rajaboud sur les recommandations de son père le roi de Vientiane a été évoquée. Phothao Pheuang nous parle de Houay Gneuak, la mare du serpent mythique. 561 La maison princière de Champassak est originaire de Vientiane. Elle descend de Sumangkhra, un des trois enfants de Suryavongsa chassé de Vientiane. Soysisamouth Phouthrangkhoune, son fondateur est ainsi le deuxième fils de Sumangrara. 562 La sécession de Champassak en 1707 marque la première scission du Lane Xang, la deuxième étant celle de Luang Prabang vers 1714.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 314 - ville par une route ancienne qui mène en sens inverse jusqu’à Oubon Rajathany (à 90 Km). Oubon étant l’une des anciennes villes satellites de Champassak, sa liaison avec celle-ci était alors plus facile qu’avec la ville de Champassak actuelle qui se situe en aval à plus d’une heure de pirogue à moteur. Il serait tout à fait logique que le pouvoir colonial ait choisi l’autre rive pour construire Paksé. Après la partition du Laos entre le Siam et la France, le territoire de la rive droite du Mékong serait devenu trop vulnérable pour le pouvoir colonial. Oubon étant devenu Siamois, développer la vieille ville se trouvant sur la même rive que le Siam, même si celle-ci est historiquement plus intéressante, ne paraît pas prudent à l’époque du point de vue sécurité. Cependant, l’administration coloniale n’aurait pas tout à fait abandonné la vieille ville, un fort ou un poste d’observation a été construit à l’embouchure de Houay Phek. Sur le site Parxé-Muang Kao occupé antérieurement, il y a donc trois fondations successives. Dans la mesure où ce site est situé à proximité d’un ancien centre khmer d’une importance régionale, que sont les sites de Vat Phu et de Tomô, l’aire géographique qu’occupe Paksé devrait être important d’une manière ou d’une autre avant l’installation de Muang Khao. Sur la rive de Muang Kao –la ville de Nang Phao, Nang Phèng– Soysisamouth Phouthrangkhoune édifie sa ville, au moment de la scission du Lane Xang au début du XVIIIe siècle. Puis s’y superpose la fondation de Rajaboud Gno au début du XIXe siècle, et enfin, la fondation coloniale sur la rive de Paksé, laissant quasi à l’abandon la rive de Muang Kao, devenu aujourd’hui un bourg délabré qui semble ne pas évoluer depuis son abandon par les princes de Champassak au XIXe siècle. Dans une certaine logique, la fondation de Soysisamouth et celle de Rajabout devraient se référer au modèle de Vientiane, par l’origine directe de leurs fondateurs. Si nous devons approfondir la question de modélisation, il faut comprendre in situ le profil de ces deux fondations, d’identifier les modèles spatiaux potentiels et leurs idées conductrices, de comprendre leur type d’évolution : sont-ils porteurs ou pas de modèles durables. À cette fin, un investissement lourd aurait été nécessaire. Or aucun plan de Muang Kao –relevé actuel ou ancien– n’a été réalisé. C’est un travail à partir duquel on aurait pu démontrer les liens évidents entre les autels des esprits et les différents lieux d’implantation des muang fondé par les autorités anciennes de Champassak. Ceci en croisant les informations recueillies avec les observations de Aymonier et les études de Archaimnault sur les rituels de Champassack. Ne pouvant faire cette analyse, notons seulement que l’autel des esprits du muang à Ban Sak muang, est à moins de dix kilomètres en amont. Les cultes qui lui sont dédiés sont résolument tai, que les esprits soient tai ou autochtones, entretenus par les princes de Champassak et la population depuis au moins l’époque de Muang kao. II. II. c. Les actes et les rituels de fondation Concernant les rituels de fondation des villes, aucun texte ne le précise, par contre les inscriptions relatent la construction des ensembles monumentaux ou des édifices isolés. 563 Le Tamnan Oulangkhrathat564 fait référence aux divers actes de fondation mais ne fait pas de description des rituels. Il donne des renseignements et des références sur un nombre important de fondations sacrées, mais qui renferment une part de légendes et d’histoires fabuleuses qui masquent l’historicité de la majorité des monuments. Les différentes versions n’évoquent que des événements et des monuments religieux, propres au territoire de la vallée moyenne du Mékong.565 Dans les introductions de ses annotations, réalisées la plupart du temps par les moines et les historiens de la religion originaire de Nakhone Phranom, il est dit que le « […] Tamnan Oulangkhrathat est une chronique très appréciée depuis la période de l’ancien Lane Xang jusqu’à aujourd’hui. Il relate 563 Cf. Les études épigraphiques lao menées par l’EFEO, dirrigées par Michel Lorrillard. 564 Oulangkra nithan, annoté par Kéo Outhoummala (Phra Thamma Rajanuvath), ré-édité en 2008, en Thaï. 565 Bien que le Royaume Chounlani évoqué dans le Tamnan se soit situé dans un territoire au nord de Vientiane et à l’Est du Mékong. Les historiens notent avec peu de certitude qu’il s’agit du territoire de Luang Prabang ou de Sip Song Chou Tai. C’est le Thamnan Yolnok qui donne cette piste de réflexion. Pour les autres, Chounlani serait la région de Thakek.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 315 - l’histoire et les événements des ban et des muang ainsi que l’histoire du Bouddhisme […] ». Sept royaumes sont évoqués : Sikhottabong (au sud de l’embouchure de la Xé Bangfai), Chounlani (au nord-est du Laos ?), Nong Han Luang et Nong Han Noy (Sakonnakhone et Udon Thani dans le Nord-est de la Thaïlande), Inthapat Nakhone (au Cambodge), dont deux de manière allusive : HoyEt Patou et Dvaravati. Le récit évoque la fondation de Vientiane, mais est surtout concentré sur le légendaire royaume de Sikhottabong et sur la construction du That Phranom. Les anciens traités recopiés –et parfois déformés– sont encore utilisés de nos jours de façon simplifiée. Ils concernent essentiellement la construction de l’habitat et ses rituels au sens large : la pose du premier poteau, l’inauguration de la maison, etc. Les auteurs de l’Habitation Lao, un ouvrage de référence en ethno-architecture, ont retrouvé et dépouillé l’essentiel de ces écrits. 566 Quant aux textes traitant des fondations de sanctuaires religieux, dont la consultation est réservée à la communauté du Sangha, ils sont difficiles d’accès. Mise à part ces écrits et une documentation parsemée, les actes et les rituels évoqués pour l’établissement de l’habitat, de la fondation de l’espace religieux, du ban et du muang, il y a des traditions orales qui peuvent nous introduire au cœur de la question, à défaut de pouvoir nous donner une explication adéquate et compréhensible de certains rituels. A travers les entretiens complétés par des observations sur le terrain, il nous est permis d’aborder dans ce chapitre la fondation de l’espace au sens large et de focaliser notre intérêt sur ce qu’aurait pu être la fondation des villes. Nous avons pu localiser un village dont la mémoire du rituel de fondation (ou refondation) est encore préservée et inscrite matériellement dans son espace. Il s’agit de Ban Phay Lom, “ village aux palissades de bambou ” situé au kilomètre 18 au Sud-est de Vientiane. Entendons par “ acte ”, les conditions, le contexte, les facteurs, qui rendent une fondation possible, nécessaire et effective. Cela sous-entend le rôle des acteurs, leur contexte culturel et politique, mais aussi leur disponibilité économique, comme l’un des principaux facteurs. Et entendons par “ rituel ”, le reflet matérialisé de l’ensemble des symboles, croyances, idéologies et conventions dans lesquels ces acteurs se représentent et se reconnaissent, comme élément d’intégrité, garant de leur existence dans l’espace et dans le temps, aussi bien le temps historique que le temps symbolique. II. II. c. 1. Les objets de fondation et les dispositifs spatiaux Avant d’aborder la question concernant le rôle des stèles et des bornes proprement dit, notons préalablement quelques faits particuliers : les légendes et les mythes à propos des fondations, qu’ils soient écrits ou oraux, sont fructueux. Pour des explications a postériori, ils enrichissent et brouillent à la fois les informations fournies par les inscriptions, les stèles et les bornes. Dans le meilleur des cas ils apportent des éclaircissements, et dans le pire des cas –en particulier en ce qui concerne les légendes transmises oralement– ils apportent des informations déformées. Que les fondations possèdent ou pas des inscriptions et des textes relatant l’événement les concernant, la persistance déformatrice de l’oralité va s’approprier de la plupart des événements. Dans l’hypothèse où ces mythes ne seraient pas complètement inventés mais munis d’un fond historique, la tradition orale va au fil du temps déformer les données jusqu’à leur altération complète. Il serait tout à fait concevable que certains mythes puissent porter la résonnance de certains faits historiques, pouvant être complémentaires par rapport aux inscriptions et aux données archéologiques, plus fiables, mais malheureusement manquant. Du moins, nous pouvons déceler dans ces mythes la réalité “ psychologique ” de ceux qui les auraient formulés. En d’autres termes, aucun mythe ne serait réellement dépourvu de sens. Mythes et oralité occupent donc une position importante malgré tout. Par exemple, faut-il considérer que le regroupement du village de Bourichanh et de 566 Pierre et Sophie Clément, L’Habitat Lao dans la plaine de Vientiane et de Luang Prabang. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 316 - l’implantation de Khambang, formant Vientiane, comme de pure légende567 ; où au contraire, comme des données qui complètent les stèles et les vestiges archéologiques de That Luang. Les vestiges semblent attester que la période primitive de la fondation de That Luang est de nature uniquement religieuse, alors que les données aux contenus légendaires indiquent qu’il y aurait également un établissement d’habitation, villages et quartiers. La deuxième considération semble tout à fait crédible, car on ne peut imaginer dans ce contexte un événement de telle importance concernant un site religieux, sans l’existence d’une cité de taille aussi importante. Un autre exemple : quel degré de fiabilité accordé à l’oralité concernant l’histoire populaire du That Vat Nark ? Celle-ci rapporte que le That a été la commémoration d’un prince –son nom n’est pas mentionné– accusé et décapité pour avoir commis l’adultère et déshonoré un grand du royaume. Comment doit-on traiter ces données ? Le premier exemple fait transparaître deux événements qui ne sont pas incompatibles. L’histoire de Khambang et de Bourichanh exprime un évènement politique et social pour l’établissement de la ville. D’après elle, Vientiane est fondée à partir d’une alliance entre deux établissements et deux sociétés probablement différentes. Alors que les inscriptions, les bornes et autres vestiges trouvés à That Luang racontent un événement religieux qui s’est produit sur le site. Effectivement, la fondation d’un site religieux d’une telle importance doit être accompagnée d’une manière ou d’une autre d’un événement sociopolitique d’importance comparable, tel l’établissement d’une ville. Quant au deuxième exemple, il rappelle étrangement l’histoire du Rajbout –fils de Suryavongsa, qui aurait été historiquement décapité pour le même motif. Et pourtant, nous ne pouvons pas considérer que c’est de l’histoire du Rajbout qu’il s’agit : ce that aurait exprimé ce que la conscience populaire retient des événements politiques. Ces événements, lorsqu’ils ne sont pas de bons augures n’auraient pas été inscrits. L’histoire les aurait purement omis. A contrario, lorsque les événements sont positifs et porteurs de sens pour la conception officielle de ceux qui sont en charge de les commémorer, les inscriptions en auraient pris acte et auraient tendance à les exagérer. Dans cette logique, les stèles et les bornes qui ont été servies à marquer les événements exceptionnels auraient été, de ce point de vue, instrumentalisés. Leur édification est alors un enjeu servant une idéologie officielle ou servant à glorifier les potentats qui, par ces inscriptions, fusionnent leur renommée aux évènements. Les bornes, les stèles, les édicules Les stèles et les bornes par leur fonction première prennent acte des événements historiques, notamment des fondations. Qu’elles soient accompagnées ou pas d’inscription, l’aspect matériel (art, matériaux) de ces édicules peut donner certaine perception aux constructions. Les trois types d’objets ont chacun une fonction et un rapport particulier avec les fondations : ils les marquent, les commémorent et les symbolisent. - Les bornes ont pour fonction de marquer et délimiter les espaces et les territoires, d’indiquer leur importance et leur fonction, indifféremment de la taille des espaces et des territoires. Dans la majorité des cas, ils n’ont pas d’inscription. Les baï séma par exemple sont une sorte de borne puisqu’ils délimitent le sanctuaire central du monastère bouddhique. Dans le cas des pieux en bois (à Ban Phaylom) c’est également une sorte de borne qui affirme et conforte une idéologie confessionnelle dans un espace donné. Il est de même pour les poteaux sacrés (sao hong) des monastères Karen, indiquant une tradition cultuelle ancienne autochtone, associée au culte bouddhique ultérieur. - Les stèles sont, à l’origine, un support pour les inscriptions de différente nature : dédicace, événement, apologie, texte de loi, etc. Qu’elles soient avec ou sans inscriptions, ce sont des pièces qui donnent formellement les informations sur les événements, les personnages et les fondations. C’est une pratique culturelle et intellectuelle de l’élite : le peuple ne produisant pas d’inscriptions 567 Cf. le Thamnan Oulangkrathat. Op, cit Table. 16. Liste non exhaustive des stèles et des bornes les plus significatives évoquant les fondationsDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 317 - pour son compte. La fonction des stèles sert l’idéologie de ceux qui les produisent ou pour qui elles ont été faites : les personnes ou les événements jugés non-élogieux sont omis, seules les personnes dignes, les événements porteurs, sont gravés dans la pierre. Les stèles font l’apologie du pouvoir et de ses potentats, et par de-là, elles indiquent le désir d’immortalité dans le temps, l’espace et l’histoire. Les stèles marquent donc quelque chose de momentanée, un événement ponctuel, une histoire digne d’être commémorée. En cela, elles apportent aussi bien les informations cruciales à la compréhension du passé, que les informations manipulées et tendancielles, ne permettant pas de rendre compte de la réalité d’une époque, des événements ou des personnes pour quoi et pour qui les stèles sont faites : les événements ponctuels donnés ne peuvent pas être aperçus ni dans sa durée, ni dans sa réalité historique et anthropologique comme sans failles. - Les édicules symboliques que nous trouvons dans la région du Laos sont essentiellement des stupas et les piliers du Pancasìla. Ceux qui sont bien représentatifs sont le pilier du Pancasìla et le that Sri Thamma Haïsok, construits dans le premier étage du That Luang. Le Pancasìla est une sorte de borne avec des ornementations symboliques représentant les cinq fleures de lotus qui symbolisent les cinq préceptes bouddhiques. Il aurait un lien avec le pieu sao hong des monastères Karen : les cinq préceptes bouddhiques se seraient fusionnés avec la représentation ancienne du culte des esprits des autochtones aborigènes qui érigent des pieux en bois au milieu de leur village (comme cela se pratique encore chez les Tarieng au Laos). Ils réutilisent le principe du pieu en bois, mais le remplacent par le pieu en pierre incrusté de représentation symbolique des cinq préceptes. En ce qui concerne le that Sri Thamma Haïsok, c’est une sorte de relique, mais l’intérieur de l’ouvrage n’est pas accessible. L’édicule est fortement ouvragé et chaque représentation décorative est chargée de symboles. Il renferme des trésors faits de dons royaux dédiés au That Luang. Les deux petits monuments (donnés en exemple) qui accompagnent la fondation d’un grand monument comme le That Luang, sont une sorte de pièce d’identité spirituelle et intemporelle dont la fonction est de marquer l’importance du monument qu’ils accompagnent. Les stèles, elles, s’inscrivent plus dans une époque et marquent temporellement les actions et les événements. La fondation et l’organisation des espaces bouddhiques Les espaces religieux font partie intégrante (comme un programme) de l’établissement humain dès sa fondation. Ils peuvent même en être le point préexistant pour un certain nombre de fondations. Il en est probablement ainsi pour le cas de Vientiane où le site de That Luang aurait été investi bien avant la formation de la ville. Pour d’autre, la construction des espaces religieux vient momentanément après, confirmant et consolidant l’organisation sociale et politique des établissements déjà fondés. Ce dernier cas de figure semble généralisé : les fondations religieuses (bouddhiques) de Luang Prabang et de Muang Sing, seraient venues après la construction de la cité. Ceci, bien qu’il est probable que le choix de départ ait été lié directement à la qualité symbolique et aux esprits protecteurs des lieux. Et dans la plupart des cas, les sites de fondations religieuses sont des espaces qui possèdent des capacités de persistance spatiale plus grandes que les constructions laïques. C’est pourquoi les fondations religieuses et leur organisation dans la ville sont importantes pour comprendre la fondation de la ville elle-même : la compréhension de la ville, son évolution et son développement ne peuvent se faire sans que l’on puisse interroger les espaces religieux, leur insertion et leur rôle spatial dans la ville ainsi que leur organisation interne. La place des espaces religieux et de leur insertion dans la ville Les monastères bouddhiques occupent une position centrale du point de vue social au sein de la ville et du village, elle a aussi la propension à devenir un modèle d’architecture. Si son insertion dans les villages est plus simple, dans le milieu urbain elle est plus complexe. Un village rural possède rarement plus de deux monastères, souvent un seul. Lorsque le village devient plus grand il peut en avoir une deuxième, pour des raisons de proximité et de place : le monastère doit aussi pouvoir accueillir les novices, les séjours monastiques occasionnels lors des obsèques, ou lors des services religieux à l’entrée des carêmes. En occurrence, les gros villages possédant une Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 318 - capacité plus grande pour l’entretien du monastère (nourriture des moines, cérémonie d’ordination, etc.), peuvent avoir plusieurs monastères : ainsi il peut y avoir vat Thong (pagode de rizière) et vat Tha (pagode de berge), ou encore vat neua (pagode nord du village) et vat tai (pagode sud du village). Ou encore, il peut aussi y avoir vat ban (pagode située au sein du village) et vat pa (monastère de la forêt) : le premier, réservé pour les rituels quotidiens des villageois, alors que le second, destiné aux incinérations et aux retraites des moines. Si la fonction de rassemblement est la même, si les rituels religieux possèdent les mêmes sens et requièrent les mêmes savoirs, par rapport aux monastères de campagne, les monastères de ville s’insèrent différemment dans son environnement. Les monastères sont plus nombreux, ils se rapprochent à quelques pâtés de maisons, se concentrent dans un territoire plus restreint. Plus le statut de la ville est important, plus les pagodes se serrent. C’est le cas de Vientiane et de luang Prabang. Un îlot peut avoir plusieurs monastères. En ville, par leur présence, la notion de village tend à être moins visible, mais à fonctionner comme quartier. On évoque ainsi le khoum avec affectation du nom du monastère, plus que le nom du village, bien que le khoum soit imprécis, voire, inexistant du point de vue administratif par rapport au ban, c’est cette imprécision qui est optée en milieu urbain. Une spécificité est à souligner concernant la place des monastères lü dans les xieng. La situation de Muang Sing montre que chaque xieng doit posséder un seul monastère. Celui-ci est au nombre de quatre. Et chaque monastère occupe un emplacement bien précis dans le xieng : dans l’îlot externe des xieng et dans la parcelle externe de l’îlot. Les monastères sont desservis par les deux voies centrales et par les rues du rempart. La composition spatiale et le langage architectural des monastères et des monuments Le monastère est formé de vastes cours aux multiples fonctions, parsemées de taillis, d’arbres fruitiers et toujours d’un ou de plusieurs fucus religiosa (l’Arbre de l’Éveil). Le mur d’enclos le sépare du domaine privé ou public laïc et joue un rôle important dans sa perception depuis la ville. Autrefois, les murs d’enclos sont formés de pieux en bois assez hauts avec la partie supérieure sculptée. Depuis la renaissance des villes avec la colonisation française, ils sont construits en maçonnerie. Ils peuvent être hauts à âme pleine, avec ou sans merlon, ou bas en mur bahut précédé de nombreux that. Dans tous les cas, ils sont ouverts sur plusieurs côtés. Quant aux portiques d’entrée, la principale et majestueuse donne souvent sur une rue importante, où autrefois se trouvent les maisons des nobles. Les entrées secondaires et les entrées en dérober donnent sur les parties plus populaires des quartiers, avec des maisons plus modestes, probablement celles dans lesquelles vit la famille des moines et des novices. Les décors des portails sont de facture variable : la représentation du naga et les bulbes de lotus sont les motifs les plus représentés. Le vat est constitué de nombreux composants architecturaux. Le sima (sanctuaire) occupe la position centrale, suivis de la sala (ou hô tcher), du hô taî (bibliothèque du Tipitaka), des Kuti (habitation pour moines), de nombreux stupas funéraires et votifs. Il y a ensuite des constructions plus ou moins ouvragées telles que les hô kong (abri à tambour), le hong heua (abri à pirogue de course), un ou plusieurs oumoung (petite chapelle voûtée), les vestiges archéologiques et enfin l’enceinte du monastère lui-même. Le privilège de la taille des parcelles permet de disposer les bâtiments de manière harmonieuse, laissant le vide occupé par la végétation. Le pavage ou non du sol et l’aspect du jardin indiquent souvent le caractère rural ou citadin des monastères. L’emplacement des ouvrages est soumis à des règles strictes. Leur orientation se réfère aux points cardinaux, au fleuve, aux points tutélaires et aux traces des occupations antérieures éventuellement sacrés, qui auraient consolidé le caractère sacré des lieux de manière encore plus importante. Sachant que l’orient privilégié du monastère est l’Est explicité par l’orientation à l’Est de la façade du sanctuaire central et en conséquent du grand bouddha –Phra pathane, qui y président. Les parcelles occupées par les vat doivent être situées sur une ligne topographique supérieure à celle des habitations laïques. Ceci, afin qu’elles ne puissent pas réceptionner les eaux usées provenant des terrains d’habitation. Les parcelles sont aussi privilégiées par leur grande superficie, par le choix de leur emplacement et par la densité de leurs espaces verts, que ce soit en Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 319 - milieu rural ou urbain. A tous les niveaux, les édifices religieux se distinguent des autres catégories de construction par leur architecture, leur mode de construction, leurs procédés techniques et conceptuels, leur référence culturelle et artistique, leur rôle socioéconomique et leur usage. Les monastères prennent ainsi un aspect particulier dans l’environnement urbain. C’est probablement une raison qui fait qu’ils deviennent des références architecturales pour les édifices et autres constructions à caractères symboliques, construits à l’extérieur des monastères. Il s’agit par exemple des monuments et des mémoriaux. Même s’ils ne font plus l’objet de culte, ou même s’ils n’ont plus de relations directes avec l’univers des cultes religieux, ils empruntent leurs vocabulaires comme modèles et références esthétiques. Pour pouvoir repérer ces influences, soulignons des détails parmi les composants architecturaux du monastère. La description du sim La vie de la communauté religieuse et de celle du village ou du quartier tourne autour du sanctuaire central. Sa richesse architecturale et décorative ainsi que les matériaux utilisés pour sa construction le font apparaître comme un édifice phare, accentuant sa noblesse, son aspect symbolique et sacré. Construit en maçonnerie, le sim doit être le bâtiment le plus haut à l’exception des stupas. Il est surélevé et constitué de deux parties principales : le corps du sanctuaire proprement dit et la partie que l’on peut appeler narthex desservi par un perron maçonné, encadré de deux Naga, menant à un porche à colonne. A l’intérieur, la nef (longue pièce rectangulaire et clause) reçoit la lumière extérieure par la porte d’entrée et par ouvertures étroites percées avec régularité dans les murs latéraux. Les menuiseries en bois sont très ouvragées dans leur ensemble. Au fond du cœur de la nef sur l’autel votif massif trône majestueusement le Phra Pathane –le Bouddha central, entouré des plus petits et des objets cultuels et votifs divers. Le regard du Bouddha voilé par de lourdes paupières abaissées légèrement vers le bas, symbolisant la compassion. Soubassements et couronnements La construction du soubassement obéit au principe d’assemblage de la masse de forme géométrique hiérarchisée, avec des lignes droites et des lignes arrondies, visibles en façade et dans les embrasures des percements et des accès latéraux. Le soubassement est composé d’une sorte de stylobate, dont la plinthe est empâtée et la corniche proéminente. Les couronnements des piliers ont toujours des ornementations, réalisées en stylisant les motifs floraux (pétales de lotus, tiges de bananier.) Ornementations et symboles Les ouvrages de décors architecturaux sont fondamentaux pour comprendre les arts graphiques et les arts appliqués laotiens. Ils s’inspirent des formes animalières et florales, empruntées à l’univers symbolique du Maha-sadok et du Ramayana. Peintures murales, bas-reliefs, stucs, dessins au pochoir de poudre d’or, mosaïque de verre, les symboles tels que la roue de la loi, les effigies de Bouddha dans différentes postures, etc., autant de techniques qui doivent raconter, symboliser et rappeler la vie du Sage (période du Sadok et période du Bouddha). Les stucs servent surtout d’ornementation aux chambranles des portes et également à couvrir la finition des éléments de couverture. Toitures La toiture du sanctuaire est composée de plusieurs pans à recouvrement, décomposés en trois parties : la partie centrale, la partie haute et la partie latérale basse. Les écarts entre les recouvrements sont variables et conditionnent l’aspect effilé ou ramassé du sanctuaire. Sur les pannes faîtières et sur les rives (Van laèn lop lang kha et van lèn pan lom) la représentation du Naga est fortement présente. Sa tête stylisée vient couronner la fin du faîtage (Ngo) et l’extrémité des rives (kandok). Dans l’architecture, la représentation du Naga (Ngo, Nak Sadung, etc.) est souvent faite en stuc avec armature. Quant à la représentation du Mont Méru (sô f’a, faîtage), par une suite de superpositions de parasols de cinq à neuf étages, elle est réalisée en zing, en stuc, en bois. Elle apporte la touche d’élégance finale aux sanctuaires. Les consoles, également empruntées au corps Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 320 - du Naga, stylisées et épurées, supportent avec élégance et régularité la descente des pans de toitures, créant ainsi une liaison harmonieuse entre le corps massif du sim et l’aspect envolé de sa toiture. Il existe deux sortes de consoles : la console féminine (khrèn nang) lorsque son aspect est léger comme “ le bras d’une demoiselle ”, et la console masculine (hou xang) lorsque son aspect est plus massif comme “ les oreilles d’éléphant ”. Frontons et façades, percements Toute la valeur esthétique du sim est inscrite sur son fronton et sur l’ensemble de sa façade, caractérisée par des mesures modulaires. On peut y lire la partition symétrique et la composition architectonique générale de tout l’édifice, comme élément clé de sa conception, telle que la règle des percements, la référence religieuse et mythique des éléments de décors. L’entrée principale du sim, souvent en double arcade, est percée dans l’axe du vaisseau central. Elle est accompagnée de deux baies libres sans chambranles se trouvant dans l’axe des vaisseaux latéraux. Il s’agit-là du premier plan de façade de l’édifice, qui donne l’accès au porche ou narthex. Le percement de la seconde porte principale est dans le second plan, sous le porche et dans l’axe de la première. Les écoinçons à jour dans le mur bahut du porche constituent la singularité de chaque sim. Les percements de fenêtre sont réalisés de manière régulière dans les parois latérales. A Vientiane le décor des embrasures est rare, alors qu’à Luang Prabang il est plus chargé. La façade arrière occidentale des sim est souvent aveugle, exceptée pour les sim qui ont une galerie pourtournante comme c’est le cas de Hô Phrakéo. Si non Vat Inpeng est probablement l’une des exceptions. Le Hô taî La bibliothèque est le plus petit édifice du monastère, elle comporte deux types. Le premier ne possède pas de charpente, mais d’un ensemble de couvertures en voûte en encorbellement, comme c’est le cas de la petite chapelle voûtée de Vat Inpeng. Il possède en outre une volumétrie harmonieuse et un corps bâti monolithe. Ses ornementations fines et délicates la classent entre le sim et le that. Le deuxième type possède une couverture et des charpentes, comme c’est le cas de Vat Sissakhet. Sa technique de construction n’est pas différente du sim, mais avec un gabarit plus modeste. Sa silhouette fine et élancée fausse visuellement sa taille réelle : elle semble plus petite alors qu’en réalité, elle peut être plus haute. Les deux types d’édifices possèdent un caractère commun : leur aspect décoratif et précieux. Ils sont construits, soit entièrement en maçonnerie, soit en matériaux mixtes (bois et brique). La finesse de leurs ornementations et leur aspect global suggèrent qu’ils dérivent à l’origine de l’architecture légère en bois et de la conception du mobilier. Les très anciennes armoires du Tipitaka que l’on peut encore trouver dans les pagodes ont des formes en encorbellement (parois inclinées) comme le hô taî de Vat Inpeng en miniature. Les iconographies L’iconographie est majoritairement tournée vers l’enseignement et la littérature religieuse. La littérature populaire occupe une place moindre. Autrefois, la vie sociale et culturelle a aussi sa place dans les pagodes, non dédiées exclusivement aux affaires religieuses. Les tentures sur tissus, les peintures murales et parfois les stucs, représentent aussi les scènes païennes (Koulou Nang Oua, les amants maudits ; les quatre frangipaniers, etc.) cela montre que la culture du peuple (littérature, légende, conte) a aussi son importance et peut être représentée aussi avec art sous forme de pièce dansée ou jouée. Une brève étude iconographique des pagodes de la petite enceinte de Vientiane a permis de distinguer le contenu narratif de l’art et de la technique de le représenter. Les supports architecturaux mettent en scène quatre thèmes : 1- la littérature religieuse proprement dite, comporte des événements se rapportant à la vie de bouddha, à son enseignement, à l’histoire du Sadok, et à celle des dix dernières incarnations. 2- la littérature épique donne des enseignements moraux et philosophiques, l’art et la connaissance, notamment avec Sinhxay, Kalaket, Tèng-One. Parfois, on n’hésite pas à considérer cette littérature morale comme s’il s’agit de l’histoire du Bouddha. 3- les fresques historiques qu’il s’agit de transmettre et d’inculquer au peuple. Elles mettent notamment en scène la fondation du Lane Xang ou la bravoure d’un monarque. 4- la Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 321 - représentation des sites historiques ou sacrés existant au Laos, tels que Vat Phu, That Luang, Plaine des jarres, représentés tout en cacophonie. Ces représentations sont sensées de marquer la prise de conscience des Laotiens de la valeur de leur patrimoine culturel. La troisième et la quatrième iconographie sont des faits récents, probablement apparus depuis le milieu du XXe siècle : leur illustration et leur représentation ne datent qu’à partir de ces années. Les deux premières séries d’iconographies sont représentatives des considérations et des productions plus anciennes. Les stupas Le stupa peut être un ouvrage important de restructuration politique de l’espace, donné en exemple à travers le règne de Sethathirat. Soulignons à la fois le côté générique et le côté particulier du that parmi les édifices religieux existant. That vient du pali dhatucetiya, le monument contenant une relique corporelle. Les Lao gardent la version raccourcie du mot –dhatu. En Thaïlande on garde le suffixe cetiya, qui donne le terme usuel chédi. En sanskrit, dhatugarba, utilisé à Seylan sous le terme dagoba. C’est à travers la tradition indienne que l’Occident connaît l’édifice sous le terme stupa. Le stupa n’est pas un monument inventé par le culte bouddhique, elle préexiste bien avant. Mais le bouddhisme s’est approprié de cet ouvrage au symbolisme fort. Les Maharajas de l’Inde de la Haute antiquité construisent déjà des monuments funéraires avec des hautes montées de terres couronnées par un monument commémoratif. D’après la tradition bouddhique, le monument serait apparu en Inde après la disparition du Bouddha. Les premiers stupas auraient été formés de tumulus élevés par ses disciples pour abriter ses cendres et ses reliques, alors que les traces archéologiques des monuments funéraires à l’époque de Açoka montrent des stupas en forme de colonne avec des ornementations dans la partie haute. D’après Deydier l’origine de la forme du stupa peut être expliquée par une anecdote : « Peu de temps avant la mort du Bouddha, Ananda lui demanda comment il convenait d’honorer ses reliques. Le Bouddha prit son manteau monastique, le plia en quatre, posa dessus son bol à aumône renversé et le surmonta de son bâton. Il dit alors à Ananda que les monuments destinés à l’honorer devraient avoir cette forme ». 568 Il existe quatre sortes de reliques dans le sens d’objet renvoyant au bouddha. Le relique corporelle –dhatu-cetiya, est constitué à l’origine par un tumulus dont la forme et la taille évoluent par la suite. Le reliquaire topique –panbhoga-cetiya, est constitué d’objet faisant référence à un lieu où bouddha a vécu, tel le jardin de Lupini où il est né, la ville de Sernat où il a fait ses sermons, etc. Le reliquaire scripturaire –dhamma-cetiya, est réservé pour les écritures sacrées, notamment le dharma. Le reliquaire symbolique –uddesika-cetiya renfermant les images, les représentations, les objets qui renvoient au Bouddha, comme la roue de la loi, le Phrabat sensé symboliser l’empreinte de ses pieds, etc. De taille et de matériaux variables, de factures et d’écoles artistiques différentes, les stupas sont le type de monument le plus répandu. Il occupe dans l’histoire et occupe encore un très vaste territoire. L’aire et la civilisation des stupas font brillamment leur apparition. Le site le plus grandiose est incontestablement Pagan. De manière plus modeste, plus usuelle, et probablement depuis leur conversion, les bouddhistes d’Asie du Sud-est –anciens mondes indianisés– construisent leur monument funéraire aujourd’hui selon les principes symboliques et architectoniques du stupa. II. II. c. 2. Les autels des phi protecteurs, les pieux de fondation et les lak muang Les actes et les rituels des fondations passées trouvent leur continuation dans les rites consacrés aux autels des phi et des devata protecteurs et dans la concrétisation, la spatialisation des pieux de fondation et des Lak muang. Autels, pieux, lak muang, sont liés et opèrent sur le même espace que sont le territoire, la ville, le village, l’espace d’habitation. Ils se retrouvent projetés dans 568 Cf. Histoire des stupas, des vat et celle de Phrakou Gnot Kéo Phone-Sameth, Ministère des Cultes ; Introduction à la connaissance du Laos, Henri Deydier, éd. Kandiev 1952.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 322 - l’espace mental et physique de l’habitant comme le moyen de lecture et d’appréhension de son territoire et de son espace habité. Ils portent garant de l’intégration de l’habitant du muang dans son cadre ethno-social et dans son milieu physique, comme élément d’une mémoire collective assumée et comme signe d’une prospérité collective acquise ou désirée. C’est aussi la preuve d’une existence bien intégrée dans sa cosmogonie : pour les Lao, leur existence, celle de leur société ne peut être qu’harmonie, d’où la persistance du culte de ces phi, de ces génies, de ces pieux de fondation et des pieux du dharma. Ces éléments qui semblent être d’un autre temps donnent encore aujourd’hui du sens aux choses et aux lieux. Ils se seraient ainsi perpétués, tant que l’on continue à habiter un lieu, un espace et à les produire et reproduire. Les esprits ou les phi protecteurs, possèdent des espaces hiérarchisés desquels découlent la hiérarchisation, l’organisation et la structure spatiale habitée. Par exemple, les phi heuane (phi de la maison) sont sous la protection des phi ban (phi du village) et à leur tour les phi ban sont protégés par les phi muang. Mais ils peuvent aussi protéger et garder un territoire enchevêtré. Les phi ne seraient pas seulement les gardiens, les protecteurs, mais aussi les organisateurs des territoires et les facteurs d’identification anthropologique. Nous tentons de comprendre, d’après des exemples, quels schémas symboliques et quels modèles spatiaux peuvent-ils dégager des autels des esprits. La mémoire et la continuité des établissements, de l’habitat au village et à la ville. Le rôle des autels des devāta et des phi protecteurs Nous tentons de comprendre ici le rôle des autels des dévata et des phi protecteurs dans la notion de continuité spatiale et de cousinage dynastique des muang. Pour se faire nous nous référons aux mythes des origines fondatrices des chefferies tai, reflétés dans les traditions cultuelles ; comment les génies gardiens sont-ils constitués, quel lien ont-ils avec les monarques descendant des thaèn f’a et avec les fonds cultuels des peuplades indigènes ? Les rituels pour honorer les autels des devata et des phi protecteurs de Xieng Khouang, de Luang Prabang et de Vientiane semblent perpétuer non seulement les liens mythiques passés et les liens historiques, mais enregistrent probablement aussi sous certains aspects l’évolution historique et sociale des muang. Complexité des autels des esprits protecteurs de Xieng Khouang et de Luang Prabang Les autels des Devata et des phi protecteurs de Xieng Khouang et de Luang Prabang sont clairement liés au mythe fondateur des Lao, ils sont caractérisés par le culte des ancêtres fondateurs : les phi thaèn. Le culte donne beaucoup d’importance à l’aspect fondateur des ancêtres qui portent garant à la continuité du pouvoir et à sa légitimité. Les phi et les devata sont les ancêtres fondateurs d’une lignée. Ils rendent sacrée la charge du pouvoir de cette lignée. Le culte est marqué alors par un certain ethnocentrisme. Les phi ou génies peuvent être des esprits immémoriaux d’un lieu, des gardiens protecteurs ou des ancêtres morts. Dans le cas des génies gardiens du territoire fondamental, il s’agit des fidèles serviteurs ancestraux et mythiques comme Pou Ngneu Gna Ngneu, célébrés dans une danse cultuelle à masque à Luang Prabang au nouvel an, ou comme Sing Kêu Sing K’âm personnages masqués dansés et célébrés lors des fêtes du that à Xieng Khouang. Ces derniers se seraient “ sacrifiés ” pour la fondation et la prospérité des chefferies lao. D’après Archaimbault qui analyse la structure religieuse lao à travers les rites et les mythes, les autels et le culte des esprits à Luang Prabang et à Xieng Khouang proviennent d’un même fond, ce qui devrait confirmer l’idée de filiation et de parenté profonde entre les fondateurs de Xieng Khouang et les fondateurs de Luang Prabang (idée suggérée également par le Nithan Khun Bourom.) Sing Kêu Sing K’âm, deux parmi les génies protecteurs qui séjournent dans le village Na Hu (privilégié et situé à quatre kilomètres de Xieng Khouang), symbolisés par les masques du lion de cristal et d’or, seraient en quelques sortes les enfants ou les esprits auxiliaires de Pou Ngneu Gna Ngneu de Luang Prabang. Archaimbault suggère l’idée qu’il doit y avoir anciennement peut-être le culte de devata luang que sont Pou Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 323 - Ngneu Gna Ngneu placés au-dessus des devata des autres muang, à Luang Prabang et répliqué à Xieng Khouang569 Le culte des génies et des phi, honorés dans les autels des devata à Xieng Khouang, est dédié aux monarques thaèn f’a qui, à leur mort, deviennent des phi f’a phi thaèn protecteurs et puissants (esprit des monarques, des ancêtres ethniques des Lao divinisés) qui dominent tous les autres phi. Une personne est chargée d’entretenir leurs cultes à l’autel, notamment les chao song à travers lesquels l’esprit des phi thaèn viendrait habiter et communiquer avec les vivants. Autrefois, c’est la famille royale ou princière elle-même qui en avait la charge. C’est la raison pour laquelle elle a un lien privilégié avec les chao song qui lui étaient attachés, à Champassak comme à Xieng Khouang. Les phi thaèn phi f’a possèdent un autel –lieu géographique particulier, comme il est démontré à Xieng Khouang c’est « (…) l’autel des génies protecteurs du mu’ang situé sur la colline qui domine S’ieng Khwang (…) ». Cependant, nous verrons avec l’exemple du culte du Pou t’a de Champassak que le phi protecteur peut suivre partout les descendants ou les habitants du muang de sa “ circonscription ”. Les gens originaires du muang continuent ainsi à honorer son autel qu’ils improvisent partout dans le monde, en France, aux Etats-Unis ou ailleurs. Cependant, la question ne semble pas claire : Pou t’a est-il un gardien protecteur, un devata luang au même titre que Pou Ngneu Gna Ngneu ou leurs gardiens auxiliaires que sont Sing Keu Sing K’am, ou l’esprit du thaèn f’a lui-même ? En tous les cas, le lieu de l’édification de l’autel semble peu important. Dans les années 1960 lorsque Archaimbault mène ses enquêtes, il dit que l’autel est situé sur la colline qui domine Xieng Khouang.570 Lorsque les phi protecteurs renvoient aux esprits immémoriaux, il s’agit alors des croyances de souches autochtones. L’appropriation par les muang de ces esprits immémoriaux était telle, qu’il est parfois difficile d’identifier ce qui appartient vraiment au muang et ce qui appartient aux “ indigènes”. Pour élucider la question il faut probablement chercher des explications plutôt chez les génies gardiens des muang que chez les phi thaèn protecteurs eux-mêmes, puisque ces derniers sont des monarques ancestraux divinisés des Lao Tai. Comme le note encore Archaimbault : « Si à Luang Prabang, seuls les descendants directs de Khun Bulom, le fils du roi des Thên, et les monarques dont l’histoire révèle le destin exceptionnel possèdent des autels particuliers et demeurent figés pour l’éternité –en dépit des croyances bouddhistes– dans leur fonction de dévata protecteurs, à S’ieng Khwang, plus de trente monarques-thên figurent sur la liste des génies du Mu’ang récitée lors du sacrifice du buffle. Or ces monarques divinisés qui portent le nom collectif de ‘seigneur Lo K’am’ –le nom même de la chefferie t’aî-noir– sont désignés comme ‘lak Mu’ang’, c’est-à-dire pilier de la ville, et sont censés résider en permanence dans l’autel de S’ieng Khwang où un reposoir leur est consacré. Lors du sacrifice du buffle, la famille princière doit fournir les offrandes destinées à ces monarques ancêtres. (…) Ces caractéristiques suffisent à révéler, derrière le culte des monarques Thên, un culte du Lak Mu’ang de type t’ai-noir mais hypertrophié. Projection sur le plan du sacré de l’arbre généalogique des familles P’uon, ce lak M’uang a pour fonction d’assurer la protection du Mu’ang fondamental instauré non point par Lo K’am mais par 569 « (…) Au début de la création il n’existe sur terre que les Pu No Na No qui plantèrent un arbre grand comme un cierge sur une terre minuscule. (…) Thau Lai et Mê Mot qui en coupant le banian autour duquel s’était enroulée la liane maléfique aidèrent les Pu No dans leur tâche. Ils périrent également victime de leur dévouement et devinrent, disent les textes, des devata luong au même titre que les deux ancêtres (…) ». Archaimbault. Op.,cit. 570 Il explique que : « Hô S’ieng Khwang (…) possédait autrefois douze autels (…) installés dans les centres des principaux mu’ang – d’après les annales au XVe siècle, sous le roi K’am Kong, l’acan Tammak’ata venu de Luong P’rabang érigea 12 autels (le nombre même des autels de Luong P’rabang) pour les génies protecteurs et implanta le sacrifice annuel du buffle – 11 de ces Hô étaient de fait des ‘Hô phi ban’ c’est-à-dire des autels consacrés à des génies protecteurs de villages. Disposés aux quatre coins de la province, ils constituaient les ‘bastions spirituels’ de la ville de S’ieng Khwang et leur génies n’étaient que les chefs de ‘marches’ des grands monarques Thaèn, proteceturs de la famille princière et de l’ancien royaume qui résidaient, eux, dans l’autel central de S’ieng Khwang nomé alors Hô Mô Hô S’ieng Khwang. (…) Par la suite (…) petit fils de Cau Noy, firent reconstruire le Hô Mô en dur. Le maître de cérémonie demanda alors qu’on établi à l’intérieur, deux reposoirs : l’un pour les génies de S’ieng Khwang, l’autre destinéaux Phi Ban conviés aux cérémonies. Ce second reposoir devint ainsi un substitut des onze petits autels érigés autrefois lors du sacrifice du buffle par les préposés aux rites des différents mu’ang (…) », op. cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 324 - Cet Cu’ang, le fils de Khun Bulom et le frère du fondateur de Luong P’rabang. L’adoption de la tradition lao du nord entraîna vraisemblablement celle du culte des monarques divinisés qui se greffa sur celui du gardien du sol personnel. Ses pouvoirs renforcés, sa pérennité, le Lak M’uang constitua dès lors l’assise de la structure religieuse P’uon. » Autels des esprits protecteurs de Vientiane, craints et vénérés Les phi muang, étant des thaèn ancestraux, sont en quelques sortes les Lak muang euxmêmes ou du moins leur mémoire. Les Lak muang sont à leur tour la mémoire des fondations. Les cas de Vientiane font apparaître soit une évolution soit une variante dans la fonction des phi muang protecteurs. Les phi muang gardiens et protecteurs, peuvent “ naître” soit au moment de l’investiture des Lak muang dans un lieu précis (l’esprit de Dame Si) soit durant l’évolution des muang. Dans ce cas, les phi seraient en quelques sortes la mémoire événementielle du muang, liés au lieu de l’événement lui-même. Ce fut le cas du prince Mouy et de son autel dans l’un des quartiers de berge de Vientiane. Le nombre des phi, protecteurs de muang Vientiane, figure sur une impressionnante liste : en examinant les sites et les autels, nous constatons que les esprits sont divers et ont une personnalité très différente. Leur existence peut être également anachronique. Ils peuvent appartenir à des temps irréels (temps reculés, immémoriaux) et à des temps historiques (anciens ou récents). Les esprits des autels puissent le caractère sacré dans une puissance et une force qui fait craindre et vénérer. Et cette force vient souvent d’une certaine forme de violence : esprit non reposé, esprit de rébellion, esprit ayant connu un trépas violent, tels les esprits de Dame Si et du jeune bonze sacrifié volontaire sous le lak muang. Plus le contexte de la mort est violent plus l’esprit est puissant. Y figurent parmi ces phi muang, outre les esprits qui ont connu une morte violente, les personnages provenant des mythes (tel, l’esprit du Naga) et les personnalités historiques confirmées par le Phongsavadan. Ces derniers sont des monarques parfois des princes entrés en rébellion contre le roi. Ainsi y a-t-il un autel dédié au Prince Mouy, gouverneur de Vientiane au XVe siècle, remplaçant Phraya Khoua Passak571. Accusé de vouloir faire sécession, il se révolte contre l’autorité de Luang Prabang. Exécuté à Done Chanh pour cette cause et incinéré en amont de la ville à l’endroit où Vat Taï sera fondé en sa mémoire, le Prince Mouy est considéré comme un esprit aussi sacré que le fondateur de la ville ou comme l’esprit du lak muang de Vat Simuang. Son autel serait actuellement situé à Pak Passak (ou dans la maison en bois à Ban Phyavat ?) Ainsi, les divers autels des esprits forment un chapelet de lieux qui parcourent la ville, le long de la berge et dans les rizières, puis remontant vers les butes. Le culte de l’autel des esprits semble être un catalyseur des violences ; une rédemption pour les fautes et les injustices qui auraient été commises par la société et le pouvoir, d’où cette réhabilitation des coupables potentiellement innocents. C’est sans doute pour cela que l’autel des esprits ne disparaît pas malgré l’essor du bouddhisme et malgré son éradication sous le règne de Phothisarat : les objectifs des deux cultes (culte bouddhique, culte des phi) ne sont pas les mêmes, d’où leur coexistence. Le bouddhisme local va même adopter les autels des phi dans son panthéon, fait qui apparaît dans un syncrétisme spatial et dans l’expression cultuelle qui caractérise bien le bouddhisme lao. Les autels des esprits qui se trouvent en amont de la ville sont curieusement moins connus et reconnus par les habitants et par l’autorité publique responsable des affaires des cultes. Les esprits qui les habitent sont souvent des personnages historiques locaux ; comme ce fut le cas du prince Mouy et de Phravô et Phrata à Ban Sak Muang au XVIIIe siècle. Le premier ayant été exécuté par le roi pour rébellion, devenait l’un des plus vénérés et des plus craints des esprits de 571 Phraya Khoua Passak était gouverneur de Vientiane avant le Prince Mouy. Sont palais se situait à l’emplacement actuel de l’Ecole Technique de Pak Passak. Il serait retourné à Luang Prabang, appelé à régner sur le Lane Xang sous le nom de Saya Chakaphat Paèn Péo, succédant à son père Sam-Saèn-Tai entre 1439 et 1470. Fig. 79. Un autel des espritsDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 325 - Vientiane ; les seconds ayant également été exécutés par le roi de Vientiane pour trahison, seraient devenus les esprits protecteurs du muang et auraient été vénérés sur l’autel de Ban Sak muang en amont de Pakxé. Les deux cas explicitent une morte violente, teintée de sentiment d’injustice et ressemblent aux actes sacrificiels de l’individu face au pouvoir et à la communauté. Les esprits ayant connu un trépas violent, auraient ainsi été à même d’incarner la force et la puissance qui faisaient craindre et vénérer. Ce qui est intéressant du point de vue spatiale, c’est que le rôle symbolique des esprits sacrifiés configurait l’espace du passé et semble aujourd’hui identifier certains villages et certains quartiers comme un ancrage identitaire et territorial fort : les habitants se seraient notamment reconnus comme appartenants au territoire circonscrit par la puissance de l’esprit et du phi en question. Par ailleurs, les esprits peuvent communiquer avec les hommes qui les vénèrent et lesquels ils sont sensés protéger. Cela permet à la mémoire des cultes et des croyances de se maintenir vivant et de se perpétuer dans un lieu donné. Ho de Ban Sak Muang Ban Sak Muang aurait été fondé par Phrakhou Gnot kéo Phonesamet vers 1710, dans la même décennie que la fondation du royaume de Champassak et donc de Muang Kao. Mais les vestiges archéologiques trouvés dans les environs du village montrent que le site a été occupé par le culte de Shiva : les yonis et les lingams ont été découverts. Il y a dix ans environ dix-sept statuettes de bouddha en or, en argent et en bronze ont été mises au jour dans les mêmes environs, attestant l’existant de deux couches d’occupation. Mais le pilier du muang ou sak muang renvoie plus à la période de fondation lao tai au début du XVIIIe siècle qu’à la période antérieure : les hô qui sont vénérés aujourd’hui sont ceux de Phravo Phrata, deux personnages historiques venant de Vientiane, qui ont occupé un rôle important dans l’histoire du Laos occidental. 572 Ils auraient résidé un temps à Ban Sak Muang, et après leur mort, les princes seraient devenus des phi protecteurs du muang, leur hô sont implantés dans le monastère du village au bord du Mékong. Ayant commis des actes de révolte et ayant été exécutés par le roi de Vientiane, au moins pour Phrata, leur statut de phi protecteur du muang de Champassak aurait été calé sur le même principe que le Prince Mouy de Vientiane. Mais il est probable aussi qu’il soit calé sur le principe des monarques divinisés. Phravo Phrata étant appartenus à la famille des monarques tai thaèn, qui observent le principe de la divination des Prince après leur mort, leur divination en phi protecteurs aurait alors été coutume. Ho mahésak de Champassak D’après le sens du terme en pali, mahésak vient de mahesakkha qui désigne le grand dévata. Le hô mahésak serait consacré au grand dévata. Le culte du hô mahésak aurait donc été le même culte que le devata luang dont Archaimbault avait suggéré l’existence à Luang Prabang et à Xieng Khouang. En ce cas, le fait qu’il soit ainsi désigné, cela l’aurait placé au-dessus des autres devata et l’aurait confirmé dans sa position comme le plus important hô, le plus important devata du royaume. Si l’esprit du hô mahésak correspond ainsi au culte des Thaèn sous une autre forme, il ne serait donc pas le culte local autochtone, mais de souche lao tai du Nord, introduit avant, ou, avec l’implantation de la dynastie de Vientiane à Champassak vers la fin du XVIIe siècle. L’autel et le culte de phi Mahésak de Champassack –ou du Pou ta “pour les intimes”573– est caractérisé par son côté familial et clanique. Par le simple fait que si nous rencontrons toute personne qui, une fois, allume une paire de bougies, une paire de cierges, pose une paire de fleurs 572 Ils auraient appartenu à la famille des princes du Sip Song Phan Na réfugiés au Lane Xang au XVIIe siècle, gouvernant la région de Sakonakhone. Les descendants seraient plus tard les fondateurs au XIXe siècle de Muang Oubon Rajathani. 573 Les « intimes » ici sont ceux qui avaient des racines familiales dans les villages qui vénère le phi mahésak, en particulier à Ban Phaphine où est siègé le hô. Ma famille est originaire de ce village, et enfant nous appelons l’esprit, Phou ta, qui veut dire arrière grand-père paternel. Pendant longtemps nous pensons que c’est un vrai ancêtre qu’il s’agit. C’est en lisant Archaimbault que nous avons su que phou ta est le phi mahésak de Champassak.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 326 - rouges, offre un verre d’eau et un verre d’alcool, ensembles posés sur un plateau ; ceci, avant de voyager, de passer son examen, de se marier, demandant une guérison, un vœu, etc., nous savons que cette personne est forcément un “ enfant ” du Pou ta de Champassack. Bien que dans sa forme de pratique ce culte provient du culte très général et classique des esprits protecteurs et bien veillants, le culte tel qu’il est pratiqué à Ban Pha Phine-Champassak est lié à un contexte particulier d’un culte antérieur local. Il s’agit de personnage qui semble historique, mais plus probablement mythique. Nous pensons que ce particularisme cultuel exprime un désir d’ancrage géographique et un localisme identitaire d’une partie des populations lao du Sud. Les habitants du village disent que “ Pou ta est le Phra Inta ”, c’est-à-dire, l’esprit de Indra. Indra étant appartenu au panthéon hindouiste, on peux penser que le culte du Pou ta est hindouiste. Mais aucune souche de la pratique hindouiste en tant que telle n’a survécu dans les différentes pratiques religieuses lao. Par contre, il aurait été tout à fait probable qu’un des personnages du panthéon hindouiste, saisi localement, ait pu incarner pour les lao un “ esprit local ” qu’ils auraient vénéré pour confirmer leur ancrage au terroir et leur désir d’appartenir à une identité locale ou de fusionner avec elle. C’est une sorte d’adoption à l’envers : “c’est le nouveau arrivé qui adopte l’autochtone”. Le Pou ta aurait été en fait intégré dans le clan et devenant “ par adoption ” l’un des ancêtres divinisés. Son culte est pratiqué comme un témoignage d’affection, de respect et de crainte envers un illustre membre du clan et du terroir, presque dépourvu de caractère religieux, puisque la population qui le vénère est bouddhiste et pratique ce rite religieux quotidiennement. Les exemples des phi heuane, phi ban, phi muang chez les Lü, une hiérarchisation territoriale De manière générale, le principe de hiérarchisation des esprits protecteurs chez les Lao Tai aurait été altéré. Il subsiste encore mais ne peut être appréhendé de manière intégrale depuis les esprits de la maison jusqu’à les esprits du ban et du muang sur le même site. On peut encore observer des rites concernant les phi heuane des foyers ruraux et dans des familles de souche d’un quelconque village. Mais dans ce même village, on n’y trouve plus de phi ban, et dans le même muang on n’y trouve plus non plus de phi muang. Dans un autre village on peut encore trouver des rites des phi ban et plus du tout des phi heuane dans aucun foyer, ni de phi muang dans lequel le ban s’inscrit. L’étude ne peut donc être réalisée qu’en des lieux indifférenciés. Nous évoquons les traditions lü comme piste possible pour notre étude à l’égard de la question de gestion territoriale, à petite et à grande échelle : dans la tradition lü, le culte des phi heuane, phi ban et phi muang semble plus subsistant et présente aussi des éléments de compréhension moins altérés que chez les autres Lao Tai de la plaine.574 Pour le phi heuane, soulignons que toutes les maisons lü possèdent le symbole du phi heuane présenté à l’entrée des maisons, où dans la maison. Les membres du foyer évoquent souvent les phi du foyer, ce sont dans la majorité des cas les phi parents morts. On n’y manque pas de leur verser un verre d’eau ou un verre d’alcool, de leur présenter des fleurs, des cierges et des bougies quotidiennement. Le plus visible, ce sont les boulettes de riz collées sur les murs, sur les rampes d’escalier. Les Tai Dam font chaque année des grandes fêtes pour nourrir leurs parents et ancêtres morts et toujours après la fête des phi ban. Pour le phi ban, nous avons vu à Botèn, que l’importance du phi protecteur est encore d’actualité (en 2008). Lorsque le village doit être détruit et les habitants déplacés en dehors du territoire qui font l’objet de concession du golden boten city, le phi ban a été d’abord déplacé dans le nouveau site accompagné de rites, avant que le monastère et les villageois ne le suivent. C’est au cours de ce déménagement du hô phi ban que les habitants tentent de “connaître” le nouveau site : le nouveau village sera-t-il prospère, les habitants seront-ils heureux, la terre sera-t-elle riche, les 574 N’ayant pas fait d’enquête approfondie, nous pouvons seulement noter quelques observations à travers les courtes discussions et interview que nous avons pu avoir à Muang Sing, à Botèn et à Bountaï (Luang Namtha, Oudomxay, Phongsaly), des études supplémentaires et approfondies devraient structurer davantage la question.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 327 - phi se sentiront-ils bien, etc.? Toutes ces questions qui semblent tout à fait abstraites trouvent en fait des réponses latentes, du moins une, dans la géomancie. Les habitants nous disent que le nouveau site est mauvais d’après le phi ban : situé sur les deux côtés d’une route de passages denses vers la Chine, dans un terrain trop accidenté, trop loin des rivières, vues trop encaissées. Et le village est soumis à un éventuel éboulement, étant trop proche d’un côté de la pente d’une colline qui a été en occurrence creusée pour faire passer l’emprise de la route. Alors que le vieux village qu’ils doivent quitter présente une situation idyllique : le village est en retrait, relié par un chemin à la grande route. A l’entrée du chemin il y a une mine de sel assez importante ou les villageois y travaillent depuis très longtemps (une carte du début du siècle montre qu’il y avait déjà des mines de sels dans la zone). Une petite rivière passe dans le village, et un ensemble de rizières, de jardins potagers et de vergers l’entourent. Les exemples lü ne démontrent pas une autre forme de culte des phi et des devata. Dans leur conservation hiérarchique –du phi de la maison au phi du ban et au phi du muang– l’organisation de l’autorité des phi protecteurs chez les Lü (mieux conservée) reflétait leur organisation territoriale. Autrefois il aurait été probablement de même chez les autres Lao Tai de la plaine. Mais l’organisation des villages et des villes de ces derniers a plus ou moins perdu cette pratique de base. Si certains villages pratiquent encore le culte du phi ban de manière fragmentée – c’est-à-dire sans le culte du phi muang (notamment le cas de Ban Ilay Nakha), beaucoup ne le pratiquent plus du tout, ni l’un, ni l’autre. Le schéma spatial dessiné successivement par le culte des phi heuane, phi ban et phi muang définit en fait une hiérarchisation spatiale et une circonscription territoriale attachée à chaque phi et reflétant le type de circonscription territoriale et politique de la société du muang tai lü, dans lequel les Tai Lao doivent aussi y trouver leur compte d’une manière ou d’une autre. Les exemples lü semblent montrer l’intégrité de ce qu’avait pu être l’organisation spatio-cultuel de la société du muang des Lao Tai avant son altération. En occurrence, le cas lü montre que ce n’est pas le bouddhisme qui a joué un rôle déterminant dans cette altération, puisque le bouddhisme lü est autant plus pratiqué avec ferveur que ne le sont les autres villages et villes lao de la plaine. Le phi ban à caractère rural, l’exemple de Ban Ilay Nakha Ilay Nakha, situé à une trentaine de kilomètres de Vientiane, est majoritairement de Phouans et aussi de Tai Dam. La fête du hô ban doit a priori avoir un lien avec celle de Xieng Khouang et celle des Tai Dam. Mais ici, les rites qui ont lieu deux fois par an sont axés sur le monde agraire. Le premier appelé lieng Kheun (festivité ou nourriture de la lune montante) est célébré à la fin des récoltes vers le mois de février, troisième jour de la lune croissante. Il est destiné à remercier les génies de la bonne saison et des récoltes fructueuses de l’année. Le deuxième rite, appelé Liang Long (festivité ou nourriture de la lune descendante) est célébré vers le mois de mai, troisième jour de la lune décroissante, durant la période préparative de labourage des rizières. On sollicite les génies du ban pour que l’année soit bénie et riche et que les récoltes soient bonnes. Les deux rites sont dirigés par un mô cham, capable de communiquer avec les esprits. Le hô phi ban est dressé à l’écart du village et les rites sont tenus à l’endroit où est dressé le hô. Très probablement parce qu’il faut que de tels rites soient entrepris en dehors de l’enceinte du village bouddhiste qui rejette l’acte sacrificiel d’animaux. Or effectivement les villageois donnent les uns l’alcool de riz, les autres de la volaille, du cochon pour les préparatifs des nourritures au phi. Il semble clair ici que l’absence de potentat et de stratification politique forte dans la structure sociale villageoise et agraire donne aux rites du hô ban un aspect plus populaire par rapport aux rites dédiés aux génies des ban à Xieng Khouang. Ici, il s’agit probablement du culte du terroir car on invoque les génies de la terre ; à moins que les rites avaient les mêmes origines au départ, mais que dans un contexte agraire, où la vie sociale et économique des habitants est basée sur les activités agricoles, les rites se seraient transformés en cultes des génies du terroir. Et les phi ban seraient aussi, de fait, devenus des phi du terroir.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 328 - Le phi ban de Ban Ilay Nakha est aussi différent des phi protecteurs du centre de Vientiane, du fait de son caractère très lié au terroir et aux activités rurales et agricoles du ban qu’il patronne. Le phi ban habite dans un autel en bois, appelé ho ban, situé à l’écart du village. Selon les habitants, le fait de disposer l’autel à l’écart du village est lié au fait que tout ce qui se dit et se fait ne doit pas être vu et entendu par le phi. Les rites, accompagnés de sacrifices animaux, sont collectifs, les villageois y participent immanquablement sans prosélytisme, comme une festivité. Comme beaucoup de villages qui effectuent ce rite, durant la période du liang ho []P’s=] ou du kam ban [da,[kho], le village est interdit aux personnes étrangères : un symbole confectionné avec du bambou à l’entrée du village marque cet interdit. Dans son ensemble le kam ban à Ilay n’est pas très différent des autres villages qui observent encore ce rite, avec quelques variants près. Sachant que les habitants sont majoritairement originaires de Muang Phouane, ou du moins le village a été fondé par les phouans, il serait probable que les rites étaient imprégnés des rites de Xieng Khouang, étudiés par Archaimbault. Ce qui est essentiel ici, c’est la liaison entre les phi protecteurs et le caractère rural et agricole du culte. Ce qui peut sous-entendre qu’il existerait des phi du terroir, ou garantissant la continuité du terroir. Par ailleurs, à la différence du culte des pieux qui met en valeur les rites du Centre, et, à la différence du culte des ancêtres fondateurs, sorte d’esprits claniques qui assuraient la lignée des gouvernants (culte des thaèn à Xieng Khouang), ou des rites pour l’ancrage de l’identité locale (phi mahésack), ici le phi ban ne vit pas dans le même espace que les villageois qu’ils protègent et ne rentre donc pas directement dans l’organisation sociale et politique du ban. Il serait vraiment attaché à la prospérité agricole et du monde rural. Les implications probables des autels des phi et l’organisation spatiale Les esprits sacrés et leurs autels sont nombreux et de différents types. Nous avons déjà évoqué précédemment les autels des devata et des phi protecteurs, nous tentons ici de comprendre quels schémas symboliques et quels modèles spatiaux peuvent-ils dégager des exemples que nous avons évoqués. Le tiao song ou mô cham, cas de Vientiane La communication entre les esprits et les hommes chez les Lao est une affaire courante. Elle se fait par l’intermédiaire de phou khao song ou de mô cham ou de nang thiam [z6jg0Qk-q’F s,=9EF ok’mP,]. A Vientiane, aujourd’hui les tiao song sont nombreux et très organisés. C’est un réseau cultuel hiérarchisé, constituant une véritable religion avec ses pratiquants, ses adeptes, ses novices et ses maîtres. Il y a aujourd’hui une revivification générale du culte des phi, on peut même dire qu’une structure parallèle au bouddhique revient en force. Les tiao song ainsi que leurs disciples habitent généralement dans les villages en amont de la ville, du côté de Muang Va, Sikhaï, Vat Taï et Khao Lyéo (pour Vientiane). Il est de même dans le sud du Laos : Ban Sak Muang, siège d’un esprit très vénéré, est situé en amont de Pakxé, très en amont de Champassack et de la vieille ville Muang Kao. A Vientiane, chaque année au mois de février,575 les tiao song viennent de tout le pays, mais aussi du pays Issane, de Chiangmai, de Nan, etc., pour effectuer des rituels collectifs. Chaque tiao song qui le désire peut organiser le rituel annuel chez lui. Après avoir reçu l’autorisation du chef spirituel qui l’aide à fixer le jour, le tiao song organisateur peut monter un pham (pavillon rituel) avec le concours du grand tiao song et les autres tiao song et novices. Il y convie les tiao song de la ville et des provinces, parfois il convie même les tiao song des pays étrangers. Le rituel est en fait une grande festivité de libération et de joie organisée pour les phi, une fête où les tiao song dansent, 575 Il semble que le grand culte annuel des esprits partout au Laos a lieu au mois de février. A Champassak par exemple, le culte des phi f’a a lieu également en février. Nous n’avons pas pu approfondir plus le culte phi f’a à Chamapssak, nous savons seulement que si le culte du Pou ta caractérise ban Pha Phine, cela en fait son honneur et le monastère bouddhiste en fait aussi son affaire, le culte des phi f’a semble moins bien vu par la nomenclature du village.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 329 - mangent et boivent à volonté toute la journée accompagné de musiques et de danses rituelles. Au cours du rituel les danses sont rythmées par la danse de sabre autour d’un arbre reconstitué (bananier ?) et garni de fleurs, de cierges, de bougies, de fruits variés, faisant office d’autel. Les danses sont rythmées aussi par le fait que chaque mô cham est habité successivement par différents esprits qui les ont habituellement habités. Chaque fois qu’ils changent d’esprit, ils changent d’habit pour les symboliser. Tout le rituel doit avoir lieu dans le pavillon monté pour la circonstance et peut être regardé librement par les passants et habitants du village, mais il est interdit que ces derniers pénètrent dans l’enceinte du pavillon, si les personnes ne font pas partie de la famille des tiao song. A la fin du rituel, les tiao song peuvent attacher le cordon blanc aux poignets des personnes de l’assistance leur souhaitant la santé et la prospérité. Schéma organisationnel des phi, et ancrage de la structure spatiale. Si le Sangha a toujours eu une organisation très structurée avec une sorte de diocèse hiérarchisée (un vat est dirigé par un vénérable du vat, un muang par un grand vénérable du muang, et ainsi de suite, de la province jusqu’au pays, etc.), cette hiérarchie est axée sur une organisation administrative et ne détermine pas un territoire. Alors que l’organisation du culte des phi f’a semble couvrir l’organisation territoriale de manière très large, dépassant étonnamment les territoires politiques d’un pays. Par exemple, le grand maître actuel de Vientiane qui habite du côté de Sikhaï est plus important que le grand maître qui vit à Chiangmai. Ceci, parce que l’un des plus vénérés, des plus craints et des plus importants esprits aurait choisi de l’habiter ou de communiquer avec les vivants à travers lui. Le tiao song de Vientiane a à peine quarante ans, alors que les autres sont plus âgés. Aujourd’hui, les autorités officielles du Laos accordent plus de libertés aux cultes des phi, il serait même permis d’effectuer une étude plus poussée sur ces cultes. Très liée à l’espace dans le sens où les phi que les tiao song incarnent ont une importance qui couvre chacun un territoire, l’étude de l’organisation hiérarchique et cultuelle des esprits pourrait apporter des éléments de compréhension du point de vue de l’organisation spatiale des régions concernées. Elle pourrait probablement aider à mieux comprendre l’organisation socio spatiale d’une partie du Laos sans le bouddhisme ou parallèle au bouddhisme. Car contrairement à la conception générale, l’organisation sociale du passé ou d’aujourd’hui en dehors du bouddhisme existait et existe toujours. Elle s’organise et se structure aussi bien, avec un ancrage local et territorial plus prononcé que celui du bouddhisme. Malgré l’importance de son imprégnation et de la grande valeur civilisatrice qu’il a apportées au Laos, le bouddhisme s’avère être une importation qui n’a jamais pu enrailler le culte des phi. La pratique spatiale liée au culte provenant du passé et persistant au présent révèlent des archétypes spatiaux certains. Notons d’abord qu’à Vientiane, il y a une concentration forte du culte des phi et des esprits en amont de la ville, maintenu vivant. Son chef spirituel et hiérarchique vit dans cette partie de la ville. Alors que les autres cultes, relégués aux traces de vestiges archéologiques ou substitués par des pratiques ultérieures (notamment le culte du poteau de la ville qui a été bouddhisé, placé au coeur du sanctuaire de Vat Simuang) sont plus en aval de la ville. Dans les autres parties de la ville : points culminants, réseaux souterrains et zones basses, etc., le culte des esprits semble moins présent. Probablement parce qu’il est moins concentré et plus géographiquement éparpillé dans la ville. La répartition cultuelle des esprits dans la ville de Vientiane semble nous révéler deux choses importantes. La première explique que l’amont de la ville compose une unité homogène. La deuxième explicite le fait que l’organisation éparpillée des lieux cultuels des esprits par tout ailleurs dans la ville peut être liée aux contextes plus géographiques du site, et les esprits qui habitent les lieux sont plus mythiques ; alors que l’amont de la ville rassemble des histoires et des personnages plus singulièrement humains. Ces schémas sont-ils révélateurs d’une histoire de constitution spatiale de Vientiane ? Le Tamnan Oulangkhrathat qui fait de Vientiane une implantation bipolaire : avec l’établissement de Khambang en amont, vers Sikhaï et Kaolyo et l’établissement de Burichanh dans la plaine de Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 330 - rizières (du côté de Phonekèng-Hongsèng et de Ban Phay-Nong Chanh ?), s’avèrerait-il plausible ? Si la réponse ne peut être obtenue avec aisance, ces cultes et leurs lieux contemporains permettent de poser ouvertement ces questions. En tous les cas, c’est grâce à la persistance des pratiques spatiales liées aux cultes et sous certains aspects (et non pas grâce aux traces proprement dites), que les symboliques en tant que formateurs de modèles spatiaux se révèlent et nous parviennent. Ceci, en forgeant des modèles d’usage et des pratiques de l’espace, au courant de leur évolution et dans leur organisation, pouvant actualiser certains traits de leurs morphologies. Les pieux de fondation et les lak muang Nous avons vu que les phi muang sont en quelques sortes la mémoire des lak muang, c’est-à-dire ce qui reste des lak muang- et également une certaine mémoire événementielle du muang. Et à son tour les lak muang sont la mémoire des actes de fondations et du pouvoir de ceux qui fondent le muang, c’est-à-dire ce qui reste de l’origine des fondations. De cette idée nous retenons que le lak muang (sa matérialité et son symbolisme) est la mémoire politique et sociale, la matérialité des fondations primitives, qu’elles soient urbaines (lak muang) ou villageoises (lak ban). Une comparaison est à faire avec la pratique des pieux de la société Karen bouddhisée, elle peut apporter quelques éclaircissements à la pratique des pieux des fondations lao. Ce qui se passe pour les Karen est sans doute comparable à ce qui se passe pour les lak ban de certains villages lao dans leur passage du culte des phi au culte bouddhiste, même s’il ne s’agit pas de la même époque, ni de la même symbolique : on ignore si les lak ban des Karen ont la même portée symbolique que celle des lak muang et des autels des phi chez les Lao que nous avons identifié précédemment comme un catalyseur de violence sociale et politique d’une société complexe. Dans son court article «le pieu du chédi vient du pieu de lak ban, dans la culture des Lawa », Sourinh Leualamay576 explique que le pieu de lak ban des Karen Pholuang [3rs];j’] de Ratchbury et de Phetchbury, a reçu l’influence de la culture lawa, les autochtones de l’Ouest. Depuis le règne de Rama Ier, les deux communautés se sont assimilées pour former presque la même communauté. Lorsque les Karen s’implantent quelque part, leurs traditions veuillent qu’ils fixent un pieu lak ban pour marquer le centre religieux où sont localisées toutes les croyances du village et c’est aussi l’endroit où ont lieu les activités collectives. Ce pieu serait assez haut, environ 4 mètres. Lorsque le bouddhisme est adopté par cette communauté, grâce à un moine karen, la fonction et le symbole du pieu ont été changés : il devient le saô chédi [glqkg9fu] “ pieu du chédi ” bouddhique. Ici, le phi et le Boddhi se sont en quelque sorte fusionnés. Le sao hong [glqk3s’] (l’élégant pieu)577 est alors construit devant le chédi selon la culture bouddhiste mône, parce que le moine karen qui a introduit le bouddhisme chez les Karen a vécu auparavant à Muang Thava, une ville majoritairement mône. Après le sao hong, on y plante l’arbre du boddhi et du frangipanier, et enfin on y construit le sala. Cela en constitue dès lors un monastère bouddhiste à la manière karen. Le premier type de vat karen de ce genre se trouve à Ban Phouprou (district Nong Gnapong, province de Phetchburi). Il se développe ensuite à différents endroits : depuis le district Kengkachang Pak Thô jusqu'au district Souanpheung dans la province de Rachatburi. Mais petit à petit les sao chédi de ces vat seront abandonnés ou négligés. Ils ne seront remis au goût du jour que récemment, à travers leur restauration, voire, leur nouvelle réimplantation, avec l’exemple à Souan Pheung, Ban Phong, Katingbon et Ban Bo. Aujourd’hui, la tendance est de changer de pieux. Ces derniers auront nettement un aspect plus ouvragé que les anciens qui ont été remplacés, tel celui de Ban katingbon, réimplanté en 2008. A travers ces exemples, trois éléments peuvent ouvrir des pistes de réflexion sur les pieux de fondation au Laos : 1- nous apprenons que le lak ban (pieu de village) est d’origine lawa avant 576 “Sao chédi ma chak sao lak ban vathanatham Lawa”, Muang Boram Journal Vol 34. N3, July-Sept 2008. L’article est accompagné d’un dessin d’illustration en couleur montrant des individus entrain de planter le pieu Lak Ban. 577 [3s’] Hong, est un oiseau mythique, sorte de phénix. Employé dans le vocabulaire architectural il représente l’élégance et la noblesse des formes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 331 - d’être adopté par les Karen. 2- nous constatons que le lak ban en tant qu’objet de culte ne disparait pas après la conversion au bouddhisme des villages. Au contraire, il acquiert un statut dans le culte bouddhique en devenant le sao chédi, “ pieu du stupa”, un objet autonome avec une désignation propre de sao hong [glqk3s’]. En d’autre terme, il s’est ajouté en tant que nouveau programme dans l’espace bâti religieux bouddhique. 3- ce sao hong construit devant un stupa rappelle les monastères et la tradition bouddhique mône de Thava (Birmanie). Les Môns eux-mêmes, comme les Karens, ont été influencés par les Lawa autochtones dans le culte des lak ban et lorsqu’ils ont assimilés ces derniers, ils ont assimilé et conservé aussi leur tradition des pieux, mais comme éléments qui accompagnent les stupas bouddhiques. En ce cas, ils auraient finalement eu la même réaction puis la même pratique que les Karens, mais à une époque plus reculée. Ces constats nous éclairent sur le fait que c’est une conversion classique au bouddhisme des traditions antérieures. Vraisemblablement les pieux qui représentent à l’origine un culte antérieur ont été adoptés par les communautés (bouddhistes ou non) arrivées postérieurement, qu’elles soient mônes, karennes ou tai. Nous n’avons pas d’exemple de Vat lao avec un pieu qui accompagne le that. Par contre, le cas du pilier Pancasila de That Luang qui marque les cinq préceptes bouddhiques, pourrait être la mémoire de ce pieu et de cette croyance antérieure réappropriée sous une autre forme par les Bouddhistes lao. Nous pouvons penser que l’implantation des pieux dans les villages à des fins cultuels est d’origine aborigène Lawa et Swa, culte et croyance qui va perdurer sous des formes variées chez les communautés installées postérieurement : les Môns et les Tai vont les adopter et les intégrer dans leur culte bouddhique respectif. Le rôle protecteur et de mémoire des fondations de ces pieux demeure et se prolonge même si le contenu est substitué par des croyances nouvelles. Le lak muang de Vat Simuang semble être également un cas de substitution, mais le lingam vénéré comme le lak muang ne peut partager la même origine avec le lak muang dont nous avons évoqué le contenu jusqu’à maintenant. Le lak muang dans le monde tai est le symbole de la divination des monarques Thaèn f’a après leur mort, devenus des devata protecteurs du muang. Et surtout, matériellement les lak muang des Tai n’auraient jamais eu des formes en pierre de la taille du lingam de Vat Simuang, mais plutôt sous forme d’autel, avec reposoir, sans images ou objets de représentation. Les deux histoires qui tentent d’illustrer le lak muang de Simuang ne peuvent se recouper avec le lak muang des Tai : la première évoque l’acte sacrificiel de Dame Si et d’un jeune bonze qui se sont volontairement jetés dans la fosse pour incarner l’esprit du muang ; la deuxième étant une preuve archéologique : le lingam, relevant du culte shivaïte, réfute tout rapprochement avec le culte des phi des Lao Tai.578 Les pieux du Dhamma, les lak tham de Ban Phaylom Le lak tham [s]adma,] (pieux du dharma), à première lecture, fait partie de ce qu’il y a de plus traditionnel d’une fondation religieuse, dont l’objet étant la consolidation dans l’espace des fonds idéologiques du bouddhisme. Le contexte de la fondation du lak tham de Ban Phaylom fait apparaître une particularité idéologique intervenue dans une période donnée de l’histoire du Laos, et ne semble pas représentatif de la tradition religieuse classique. En d’autres termes, il ne s’agit pas seulement ici de pieu des cinq préceptes bouddhistes, ou de pieux en tant que mémoire des anciens cultes aborigènes. Le lak tham fait transparaître la naissance d’un nouvel espace, d’un mode de production des établissements villageois et urbains d’une époque donnée. Situé à 26 km du centre de Vientiane, il occupe une position centrale dans la zone de Ban Houa Xieng (“ village à la tête de la ville ”) anciennement occupé par un ensemble de villages qui ont aujourd’hui disparu. Dans les 578 Le lak muang de Vat Simuang peut être comparé à celui de Khorat ou d’autre ville de la région d’Issane, où des histoires semblables ont été racontées : l’autorité du muang aurait lancé des appels à ceux qui se porteraient volontaires pour devenir l’esprit sacré protecteur du muang. Et lorsque personne ne se propose, il suffit pour un habitant de passer par là, aussitôt on l’attrape et le jete vivant dans la fosse. Fig. 80. Un Autel rituel phi F’a à Ban Khounta-tha. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 332 - années 1950, des ruines de fondations anciennes ont été repérées dans le périmètre qui regroupe Ban Na Nong [okov’], Ban Na Gnan [okpa’], Na Ban Toum [ok[hko86,] et Ban Na ké [okc7]. Dans ce dernier village qui jouxte Ban Phay Lom, des bouddha et des jarres funéraires de petite taille, ont été exhumés, mais nous avons perdu aujourd’hui la trace de leur conservation et n’avons donc pas pu connaître leur origine. Ban Phay Lom est constitué uniquement de Lao Loum, sa particularité c’est sa manière de pratiquer le bouddhisme et l’existence de ses lak tham, un cas unique dans la plaine de Vientiane, du moins s’il en avait pu exister, cette tradition n’a pas été conservée ou a été perdue. Les lak tham sont constitués de cinq pieux en bois disposés aux quatre coins extérieurs du village. Le cinquième est planté dans la cour de la pagode, dans un pavillon d’abri construit à même le sol. Ayant une appellation très générique, chaque lak tham n’a apparemment pas de nom particulier, désignés au gré des situations de leur implantation. Le premier pieu visité est implanté dans l’enceinte du monastère, dans le coin sud-ouest, appelé le “ pieu du dharma du monastère ”. Le deuxième est implanté proche du premier, à une centaine de mètres, sous un ficus, à l’est du village ; le troisième sous un arbre, “ None Kok Som Hong ” (le Sterculia foetida, de la même famille que le cacaoyer) au nord du village ; le quatrième dans un champ à l’ouest du village ; le cinquième, à None Sao-é (sur la bute aux jeunes filles parées), au sud du village. Toutes les implantations sont dégagées et hautes par rapport à la planimétrie des rizières qui entourent le village. Sous chaque pieu est enterrée une fine plaque métallique (étain, argent, or ?) gravée de sutra du dharma. Pour les habitants, en entourant ainsi le village, les pieux protègent le village des phi [zu] et des mauvais esprits. Ils marquent et délimitent l’espace dans lequel il est interdit de pratiquer autre culte que le bouddhisme, en particulier le culte des phi longtemps pratiqué, mais chassé et interdit au village depuis. Les essences de bois utilisées pour fabriquer les pieux sont des mai chik [w,h9yd], shorea obtusa wallich, et mai haï [w,hwI], ficus species generally, plantes hautement symboliques dans l’histoire du bouddhisme. 579 Les pieux sont enfoncés dans le sol à environ 40 cm ou plus, laissant la partie visible à environ 1m ou 1,20m. La forme des quatre pieux est arrondie, à partir de la taille octogonale. La partie supérieure du pieu est entaillée profondément, formant comme une fleur de lotus non éclose. Le cinquième pieu, situé dans le monastère, est le plus important : il est angulaire et entièrement doré. Les habitants du village sont exclusivement bouddhistes, les autres confessions étant interdites. La tradition religieuse donne un rôle essentiel aux lak tham. Une fois l’an, à la plaine lune du sixième mois, un grand rituel, Beuk ban [g[ud[hko] “ libération du village ”, est consacré aux pieux. Chaque habitant confectionne un plateau triangulaire, Kathong Na Ngnoua [dt3m’sohk’q;], réalisé avec les tiges de bananier et rempli de fleures blanches, de bougies, de cierges, de riz noir, de riz rouge, de poissons pourris, de poussons séchés, etc. Réunis à la pagode les plateaux sont bénis collectivement par les moines, ensuite, sont déposés au pied des pieux et encore une fois, bénis par les moines sur place. A la fin des rituels, on tire les fusils en l’air et les coups de tambour sont donnés, symbolisant la chasse aux mauvais esprits, la victoire du dharma. Le rituel est aussi sensé apporter santé et prospérité aux habitants et confirmer de manière spectaculaire leur adhésion au bouddhisme et leur refuse du culte des phi. Il y a cependant une ambigüité : les ingrédients placés sur les plateaux ne sont pas des produits que nous trouvons habituellement dans les offrandes destinées au bouddha, ni aux esprits des parents défunts, mais aux plateaux du culte des phi. Cela 579 Les deux essences de bois appartiennent aux essences utilisées dans les rites religieux. Le Ficus est considéré comme l’arbre qui a abrité Bouddha au moment de sa naissance et de son Eveil. D’après Michel Bizot l’arbre de l’Eveil serait plutôt un Figuier et non un ficus religiosa. Le Shora Obtusa est utilisé pendant la mise au feu de la femme après son accouchement. Dans Thamnan Oulangkhrathat, est évoqué le symbolique de mai Chik [w,h9yd], Shorea obtusa Wallich et mai Haï [w,hwI], Ficus species generally. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 333 - voudrait dire qu’une fois l’an, on appelle les phi pour les nourrir et ensuite, on les chasse pour qu’ils ne viennent pas déranger les habitants tout le long de l’année. Ces phi viennent chercher leur nourriture à la limite du village au pied des poteaux puisqu’ils ne peuvent pas pénétrer dans l’aire délimitée par les pieux du dharma. Ce rituel montre que l’on reconnaît l’existence des phi, mais on ne les tolère pas dans le village. Les pieux peuvent être remplacés lorsqu’ils sont détruits par les termites ou autres intempéries. Un grand rituel sera organisé pour accompagner le moment de retirer l’ancien pieu et au moment d’en remettre un nouveau. Pour les deux pieux nouvellement remplacés vers 2004, la nature symbolique des essences n’a pas été respectée : ils ont été remplacés par des pieux en béton, dont la qualité esthétique ne semble pas importante. En ce qui concerne la vie sociale du village, notamment les mariages, les festivités, les autres pratiques semi-religieuses, les habitudes alimentaires, nous relevons des contraintes que nous ne voyons pas ailleurs chez les Lao Loum. Les futurs époux ou épouses qui viennent d’un autre village savent qu’ils doivent respecter la spécificité religieuse de leur belle famille. Le maître de cérémonie, un sala vat demande autorisation, protection et bénédiction aux lak tham avant d’introduire les futurs époux et épouses étrangers, afin qu’ils puissent trouver santé et prospérité dans la famille et le village d’accueil. Il est interdit de tuer des animaux, domestiques ou autres, dans le périmètre du village délimité par les lak tham [s]adma,], et le jour du Bouddha, il est interdit d’y introduire de la viande. 580 Le rituel de la récolte de riz est autorisé à être fêté à la pagode. La fête des fusées est tolérée seulement lorsqu’il y a des mauvaises récoltes ou lorsqu’il n’y a pas assez d’eau pour la culture. La fête des morts, le Boun kao padap dinh [[6og0Qkxtfa[fyo], est pratiquée normalement en mémoire des parents défunts, mais pas dans un esprit de nourrir les phi. Il est formellement interdit d’avoir dans son jardin et chez soi les autels des esprits et des génies tutélaires, hô phra phoum [s=rtr6,], d’invoquer les esprits des parents, phi po phi mé [zur+ zuc,j] au moment des fêtes ou dans quelconque évènement. D’après les anciens, Ban Phay Lom aurait été fondé il y a 450 ans par Khun Sivongsa, venu de Muang Phouan Noy avec une petite colonie.581 Ils seraient venus à Vientiane pour participer à la construction du That Luang 582 en fournissant des matériaux de construction. Dans l’enceinte du vat, nous y trouvons effectivement des grands blocs de latérite taillés, du même gabarit que les blocs utilisés pour la construction du That Luang. En occurrence, le sol de Ban Phay Lom est constitué de dalles de latérite effrité [fyosok,s,kd7v,]. 583 Il n’est pas impossible que les blocs utilisés pour la construction du That Luang soient en partie taillés ici, comme le rapporte la mémoire du village. Il est, en tout cas, évident qu’il y a un rapport entre le village et le That Luang. Cependant, sachant que That Luang a été bâti par-dessus d’une fondation antérieure, signalé par l’existence de vestiges sous le that, 584 il est probable aussi que ces blocs aient pu appartenir à une 580 A ce sujet, mon informateur me signale, une année après mes enquêtes au village, qu’un accident est arrivé à son amie qui a bravé les interdits : « elle a par omission introduit de la viande dans le village le jour du Bouddha. Des symptômes et des troubles apparaît chez elle. La médecine moderne n’a pas pu diagnostiquer de maladie. Les sages du village et les moines pronostiquent une infraction dans l’espace délimité par les pieux du Dhamma. Une cérémonie de bénédiction a dû être faite pour qu’elle puisse guérir ». 581 Les habitants disent qu’ils viennent de Muang Phouan Noy (petit Muang Phouan). Les personnes intérogées ignorent ce muang de Xieng Khouang. Nous pensons qu’il s’agit de Muang Kham, dans la mesure où ce muang est dirigé par la branche cadette des princes Phouans et il a toujours été secondaire par rapport à Muang Khoun. 582 Au moment des travaux de restauration de That Luang par Fromberteaux, on voit apparaître les blocs de latérites dans le socle des soubassements intermédiaires du Grand That. Ces vestiges mettent en évidence l’existence d’un autre monument antérieur, recouvert par celui de Sethathirat. Cf. « Chronique. Laos – L. Fomberteau : travaux de restauration du Vat Sissaket et du That Luong de Vieng Chan », BEFEO 30/3-4, p. 583-585 ; « Chronique. Laos : restauration du That Luong de Vieng Chan », BEFEO 31/3-4, p. 623-625 ; « Chronique. Laos : restauration du That Luong de Vieng Chan », BEFEO 34/2, p. 771-772. Re cité par Michel Lorrillard in : « Les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao », BEFEO, 2003-2004, 90-91. 583 Par leur qualité stabilisatrice, ce type de terre est aujourd’hui utilisé pour la construction des routes, il constitue la couche la plus importante de la chaussée. 584 Mayouri et Pheuiphanh Ngaosrivathana évoquent également les éléments bâtis anciens antérieurs du That Luang comme des constructions qui auraient fait parti des anciens grands établissements môns et khmers : notamment de la route Fig. 81. Le pieux lak thamDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 334 - époque antérieure. Ce qui voudrait dire que le village existe antérieurement aussi. Cela nous oblige à situer le village au moins au moment de la refondation du That Luang à l’époque de Phothisarat et de Sethathirat, au courant de la première moitié et au milieu du XVIe siècle. A Ban Donnoun, situé au kilomètre 12 entre Vientiane et Ban Phay Lom, nous n’avons pas connaissance d’histoire se rapportant à That Luang, et pourtant nous retrouvons une grande quantité de blocs de latérite semblables. Les villageois les ont récupérés déjà taillés dans les rizières à Dong sang hin [fq’lkh’suo], “ forêt pour confectionner les pierres ”, se trouvant à côté du village, et les ont réutilisés pour la construction du rempart de leur vat au début du XXe siècle. Il est donc probable que cette zone ait été une clairière d’exploitation de latérite, quelle que soit l’époque, mais au moins à l’époque de la refondation du That Luang. Selon ses habitants : « Il y a très longtemps aux origines lointaines, les habitants faisaient des cultes aux phi. Ils faisaient des sacrifices et consultaient les médiums et les sorciers. Il y avait toujours eu des mauvaises récoltes, des maladies et des morts. Le malheur du village serait venu de ce culte des phi ». 585 Le culte évoqué apparaît pour eux comme archaïque, poussé à son paroxysme. « Les sacrifices animaux étaient lourds et pouvaient avoir lieu toute l’année chaque fois qu’il était nécessaire de satisfaire les phi. Cela allait de la volaille jusqu’au bovin. » Dans une société agraire et villageoise vivant de l’élevage et de l’agriculture de subsistance, dont les besoins étaient réduits au strict minimum, les sacrifices animaux auraient appauvri le village et les cultes, abruti ses habitants. Ces derniers auraient alors recherché collectivement un autre appui spirituel. Le culte bouddhique dans lequel ils ont trouvé appui aurait été pratiqué, par la suite, avec une volonté inhabituelle, comme “ le combat du bien contre le mal ”, dont l’objectif étant la destruction complète du culte des Phi. La pratique du bouddhisme marquée par les pieux lak tham aurait donc été instituée dans le contexte d’un renouvellement, que les habitants associent à la création du village lui-même. Or tout porte à croire que la zone concernée a été habitée bien avant la refondation du village et bien avant sa conversion au bouddhisme. Pour la mémoire orale, le lak tham a été instauré en même temps que le village il y a 450 ans. Mais cette mémoire remonte seulement à trois générations de maîtres de cérémonie. Au-delà de trois générations la mémoire devient imprécise et il y a peu d’information sur les pieux. Le plus ancien maître de cérémonie parmi les trois est Gnapô Lak Kham [pkr+s]ad7e]. Il s’est occupé des pieux au début du XXe siècle. Le deuxième est Gnapô Bouadèng [pkr+[q;cf’], maître de cérémonie dans les années 1940-1950. Une grande cérémonie de rappel à la protection du dharma a été réalisée durant son exercice.586 Le dernier est Pôtou Lieng. Celui-ci a remplacé les deux des cinq pieux de bois par les pieux en béton. Chaque génération a renouvelé le rituel, soit par un rituel de “ rappel du grand dharma ” soit par le remplacement des pieux délabrés, soit les deux rituels à la fois. Dans tous les cas, les entretiens laissent transparaître chez les maîtres de cérémonie des fortes personnalités possédant un savoir et venus de l’extérieur du village. Cependant le dernier maître de cérémonie est appelé Pôtou [r+86h] “ vieux père ”, sans connotation de personnalité lettrée, alors que les autres se nomment Gnapô [pkr+], “ vénérable père ” avec une connotation nette de personnalité instruite. Y a-t-il ici la mise en évidence d’une dégénérescence, d’un appauvrissement du savoir dans la manière de perpétuer le rituel : Pôtou Lieng, en remplaçant les pieux en bois par les pieux en béton, méconnait-il l’aspect symbolique des essences de bois utilisés. Il est probable aussi que les villageois aient pu perpétuer une mémoire qui n’est pas la leur, mais appartenant à ceux qui étaient là avant eux, qu’ils auraient convertis et avec lesquels ils auraient été mélangés. Ces derniers n’auraient pas été bouddhistes ou auraient entretenu impériale d’Angkor, in : « Ancient Luang Prabang, Vientiane, Môn, Realm and the angkor impérial road », texte annexé à l’ouvrage des deux auteurs : Enduring Sacred Lanscape of Naga, Ed. Silkworm Book/ Mekong Press, Chiangmai, 2009. 585 Il semble que les anciens du village ne savent pas non plus de quel culte précisément il s’agit : le Laos ayant beaucoup de cultes des phi, il peut s’agir ici de tous les cultes non bouddhistes possibles. 586 Potou Xay avec qui nous avons un entretien était enfant lorsque Gnapo Bouadèng organise le grand rituel, et se souvient que « c’était comme si on menait une guerre contre les démons. C’était aussi une grande fête. »Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 335 - parallèlement un autre culte. En ce qui concerne les Phouans, il est quasi certain qu’ils sont bouddhistes avant et après leur installation dans le village, puisque le motif de leur venue à Vientiane est lié à cette dévotion religieuse. En ce cas, les Phouans n’auraient pas fondé le village, que ce soit au moment de leur arrivé il y a 450 ans ou après, mais l’auraient refondé sur de l’existant. Refondation qu’ils considèrent volontairement aujourd’hui comme une fondation, parce qu’ils se réfèrent à la conversion du village comme une renaissance, accompagnée d’un marquage spatial et spirituel du lak tham. Nous ne pouvons cependant situer de manière précise cette période de conversion. Nous pensons que c’est au moment de l’installation des Phouans dans le village ou peu après. C’est notre première hypothèse. Notre deuxième hypothèse est de penser que la mémoire du culte des phi est aussi la leur parallèlement au culte bouddhique, qui connaît un certain relâchement après leur installation dans le village au contact avec les autochtones. Rappelons que les Phouns, qu’ils soient à Xieng Khouang ou ailleurs pratiquent le bouddhisme parallèlement au culte des phi devata. Il se peut qu’à un moment donné ce culte ait pu prendre le dessus, qu’il aurait fallu recadrer. Le combat qu’ils mènent contre le culte des phi dans le contexte de Ban Phay Lom et leur ferme volonté d’asseoir un bouddhisme “ radical ” seraient une réaction contre “ l’asservissement ” du culte des phi. En ce cas, nous pouvons parler d’un contexte de renouveau spirituel localisé qui illustre le cadre plus général du renouveau, exprimé dans la politique de Phothisarat et de Sethathirat à la même époque. Dans le cas de Ban Phaylom, bien que le lak Tham relève clairement le renouvellement et l’affirmation du bouddhisme dans l’espace de l’habitat à une époque donnée, il est également évident que sa forme matérielle de symbolisation provient d’un archétype, des traditions primitives des pieux cultuels. Les pieux de fondation –ici cultuels– constituaient préalablement déjà un modèle spatial que le bouddhisme s’était par la suite approprié et intégré dans son corpus symbolique. Les pieux sont-ils sacrificiels ou shivaïtes ? Si nous devons traduire “ pieux de fondation ” par lak muang, les lak muang pour les Lao Tai correspondent au culte du Thaèn F’a pré-bouddhique –les monarques ancestraux divinisés, comme nous l’avons déjà souligné. Quant aux pieux proprement dits –que nous abordons ici, ils appartiennent aux cultes primitifs, proto-indochinois, pré-bouddhistes, que les lao avaient adopté (pour certaines formes de pieux sacrificiels) ou côtoyé (pour les pieux hindouistes du culte shivaïte) durant leur glissement vers le Sud, avant qu’ils ne soient convertis au bouddhisme ou simultanément à leur glissement et à leur conversion. Au Laos, on peut trouver plusieurs types de pieux. Ils se distinguent d’abord par leur morphologie et leur matériau –essentiellement en bois et en pierre, ensuite par leurs types d’emplacement, disposés à décrire, à définir et à délimiter l’espace. Leur mode cultuel et la symbolique qu’ils dégagent peuvent être différenciés. Les pieux en bois auraient appartenu aux cultes très anciens des Tai et se seraient rapproché du symbolisme de l’arbre cosmique. « Le symbole d’une montagne, d’un Arbre ou d’un Pilier situé au Centre du Monde, est extrêmement répandu.» (M. Eliade) Tandis que les grands piliers en pierre de fondation –tel le lak muang de Vat Simuang (toujours très vénéré de nos jours), est considéré comme le pilier sacré et sacrificiel de la fondation de la ville, du moins pour le cas de Vientiane et de Khorat. A Vientiane cette considération tente de se justifier par l’histoire de Dame Si et du jeune bonze qui auraient été sacrifiés au poteau de la ville pour incarner les esprits sacrés et protecteurs.587 Mais les archéologues et les historiens s’accordent sur une autre interprétation : le pilier de Simuang est un lingam consacré au culte shivaïte.588 On voit ici que deux cultes se disputent la propriété de ce vestige : l’un sacrificiel et l’autre dédié au dieu Shiva ; cela montre un premier degré de syncrétisme et explicite le fait que les territoires du Laos (urbains ou non) est une sédimentation de cultures et de souches de populations différenciées. Cela révèle également que les différentes 587 Le sacrifice de Dame Si et du bonzillon au poteau de la ville à Simuang. Cf. Chayphet Sayarath, Vientiane, itinéraire du patrimoine, Atelier du Patrimoine-IRU, Vientiane, 2003, document en trois langues : lao, français, anglais, 70 pp. 588 D’après Viengkéo Souksavatdy, archéologue.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 336 - traditions des poteaux, dans leur forme, peuvent être similaires, bien que leur contenu cultuel puissent être différent. Cela serait un archétype cultuel assez répandu et commun à beaucoup de peuples. Toujours est-il, le pilier de Vat Simuang dont l’implantation se trouve dans le quartier Sud en aval du rempart intérieur a été consacré comme étant le pilier de la ville. Il acquiert une importance telle que le schéma symbolique ancien de Vientiane se retrouve incarné entièrement par lui, négligeant la partie amont où pourtant, depuis le Hô Kham jusqu’à Kaolyo, de nombreux autels des esprits protecteurs avaient été dressés et des cultes y avaient été consacrés chaque année. La découverte de nombreuses bornes et de bay séma en pierre sous la rue adjacente de Vat Simuang au courant de l’année 2009 a été conclue comme faisant partie intégrante des objets auxiliaires au poteau de fondation du muang, alors que les factures matérielles et la destination de leur fonction semblent exprimer autres faits aussi.589 A cette conclusion, un monument officiel est en construction pour consacrer ce pilier. A tort ou à raison, le souci de “ vérité ” importe peu, c’est le sens et l’importance que l’on donne aujourd’hui au fait que la ville a connu un acte de fondation, et quelle serait le sens de “ le fait de fonder ” dans l’organisation du centre urbain d’aujourd’hui. A cette question, des éléments de discussion seront proposés dans la suite de notre recherche. Le Cas du lak muang et du lak ban chez les Lü à Muang Sing et à Ban Na Vay : s’agit-il de la mémorisation de leur propre fondation, des pieux du phi protecteur ou d’un signe d’inscription territoriale du pouvoir ? Comme nous avons pu le constater, la pratique des lak muang et des lak ban chez les Lao Tai ont beaucoup été altéré. Alors que le cas des implantations lü nous permet de suggérer qu’il y a une permanence des espaces hérités, malgré les changements. A Ban Navay, le pieu a été réinstallé. Il est en dur, monté sur un reposoir bloqué dans une dalle en béton en forme carrée. La situation physique de son implantation est fort curieuse. Il y a comme une volonté de moderniser le pieu. La plate-forme carrée est placée parmi les maisons des habitants, sans disposition particulière. Le pieu semble simplement indiquer le moment de la fondation du village. C’est en fait une sorte de mémorisation de ce village, sa construction et l’implantation de ses habitants à un moment donné et dans un réseau de territoire donné. C’est un marqueur temporel et spatial. Dans ce type d’usage, il est probable aussi qu’au moment de son implantation le pieu puisse indiquer l’identité du village et de ses habitants par rapport aux autres communautés d’ethnicité différente. A Botèn les mauvaises conditions du déplacement du village (site d’implantation du nouveau village dans lequel la population devait désormais vivre) mettent en évidence que le lak ban et l’autel du phi ban requièrent toute leur importance et tout leur sens : dans de telle mauvaise condition, les habitants ont besoin de protection pour pouvoir vivre et prospérer dans le nouveau village. Les habitants demandent aux esprits si le nouveau site est propice. La réponse aurait été que beaucoup de problèmes existent pour fonder un village prospère. Mais obligés de toute façon de quitter l’ancien village, on exige alors des esprits plus de protections et d’accompagnement. Les esprits et le symbole du pieu se réactualisent ainsi dans un contexte nouveau comme un élément rassurant face à l’inconnu. La vivification en ce cas des lak ban se substitue à l’absence de l’autorité politique moderne et défenseur de l’intérêt des habitants qu’aurait été l’autorité provinciale et l’État face à la concession du golden Botèn city. A Muang Sing, le pieu du muang aurait été implanté dans un des îlots centraux de la cité.590 Il aurait marqué l’esprit protecteur du muang formé par la divinisation des monarques thaèn après 589 Cf. Michel Lorrillard, « Vientiane au regard de l’archéologie », pp 51-75, in : Vientiane architecture d’une capitale : traces, formes, structures, projets, les Cahiers de l’Ipraus, éd. Les Recherches/Ipraus, Paris, 2010. 590 Ayant été enlevé au début des années 1960 lorsque la ville fut libérée par le PPRL, nous n’avons pas pu effectuer des observations. L’interdiction du culte de ces pieux après la libération de Muang Sing en 1962, avait-elle un lien avec les deux conceptions symboliques des pieux ? Mise à part le côté supersticieux critiqué par l’autorité révolutionnaire, aucun discours ni document ne mentionne le fait que le culte a été interdit parce qu’il est lié au pouvoir ancien des Chao F’a divinisés.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 337 - leur mort, comme nous l’avons déjà souligné pour Luang Prabang et Xieng Khouang. Mais c’est aussi un marquage territorial et politique du muang. Du point de vue territorial, dans la citadelle de Muang Sing les pieux auraient indiqué le fait que l’on est à l’intérieur d’un xieng, une cité et non un village. Du point de vue politique, les pieux auraient indiqué le fait que ce sont les Chao F’a qui régnaient ici et leur esprit divinisé y était présent pour marquer et protéger la cité. Dans tous les cas de figure, que ce soit dans le culte animiste, shivaïte, bouddhiste, remarquons que le rituel du poteau est « la variante la plus répandue du symbolisme du Centre (c’est) l’arbre cosmique qui se retrouve au milieu de l’Univers et qui soutient comme un axe les trois mondes. L’Inde védique, la Chine anciennes, la mythologie germanique aussi bien que les religions ‘primitives’ connaissent, sous différentes formes, cet arbre Cosmique (…) ». Comme le souligne ici Mircea Eliade, il semble que le culte des poteaux vient du symbolisme de la centralité consacrant une fondation, un pouvoir. Les poteaux rituels et sacrificiels pratiqués au Laos, voire le poteau de consécration de la maison, auraient aussi fait partie du “ rite du Centre ”. Il rejoint alors l’arbre cosmique, le centre cosmique et vital du monde et de l’univers. Ces croyances étaient très répandues en Inde et en Asie du Sud-Est. Même s’il est utilisé par le rituel bouddhique comme c’est le cas du poteau en bois du dharma de Ban Phaylom, il n’est pas véhiculé par le bouddhisme, mais par les traditions plus anciennes du culte du Centre pratiquées de manière variable à différents endroits. II. II. d. La conception et la tradition foncière d’après le droit coutumier Dans le Khamphi Phosarat et Sangkrapakone du droit coutumier591 un certain nombre d’articles donne un premier aperçu de la conception traditionnelle du foncier. Nous allons examiner le chapitre III, codes portant l’habitat, le jardin et la rizière. - Il est stipulé que : « Tous les territoires de la cité des dieux appartiennent au souverain qui donne au peuple le droit de les habiter, ils ne lui appartiennent point ». Le texte met en évidence le statut global des sols qui appartiennent juridiquement au pouvoir royal. Mais nous verrons qu’il en est autrement dans la pratique. D’après cet article, la définition de la tenue foncière serait évidente, si d’autres articles ne venaient par la suite la rendre plus complexe, en fixant des conditions de jouissance qui la rend ostentatoire et apporte des nuances à la définition de la notion de propriété cidessus décrite. - Il est stipulé pour l’intégrité de la propriété privée que : « (2.) Celui qui abandonne sa terre perd la jouissance de ses droits. Le nouvel occupant récupère les droits s’il construit et exploite la terre en question ; Par contre, lorsqu’il a clôturé sa terre avant de partir ailleurs il est considéré qu’il ne l’a pas abandonnée. En ce cas lorsqu’il revient, il faut lui rendre ses biens. (2-1.) Lorsque son absence dure jusqu’à 9-10 ans, il convient aux autorités d’attribuer la terre à ceux qui ne trouvent pas d’habitation, car il ne faut pas laisser la terre vacante et inexploitée. (2-1-1.) Et lorsque la terre en question possède des richesses (arbres fruitiers) et lorsque la terre est bien remblayée devenant une terre exondée, le nouvel occupant, auquel l’autorité a attribué (provisoirement) la terre, doit payer à l’ancien occupant absent, pour les produits et les frais de remblaiement dont il a la jouissance. (2-2.) En tous les cas, il est interdit de vendre la terre en question. » - Il est stipulé pour les prêts et les dons que : « (1.) Lorsqu’une personne prête ses terres à quelqu’un ou autorise de son propre chef quelqu’un à 591 Kotmai bouran lao [dqfs,kp[6Iko]k;], le droit coutumier a été annoté et publié en sept fascicules en Lao moderne par Samlith Bouasisavath avec le soutien de la Fondation Toyota (Vientiane, 1995). Le texte d’origine en Tham, sur feuille de latanier, serait écrit au XVIIe siècle à Vientiane, le nom de son auteur n’est pas mentionné.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 338 - habiter sur ses terres, quelques années après lorsqu’ils sont en conflit, il faut simplement faire partir l’emprunteur et récupérer la terre à l’amiable sans pouvoir porter plainte. (1-1.) Lorsque l’emprunteur y construit une maison sur pilotis pour y habiter et lorsque le prêteur l’autorise à construire une clôture délimitant la parcelle, deux ou trois ans après la parcelle lui appartient pour la jouissance. (1-1-1.) Lorsque l’emprunteur veut quitter la parcelle il peut vendre la maison mais en aucun cas la parcelle, celle-ci retourne de droit au prêteur. (1-1-2.) L’emprunteur ne peut pas non plus la transmettre à ses descendants, ni à qui que ce soit car il peut seulement y habiter. A défaut, le bien retourne au prêteur. (1-2.) Lorsque l’emprunteur construit une maison sur pilotis dans la parcelle, mais n’a pas construit une clôture délimitant la parcelle, il n’a aucun droit sur la parcelle. Les trois points constituent une sorte de préambule, viennent ensuite douze articles donnants des précisions sur le domaine des sols. Article 1, portant les sols en dehors de la cité. Il est stipulé que : « ils ne peuvent être vendus ou achetés ; ils ne peuvent être laissés en friche en vue de spéculation ; les autorités compétentes (chef de village, chef de district, gouverneur, chef des impôts) doivent les gérer de sorte que les terres soient habitées. Lorsqu’une personne récupère une terre qui est en mauvais état en dehors de la ville, l’exploite et y fait des rizières et des jardins, il sera exempté de taxe pendant un an, après un an, il sera taxé normalement. » Article 2, portant la transmission des terres : « lorsque la personne qui exploite les petits bois d’héritage meurt, les biens reviennent à ses descendants. Lorsqu’une autre personne vient y occuper et exploiter elle paiera une amende pour usurpation d’héritage de 1 lat592 et rendra les biens à la famille du défunt. » Article 3, portant le don des terres : « une personne peut faire don d’un habitat à une autre personne en présence de témoins. Lorsque celui qui reçoit les biens meurt celui qui donne peut les récupérer. La famille du défunt ne peut pas les réclamer. Si le donateur et le receveur meurent tous deux la famille du donateur ne peut pas les réclamer non plus. » Article 4, portant le don des terres agricoles : « les forêts, les jardins, les rizières, les mares, les étangs qui ont été donnés en exploitation peuvent être récupérés par le donnateur seulement en deça de trois ans. Au-delà de trois ans, les biens reviennent de droit au receveur afin de poursuivre son exploitation. Par contre s’il ne les exploite pas, s’il veut les vendre, les hypothéquer, ou les transmettre à ses descendants, il ne le peut. Les biens reviennent au donateur de départ. » Article 5, portant les baux : « lorsqu’on loue une maison à un locataire de un à deux ans il incombe au propriétaire de réclamer lui-même les frais de location, si durant une à deux années ce dernier néglige de les réclamer, au de-là de trois années les frais de location seront réduits de moitié et les biens loués continuent à être loués au locataire. » Article 6, portant les baux des terres agricoles : « dans le cas où un locataire loue une terre agricole et règle tous les frais de location au propriétaire, lorsque la saison agricole arrive et qu’il ne cultive toujours pas mais sous-loue à une autre personne, il est convenu de lui réclamer les frais de location en plus.593 Dans le cas où il n’y a pas de pluie empêchant le locataire de cultiver, ce dernier ne peut pas rendre ou annuler le bail. Il attendra les saisons prochaines, car les rizières dépendent de la pluie et ne dépendent pas du propriétaire. » Article 7, portant le respect du bail : « lorsqu’il est établi entre locataire et propriétaire un contrat 592 Le Lat []kf] est une des monnaies utilisées jusqu’au XIXe siècle. Cf. E. Aymonier, Le Laos Siamois. 593 « Il est convenu de lui réclamer les frais de location en plus ». Il y a une incertitude dans la compréhension de cette phrase, due à la transcription. Ce serait l’autorité publique qui en réclame ou plutôt le propriétaire ?Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 339 - en bonne et du forme stipulant que le propriétaire fournira avec le bail des objets ou autres biens utilitaires, dans le cas où le contrat n’a pas été honoré : c’est-à-dire les objets et les biens utilitaires n’ont pas été donnés comme prévu par le propriétaire au locataire, ce dernier peut réclamer le double de la valeur des objets non honorés en guise d’amande mais le paiement des frais de location ne sera pas remis en question. » Article 8, portant hypothèque des terres : « les terres hypothéquées en deça de dix ans peuvent être récupérées par le propriétaire selon les conditions fixées par les deux parties. Au-delà de dix ans, le propriétaire perd le droit de récupérer ses biens. » Article 9, portant usurpation des biens : « lorsque les biens vendus ont été prouvés qu’ils n’appartiennent pas au vendeur. Les biens seront rendus à son vrai propriétaire et l’argent de la vente sera repris au vendeur. » Article 10, portant les termes du contrat : « un acheteur en achetant une terre promis dans le contrat à son propriétaire d’y cultiver qu’une année ou deux. Au-delà lorsque l’ancien propriétaire désire exploiter la terre le nouveau propriétaire ne peut pas le refuser, car si le contrat le fixe ainsi le nouveau propriétaire doit respecter les termes du contrat » Article 11, portant les personnes compétentes : « les personnes compétentes devant lesquelles la population doit porter les affaires et litiges sont les naï nam na, 594 les responsables des impôts, les administrateurs et chefs du canton. » Article 12, portant les dons royaux : « lorsque le roi fait don à ses sujets, qu’il s’agit des habits, des bétails, de l’argent et de l’or, des impôts,595 des jardins et autres biens, personne ne peut remettre en question les dons royaux. Les individus bénéficiaires jouissent pleinement de leurs droits ainsi que leurs descendants. Si les biens ont été délaissés celui qui en prend soin ne peut être mis en faute, mais les biens restent appartenus aux bénéficiaires. » Dans Khamphi Rajasat du droit coutumier, on retrouve un article se rapportant à la terre et à la propriété. L’article portant le débordement de branchages au-delà des limites de la parcelle stipule que : « pour les arbres plantés dans une propriété, donnant des fruits et ayant des branchages proliférants, lorsque leurs fruits tombent hors du terrain sur lequel ils sont plantés, celui qui les ramasse commet un tort. Pour les arbres poussant sur un terrain n’appartenant à personne, lorsque leurs fruits tombent dans une propriété, les fruits appartiennent au propriétaire de la parcelle. Lorsqu’ils tombent dans le terrain de personne, les fruits appartiennent au Phraya».596 Cet article met en évidence la jouissance de la propriété privée, alors que la propriété publique est partiellement indiquée. Celle-ci est masquée par le terme Phraya qui peut désigner aussi bien le roi, le seigneur ou l’administrateur local qui le représente, qu’un ministre dans le système administratif lao ancien. Par extension, il désigne l’autorité publique. Dans le texte, il s’agit sans aucun doute de l’autorité publique, qui, dans le contexte lao, est à prendre dans le sens le plus primitif. L’autorité publique est en fait à la fois l’entité politique, éminente et légitime telle que l’autorité royale et tout ce qui la représente où qui lui est lié, et l’entité administrative qui gère les affaires publiques et qui exerce sa souveraineté, directe et indirecte, sur tout ce qui ne relève pas du domaine privé, autrement dit les espaces vides, non défrichés, souvent qualifiés de Dinh Heuâ [fuogINv]. 597 Ce terme désigne non seulement “ l’état sauvage du sol ” mais également son statut 594 Textuellement Naï nam na [okpoeok] signifie “ chef chargé de faire le suivi des rizières ”. Nous ne sommes pas certains de ce que pouvait représenter cette fonction. Il est probable, comme son nom l’indique, que ce soit la personne en charge d’enregistrer et de suivre l’évolution des rizières, sans doute de connaître leur taille, leurs activités, leur statut foncier. 595 Ici il peut sans doute s’agir de deux choses : 1-la jouissance du droit de fermage que le roi aurait accordé à certains de ses sujets. 2-le roi aurait accordé à certains de ses sujets le droit de ne pas être prélévés d’impôts et de taxes. 596 [ritpk] Phraya est un titre nobilière mais également une fonction publique équivaut le rang de ministre dans le système administratif lao. Ici il faut le comprendre comme une fonction publique. 597 [fyogINv : fyomuJIqdgINv 0kfdkof6c] s]n fyomuJ[+wfh4ndla[-jk;], sol sauvage ou sol qui retourne à l’état sauvage. Au sens primitif il désigne le sol sauvage mais également le sol non-défriché, sans exploitant : lorsqu’une terre est laissée à l’abandon auDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 340 - foncier sans exploitant (sans propriétaire). Le texte met par ailleurs en évidence la notion de limite entre les différentes parcelles ; entre les parcelles privées et les parcelles publiques et/ou non défrichées. Dans le droit coutumier, d’après les trois points du préambule, les 12 articles et celui qui porte sur le dépassement des branchages, que nous venons de noter, nous remarquons que la question de propriété est aléatoire et qu’il est possible de perdre la jouissance de ses droits dans de multiples conditions, même si des nuances doivent être notées selon les types de terre considérés. Nous remarquons justement que la nature des terres et la mise en clôture font partie de ces conditions. Ainsi, un terrain bâti et un terrain agricole ne seront pas soumis aux mêmes conditions. Ce qu’il faut retenir en premier, c’est le caractère heuâ [gINv] des terrains. Il est évident que dans un pays tropical –autrefois plus qu’aujourd’hui– une terre non exploitée pendant trois ans redevient vite à l’état sauvage. Il en sera autrement pour les terrains bâtis : le caractère heuâ sera nuancé et dépendra alors de l’état de conservation de la maison. Cela signifie que même si un terrain est envahi par de la végétation après quelques années d’abandon, tant que les pilotis des habitations tiennent debout, il ne peut être classé comme heuâ. Sans doute, si les pilotis tombent pourrait-on considérer le terrain comme heuâ et dont potentiellement libre pour une nouvelle occupation.598 C’est en ce sens que la culture foncière lao rejette la notion de propriété privée inaliénable des sols et adopte l’idée que le droit d’usage est lié à l’acte d’exploitation effectif, seules conditions assurant un accès à la jouissance de la terre. A contrario, l’inaliénabilité de la propriété relève de l’autorité, c’est-à-dire du roi, “ propriétaire des vies et des terres ” 599 [g9Qk-u;yf, g9Qkczjofuo], dont le pouvoir éminent est investi par le sacré et l’intemporel. Il y a sans doute une concordance entre la fonction sacrée du monarque, propriétaire des vies et des terres, et la fonction sacrée de la terre à travers le culte de Nang Thôrani. 600 En fin de compte, en reliant le droit de jouissance des terres à leur occupation –qu’il s’agisse de l’habiter ou de l’exploiter– les Lao reconnaissent les terres comme les biens éminents du roi, “ propriétaire, mais aussi, protecteur des vies et des terres ”. 601 A l’instar du pouvoir royal et dans le prolongement de cette conception traditionnelle du foncier, aujourd’hui l’État en tant que personne publique s’est substitué au Phraya. Mais sa souveraineté est légitimée, non pas par le droit sacré, mais par un processus complexe de représentation, par et pour le peuple en la personne morale du parti. L’Etat fusionne en quelques sortes avec le parti pour former le pouvoir public. Quel que soit le régime –ancien ou nouveau– la notion de propriété privée individuelle inaliénable est ostentatoire, voire inexistante, même si par les actes d’occupation et d’exploitation, l’occupant jouit incontestablement du droit d’usage et d’action du sol qu’il occupe. Le terme pour désigner ce qui relève de la tenue demeure le même depuis des siècles, du moins depuis la rédaction du droit coutumier. Nous parlons aujourd’hui en termes juridiques du “ droit d’agir sur le sol ” [da,,tlyf] 602 au sens littéral du “ droit d’usage du sol ” et non de propriété. Le droit foncier d’aujourd’hui “ modernisé ” ne mentionne à aucun moment la terminologie “ propriété ”. Nous bout de trois ans –une terre agricole qui n’est pas cultivée par exemple (à l’exception des terres laissées en jachère)– devient dinh heua, sans exploitant, et donc, libre de toute occupant et peut être défrichée par un nouveau venu. 598 Cette question a été évoquée en 1970 par Georges Condominas, Inpeng Souryadhay et Christian Taillard, in. « La propriété foncière selon les traditions coutumières au Laos », Revue juridique et politique indépendance et coopération, Paris, 1970 N°4, pp. 1215-1222. Les auteurs ont basé leur étude sur les anciens codes annotés par Phouvong Phimmasone, in le BEFEO. Ce dernier élaborait ses études à partir d’un manuscrit ancien, sans doute un des livrets du Kot mai bouran lao. Et il s’agit sans doute dans ce livre, non pas d’une compilation de codes généraux, mais de cas de jurisprudence. 599 g9Qk [gxaog9Qkcsj’8qo G gxaookp8qogv’F gxaovylt]t ] chao ou tiao, maître, souverain, -u;yf [Sk. jivata, Pl. jivitam, 7;k,gxao16JF -u;yf]F existence, ce qui est. g9Qk-u;yfF gxaog9Qk0v’vaomuJgxao16JD Chao sivit désigne alors propriétaire de ce qui est, propriétaire de la vie ; phaèn dinh [czjofuo], terre, territoire. Chao phen dinh : propriétaire des territoires. Chao phaèn dinh : le souverain. 600 Dharani (Sk), sol, déesse de la terre. Nang Thôrani [ok’m=itou], l’esprit de la terre, de l’esprit tutélaire. 601 Cette idée n’est sans doute pas étrangère à la définition du statut des rois lao dont l’origine dynastique était à la fois militaire et religieuse, historiquement fondée par F’a-Ngoum au milieu du XIVe siècle. Elle s’appuie d’abord sur un pouvoir guerrier consolidé par la suite par un pouvoir sacré. 602 [da,,t], Karma (Sk), Khamma (Pl), action ; [lyfmy] (Pl. Sk), siddhi, droit. Khammasiddhi [da,,tlyf], droit d’action.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 341 - lisons dans l’article 3, portant le droit d’action du sol mis en application en 2001, « le sol de la République Démocratique Populaire Lao appartient à la communauté nationale […], l’État l’administre de manière centralisée […] et donne aux personnes, aux familles et aux institutions […] le droit de l’utiliser […] et aux étrangers le droit de le louer ». 603 Le texte montre qu’il y a une persistance terminologique du droit traditionnel dans la gestion du sol et dans le droit foncier d’aujourd’hui. II. II. d. 1. La nature et la fonction des sols, le statut foncier Il est intéressant de comprendre comment les types de sols, qui sont liés aux usages et aux interventions humaines –qu’elles soient religieuses ou profanes, ont été définis dans leur fonction, qui sont de l’ordre de quatre : celles déterminant le statut foncier, celles ayant des incidences sur le domaine du bâti, celles marquées par les croyances des sociétés, celles relatives à l’économie et à la production. Les deux définitions, dinh heuâ et dinh sap sao [fyogInHvF fyola[-jk;] 604 “ sol retourné à l’état sauvage” et “sol défriché ” n’ont pas d’incidence directe sur l’évolution du bâti, ni sur les croyances, mais relève du domaine juridique. A l’opposé de dinh heuâ [fyogInNv], le terme dinh sap sao [fyola[-jk;] désigne du point de vue juridique, un sol défriché qui appartient de plein droit à celui qui le défriche. Ce statut juridique est en même temps descriptif : un terrain défriché, signifie surtout un terrain ayant un occupant qui possède le droit d’usage, visiblement débroussaillé, voire désherbé. Son aspect sap sao semble précéder la mise en clôture pour marquer le périmètre du droit d’usage sur un terrain. De ce point de vue, son statut juridique est donc lié à son aspect physique et à son utilisation. Dinh haeng pheun [fyoIJk’rNo],605 terme technique relatif à l’agriculture et à la géologie, désignent les “ sols qui ne retiennent pas l’eau ”, dont inexploitable sur le plan agricole. Ce terme est utilisé aussi dans d’autre domaine, par exemple dans la description parcellaire des terrains bâtis, ce qui pourrait signifier que ce type de terrain –non-cultivable– est destiné uniquement à la construction. Pour l’habitation, il n’y a pas d’exemple de construction utilisant ce type de sol, puisque l’habitation lao doit être entourée de verdure et donc exige un sol riche et propice pour les activités agricoles. Il est donc exclu que dinh haeng pheun soit utilisé habituellement pour construire l’habitation. Pour les ensembles urbains, nous n’y trouvons pas non plus d’exemple. Par contre, nous avons trouvé quelques sites et monuments isolés utilisant ce type de sol pour leur édification : le site de That Luang et le site archéologique de Dane Soung notamment. Nous pouvons sans doute suggérer que dinh haeng pheun peut être destiné à la construction de grands monuments ou de sites à fréquentation publique. L’étude d’autres exemples de sites monumentaux devrait confirmer ou non cette hypothèse. Pour dinh phone [fyo3ro], site exondé ou site haut, ou dinh nonh [fyo3oo], site convexe, s’ils sont propices pour les implantations des habitations, ils sont surtout liés à l’implantation de l’habitat du sacré, tels les sites tutélaires, les lieux consacrés aux esprits protecteurs. Nous pouvons nous référer à la cosmogonie héritée de la civilisation indienne606–pour le site de Phone Keng– et à une cosmogonie locale et autochtone, pour le site de Saphang Mô.607 Ce dernier est plus lié à une 603 Droit foncier, éd. Département des Diffusions, ministère de la justice, Imp. Sibounheuang, Vientiane 2001. 604 fyola[-jk; s,kpg4y’fyomuJwfh4ndla[dqJogvqk7;k,sqdgInNvvvd .shgxaorNomuJ muJx6d/a’ s]n d+lhk’wfh s]n gIafdyf9tde.fobJ’wfh c]t fyooAo d=s,qfltrk[.odko gxaoxJkD Dinh Sap Sao, sol défriché et domestiqué, gagné sur la forêt. 605 fyoIJk’rNogxaofyomuJcsh’D Dinh haeng pheun, sol qui reste sec. 606 Le mont Méru est matérialisé par le Phnom chez les Khmers, le Phù et le Phone chez les Lao, le doy dans le Lan Na, sachant que le terme Phone a une connotation simplement géologique. 607 L’esprit tutélaire du Phone de Saphang mô est plus populaire et n’appartient sans doute pas à la même cosmogonie que celui de Phone Keng qui est clairement bouddhisé.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 342 - pratique païenne, aujourd’hui encore vivante dans de nombreux lieux à Vientiane.608 Ces croyances et ces cultes ont pourtant été combattus par la pratique officielle bouddhiste établie au début du XVIe siècle par Phothisarat. 609 Pour le cas de Phone Keng, l’implantation du bâti n’est pas seulement liée à l’éminence du site, mais surtout à la présence d’un monument importance : le That Luang. Dans les deux cas et dans de nombreux exemples, ces éminences accueillent postérieurement des implantations bâties, type village ou unité d’habitation. Il est important de signaler la notion de monumentalité concernant la question foncière, car elle relie la notion parcellaire à celle du domaine dans lequel le monument s’insère et elle rend aussi abstraite la notion d’échelle dans le passage de la parcelle au domaine. Elle donne aussi une définition, un statut et un mode de fonctionnement spécifique à l’espace dans lequel est implanté le monument. Elle participe surtout à déterminer une typologie urbaine. Ce fut le cas de bien des monuments : les unités villageoises autour de That Inheng à Savannakhet et celles autour de That Luang à Vientiane sont ainsi les plus parlantes. L’annotation et la relecture par M. Lorrillard610 des deux stèles du That Luang ainsi que celle de Vat Nong Bone livrent des données intéressantes. Nous apprenons par exemple que lors de la fondation de That Luang par Phothisarat et plus tard par Sethathirat, des terres ainsi que des serviteurs ont été affectés au monument. Si les dons par le roi du prince et de la princesse offerts en esclave au monument sont simplement honorifiques et symboliques, l’attribution des personnes non-royales pour son entretien ainsi que l’attribution des terres et des domaines, étaient effectives. Ce sont entre autres des terres et des domaines desquels peuvent provenir des impôts et des bénéfices. Ce mode de fonctionnement idéologique, matérialisé dans la gestion des sols, semble être un véritable outil de gestion territoriale et économique –que ces territoires soient importants ou modestes, un moyen de production de biens fonciers, un catalyseur du lien et de la hiérarchie sociale. Nous pouvons avancer l’hypothèse que ces sites suscitent la formation des corps de métier, des quartiers d’habitation, voire des villages. Les habitants autour de That Inheng, par exemple, se disent aujourd’hui être descendants des esclaves du monument. Si nous ne pouvons pas dire de même pour tous les quartiers autour de That Luang, c’est sans doute parce qu’ils ont été intégrés à la ville qui est soumise à d’autres critères de formation et d’évolution. Du fait de leur éloignement par rapport à la ville, les villages entourant le That Inheng demeurent indépendants et préservent mieux leur identité ancienne. En confortant un système où le pouvoir politique et religieux forment une entité unique, où nous pouvons parler à la fois d’une royauté religieuse et d’un ecclésiastique royal, le monument a également fédéré un ensemble d’unités sociales et économiques. Cela signifie que le concept de site monumental est lié en partie à la tradition foncière qui définit une des bases de la formation urbaine. Le statut foncier de site monumental, le passage de la parcelle au domaine et au territoire ne sont donc pas une simple question d’échelle, mais de mode de fonctionnement. Et la monumentalité sert ce mode de fonctionnement, quelle que soit sa taille véritable. II. II. d. 2. Les croyances dans le choix des sites Les lieux sont nombreux à être associés aux croyances religieuses et païennes, en particuliers les sites qui ont des particularités géographiques. Nous pouvons citer les éminences, les berges, les embouchures des cours d’eau, les étangs, les mares, les marécages et les puits. Souvent, les cultes bouddhistes se substituent aux croyances primitives déjà constituées, puis l’hindouisme les remplace avant d’être rejeté un temps par le bouddhisme dans sa période la plus faste. Les lieux sacrés de Vientiane sont, durant deux millénaires, des espaces religieux syncrétiques. Les cultes 608 Sur la bute de Saphang Mô, dans le jardin d’une maison lao en bois restauré vers 1995, il y a un autel où tous les jours une gardienne-médium, vient déposer des offrandes. Une fois l’an, une cérémonie plus importante lui est consacrée. En fait, la maison a été construite ultérieurement sur un site sacré dont le culte n’a jamais été interrompu. 609 Phothisarat (1520-1549) “ publie ” vers 1525 un édit contre le culte des phi et ordonne la destruction des autels païens pour y construire à la place des monastères ou des ermitages bouddhistes. 610 Lorrillard, « Les inscriptions du That Luang de Vientiane : données nouvelles sur l’histoire d’un stupa lao », BEFEO, 2003-2004, 90-91. Op. cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 343 - animistes et hindouistes, perdurent encore de nos jours dans certains sites, parfois en fusionnant avec les cultes bouddhiques.611 Au cours du XVIe siècle, sous les règnes de Phothisarat et de Sethathirat le bouddhisme theravāda du petit véhicule a triomphé et pris la possession de la plupart des lieux de cultes antérieurs. Nous avons vu que dinh phone [fuo3ro], ou dinh none [fuo3oo], terres hautes, sont des lieux de prédilection pour vénérer la gloire et la mémoire du Bouddha ou pour sacraliser les esprits puissants et protecteurs de la ville. Il est autant remarquable que la quasi-totalité des dinh phone de Vientiane soit habitée de telles sortes. Nous pouvons citer Phone Phanao (qui est dans le prolongement de la terrasse de That Luang) et Saphang Mô. La terrasse de That Luang selon le Thamnan Oulangkhrathat était à Vientiane le lieu de la première implantation bouddhiste des missionnaires de Açoka, où un pilier –forme primitive du grand That– a été dressé. Les Houay (s;hp, rivières), les Nong (|v’, mare), les bung ([n’, étang) et les dinh Thaam (fuomk,, zone marécageuse), sont autant des lieux où vivent les esprits puissants et sacrés. A Pak Passak un autel a été construit pour vénérer l’esprit des guerriers qui protègent la ville, le long du Mékong –en amont et en aval– vers Ban That Khao et vers Ban Khounta-Tha, d’autres autels vénèrent les esprits protecteurs. Dans les zones basses, tel Ban Phra Pho, des puits représentant le monde souterrain, symbolisent l’habitat du naga, etc. II. II. d. 3. La fonction productive et économique des sols Mis à part leur rôle sacré, les Houay, les Nong et les bung assurent également un rôle économique. Nous retrouvons dans ces lieux des vestiges archéologiques attestant l’existence d’unités de productions artisanales : ateliers de poterie, fabriques de briques et de tuiles, atelier d’armuriers. Mais la conception du parcellaire de ce type d’espace n’est pas clairement explicite, en raison sans doute du caractère non-privatif de l’usage du sol pour ce type d’activité, suggérant un statut probablement communautaire. Pour les rizières, le parcellaire est plus nettement défini. Les rizières se mesurent en laï [w]j] qui correspond à environ 1 600 m2, et est défini par le terme haï [wIj] un genre d’identification. Haï na [wIjok], est alors une rizière immergée, l’eau est retenue par un ensemble de petites digues. Quant au terme thong na [mqJ’ok] plaine ou étendu de rizière, plus générique, il désigne un ensemble de haï na qui se définit ou qui se distingue par rapport à l’ensemble d’habitation qui forme le village. Le monde agraire joue donc un rôle important dans la mesure des parcelles, car cette unité de mesure est utilisée également pour les autres terres. La forêt secondaire, pa [xJk], et la forêt primaire, dong [fq’], sont antinomiques à l’idée de civilisation représentée par la conception même de l’habitat, du village et du muang. Pourtant, sur le plan économique et spatial, nous constatons que pa et dong ne sont pas extérieurs à la ville, au contraire, font partie intégrante. Ils constituent même un lieu de production. A titre d’exemple, Dong Palane, 612 selon ses habitants, produisait des feuilles de latanier, et dong Passak613 produisait sans doute du tek pour les besoins et les usages courants de la ville. Notons que ces deux lieux désignés de dong ne sont pas des forêts primaires, mais des terres d’exploitation. Leur désignation par le terme dong serait inappropriée si elle n’est pas intentionnelle pour marquer une certaine conception de la ville. II. II. d. 4. La nature du sol et l’habitat Nous avons vu qu’il n’est pas exclu que les dinh haeng pheun (terre sèche) soient destinés à l’implantation des constructions telles les esplanades en tant que lieux de rassemblement (l’esplanade de That Luang), les stupas et les monastères isolés (les ermitages de Dan Soung et de Tham Phra en lisière de la ville de Vientiane), ou simplement destinés à la tenue des activités 611 Kham Champakéomany, « Phra That Inheng, Indra Prasath », In. Histoire des stupas - des vat les plus importants et celle de Phra khou Gno kéo Phonnesamek, ministère des cultes, Vientiane 1974. 612 Dong Palane : dong (jungle) pa (forêt) et lane (latania arécaceae) : forêt de lanier 613 Dong Pa Sak : pa (forêt) et sak (tectona verbénaceae) : forêt de tek.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 344 - collectives. En revanche selon ce que nous savons de l’habitat lao, il est très peu probable que les dinh haeng pheun soient aussi destinés à l’implantation de l’habitat. Car rappelons-le, les sols destinés à l’habitat doivent être particulièrement riches et stables, aussi bien pour des raisons pratiques que des raisons symboliques. Pratiques, parce qu’il est indispensable de pouvoir aménager des jardins potagers, planter des arbres fruitiers ou creuser un bassin piscicole et aussi de pouvoir assurer la stabilité des pilotis qui sont dans la majorité des cas enfoncés dans le sol ; symbolique parce que la richesse du sol signifie la richesse du foyer et sa protection par l’esprit de la “ mèreterre ”, tiao mé thôrani614 La conception lao du parcellaire n’est pas aisément identifiable, ni maîtrisable par la méthode rationnelle de la régulation foncière et la gestion urbaine d’aujourd’hui. La tradition foncière repose sur une notion de propriété relative. Or, la conception de la propriété fonde la définition et le statut juridique du parcellaire, et garantit même son existence. Les types de terre participent à la définition des fonctions et des usages du parcellaire et influencent sur les typologies du bâti. Il y a des fonctions propices à l’implantation des unités d’habitation, des fonctions propices au sacré, à la symbolique et au profane, et enfin des fonctions économiques et productives. Il y a aussi la question de monumentalité qui introduit de nouvelles dimensions au parcellaire, qui met en évidence le fait que l’échelle importe peu et que c’est plutôt le mode de fonctionnement qui régit le passage de la parcelle au domaine, et enfin qui induit également la naissance de certains types d’unités d’habitat urbain. II. II. e. La domestication des espaces naturels et le mode d’habiter, un savoir intemporel. Le rôle des espaces naturels, des jardins et des paysages dans les villes La domestication de la nature constitue le mode d’habiter chez les Lao, tout comme la majorité des ethnies vivant au Laos, y compris les ethnies non tai. Comme nous l’avons déjà suggéré dans la définition des modèles spatiaux à travers l’analyse de la formation du ban et du muang, la nature et le site, sont des éléments déterminants de l’espace habité qu’il s’agit de s’y intégrer plus que de maîtriser ou de dominer. La domestication de la nature, c’est ainsi avant tout la manière des hommes de s’adapter à elle, de s’approprier d’elle, de l’utiliser et de la “ consommer ”, à l’état brut ou modifié. L’appropriation de la nature se fait essentiellement par les activités agricoles accompagnées des cultes du terroir et des rites agraires. La considération de la nature passe aussi par une approche d’altérité et de distanciation, par l’acceptation de la nature comme un mystère et un inconnu. Cette approche est matérialisée par le culte des génies et des phi du terroir, avec des rituels qui en découlent, empreints de chamanisme, d’animisme, et même du bouddhisme. Ces cultes établissent ainsi un lien symbolique et anthropologique entre l’homme et la nature. II. II. e. 1. La perception de la nature En fait, pour comprendre le mode d’habiter, l’intégration de l’habitat lao dans la nature et la présence de la nature dans l’habitat, il faut comprendre parallèlement comment les Lao se voient dans la nature et se placent dans la cosmogonie ; dans le sens où « toute habitation humaine est projetée dans le centre du monde » (Mircea Eliade). Pour ce faire, nous distinguons quatre niveaux de perception de la nature : 1- la nature en tant qu’altérité, mystère et puissance. Cette perception conçoit l’existence des génies et des divinités dans toute chose et induit de nombreuses pratiques religieuses et des rituels, parce que les lieux et la nature que l’on investit possèdent leur existence et leur système propre ; 2- la nature en tant que cadre dans lequel on fait le choix de construire son habitat. Cette perception met en évidence la connaissance empirique de l’environnement géographique et climatique dans lequel on choisit de bâtir son cadre de vie. C’est pourquoi le cadre de vie est particulier à chaque communauté et la nature est vue à travers une culture propre et 614 [g9Qkc,jm=itou] tiao mé dharani, déesse et esprit de la terre. Cet esprit est féminin. Au moment de la construction d’une nouvelle maison, une cérémonie demandant autorisation et protection, lui est consacrée.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 345 - particulière ; 3- la nature en tant qu’élément de subsistance et de vie. Cette perception assure la survie et la prospérité de la communauté. L’homme, dans n’importe quelle culture, tente toujours de trouver un lieu qui lui serait bénéfique. C’est la raison pour laquelle cette vision est universelle et s’exerce dans le cadre des connaissances accumulées et transmises ; 4- la nature sous forme de paysage est une donnée relative, presque abstraite. Elle est perçue de manière intériorisée et individuelle, elle reflète l’âme et le tempérament humain, elle devient une appréciation dépendante de la culture et de la sensibilité des peuples. Pourtant la nature n’est pas multiple mais Une ; elle peut être appréhendée à différents angles. Les quatre niveaux de perception que nous venons de suggérer ne faussent pas la réalité, ils mettent en évidence le fait que la perception de la nature est un révélateur de l’aspect psychologique, de l’empirisme, de l’universalité et de la culture des peuples. Par rapport à la nature, il y a à la fois savoir et méconnaissance, agir et subir, des faits inhérents à la nature humaine, et pour cela ce rapport est intemporel. Les quatre niveaux de perception mettent en relief toute la complexité du rôle de la nature dans l’habitat, à devenir des espaces que l’on choisit, que l’on occupe, que l’on apprivoise et aménage ; des jardins et des paysages que l’on regarde, mais aussi le monde inconnu, mystérieux et puissant, peuplé d’esprits et de génies que l’on met à distance comme une altérité. II. II. e. 2. L’habitat et la nature La nature en tant que l’altérité, le mystère et l’inconnu, l’analyse de l’habitation lao, réalisées par Pierre et Sophie Clément, a largement fait part de l’omniprésence de la nature et de son esprit, présidant les moments les plus exceptionnels comme les plus banales de la vie quotidienne, occupant les coins et les recoins du plus signifiants au plus insignifiants de l’espace habité, mais aussi de l’espace mental de la maison. La nature organise concrètement l’habitat, l’habite et le rend vivant. La maison doit être dans le village La maison doit d’abord être implantée dans un milieu et un lieu propice, sur une terre riche de telles sortes que l’on puisse aménager un potager, un jardin aux herbes odorantes, un bassin piscicole, planter des arbres fruitiers, etc. La terre doit aussi être exondée mais bien alimentée en eau, par un cours d’eau ou par une nappe phréatique, qu’un puits peu profond, creusé à la main, peut atteindre. Ensuite, une bonne situation d’une habitation est liée à la situation du village. Une maison doit obéir aux règles et aux codifications communautaires villageoises. Parmi les nombreuses règles, beaucoup renvoient à la logique de la nature. Souvent, ils reflètent une profonde connaissance de la nature par la communauté villageoise de base. Les actions sont réglementées par les rites conduits par un astrologue que l’on consulte lorsqu’on doit intervenir dans la nature,615 apportant des dispositifs de prévention contre les méfaits divers et variés que les hommes pourraient lui causer par leurs actions, ou vice versa, que la nature pourrait causer aux hommes. A titre illustratif, nous pouvons montrer (ci-dessous les exemples) que la nature est au cœur de l’habitat et de l’habitation, non pas en tant qu’élément détourné de son origine mais en tant qu’élément dans son intégrité matériel, temporelle et symbolique. Les arbres comme produit et comme matériaux L’importance des arbres et des plantes dans la construction, la consommation et la pharmacopée montrent que l’identification et la perception de la nature peuvent se faire sous différentes formes. Les arbres et les plantes sont considérés par les Lao comme ayant un esprit et aussi comme étant des produits de consommation, des matériaux de construction et en conséquent des techniques qui en découlent sont maîtrisées. Leur cueillette, leur plantation, leur consommation, leur utilisation et toutes les traditions les concernant ne peuvent être que codifiées et conduites par des règles mettant en avant le respect des esprits qui les habitent, du savoir-faire et de la maîtrise 615 Nous renvoyons le lecteur aux travaux de Pierre et de Sophie Clément dans l’Habitation lao, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 346 - des techniques. Leur cueillette ou leur coupe dépend du temps et des saisons que l’on appelle moment propice ou bon augure. Etant donné que les arbres ont un esprit, cela a un lien avec les pieux de fondation fabriqués avec des essences particuliers : pour les Lao Tai, les pieux ne représentent pas un lingam comme pour les Khmers, mais plutôt un arbre.616 Par exemple, la coupe du bois (la sélection du bois par rapport à sa maturité et à la préservation de la forêt), le rangement (la préparation, l’étuvage du bois et son entretien par rapport à l’économie du temps de travail) et la mise en œuvre (la technicité et ses limites) sont réglementés. Comme le note Pierre et Sophie Clément617 : « […] Le jour fixé, on part en forêt avec quelques proches en emmenant des […] cornets en feuille de bananier remplis de fleurs, des bougies et des grains de riz. Lorsque l’on a choisi un arbre, on construit devant lui un petit autel en bambou sur le quel on dépose ces offrandes, puis on s’adresse au génie de l’arbre (par des formules élogieuses) […]. Il y a de nombreuses règles à observer pour le choix des arbres qui constitueront les poteaux esprits de la maison ; les unes obligent à considérer l’apparence de l’arbre, d’autres sa situation, ou les manifestations de l’esprit qui l’habite […]. » Le choix de l’arbre se fait donc par son apparence : « on ne peut retenir un arbre qui a des trous, un arbre qui fait une fourche […], ni l’arbre […] dont une branche est morte, ni bien sur un arbre mort sur pied […] » ; par sa situation : « on doit éviter les arbres qui poussent sur des termitières, […] ou ceux qui couvrent de leur ombre une rivière » ; par son comportement, durant sa coupe ou durant son étuvage naturel en tant que matériaux, 618 qui est alors attribué à la manifestation –bonne ou mauvaise– des génies de l’arbre : « ainsi, on doit se méfier d’un arbre qui respire […] qui pète au moment de l’abatage […] lorsque se produit une explosion violente […], écarter un arbre qui pisse […], arbre dans lequel les trous se sont formés et par lesquels se répand la sève. » Les phénomènes attribués aux manifestations des génies décrivent les comportements du bois en tant que matériaux ; et ceci indique sa mauvaise résistance, pouvant entrainer une mauvaise qualité constructive. La manifestation du génie peut être vérifiée et raisonnée par l’analyse de la qualité constructive de tel ou tel bois. Par exemple le bois qui explose dans le sens de ses fibres –phénomène attribué au refuse du génie– de fait, peut continuer à emmagasiner de minuscules fentes dans les parties non encore fendues au moment de l’explosion, mais en séchant les fentes seront exponentielles, devenant de mauvais bois pour la construction. La manifestation capricieuse du génie peut ainsi être un répondant par rapport à l’exigence et à la qualité technique des matériaux et du savoir-faire des artisans. Les arbres et leur fonction symbolique L’insertion de l’habitat dans la nature ou la place que tient la nature dans l’habitat, semble alors relever davantage d’un dialogue et d’une accumulation historique des connaissances et des expériences empiriques, que des pratiques aveugles issues des croyances. Cependant, seule la symbolique des choses est considérée comme pouvant être raisonnée en dehors des champs de l’empirisme et de l’expérience. En effet de nombreux exemples illustrent le fait que les règles et les codes ne trouvent pas des raisonnements logiques, mais semblent seulement répondre aux exigences du symbolique. Concernant ce fait, nous voulons montrer un exemple. Cela concerne l’essence des arbres, choisie autrefois pour construire les pieux de fondation des villages. Le choix ne semble pas répondre au souci de solidité et de pérennité. A Ban Phay Lom, maï haï (Figus religiosa) et maï tchik (Shora obtusa, dipterocarpaceae) ou maï tchik dong (Vatica odorata, dipterocarpaceae), qui mettent du temps à sécher et qui se fendent facilement, ont été utilisés pour fabriquer les pieux de fondation, alors qu’ils ne sont pas les essences les plus résistantes. Vulnérables face à l’agression 616 Terwiel, B. J. « The Origin and Meaning of the Thai ‘City Pillar’», op, cit. 617 Pierre et Sophie Clément, Ibid 618 Le séchage naturel consiste à faire sécher le bois pendant plusieurs annnées à l’air libre et dans l’ombre. Soit on laisse le tronc d’arbre tel quel, soit on les prépare par des coupes en section que l’on veut utiliser. En ce cas on empille les planches tous en prenant soins de créer des espaces entre les planches par des calles du même matériaux. Les bois sont généralement rangés sous les pilotis des maisons ou sous le grenier à riz. On puise aussi dans ces réserves de bois pour réparer la maison. Fig. 83. Plan- masse de Ban Donoun, Vientiane, 1972. L’habitation lao. Vol I, p56 Fig. 82. Planmasse d’un village Tariang, Ban Dak Seng, en 2003. D’après les sources de Vanitha Posavatdy The life and house of the Tariang people, IRCLMIC, 2003. Project : a Study on Preservation of The Tariang Architecture of Dakcheung District of Sekong Province.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 347 - des termites et des intempéries, ils ont dû être remplacés cycliquement. Pourquoi utiliser de telles essences, alors qu’il existe de nombreuses essences plus résistantes ? Quelle que soit la qualité des autres essences, force est de constater que les pieux de fondation du village qui voulait affirmer sa radicalité religieuse et l’éradication du culte des phi, ne devraient être qu’en maï tchik et maï haï ; parce que maï tchik aurait été utilisé pendant la mise au feu de la femme après son accouchement, et maï haï aurait été de la même famille que les arbres du parc de Lumbini sous lesquels la reine Maya a donné naissance à Sidharta, et la même famille que l’arbre qui a abrité son illumination. La maison et son implantation dans le village, les règles communautaires Une maison d’ethnie lao tai ne peut jamais être construite isolément à l’écart du village. Autrement dit, on ne peut concevoir une habitation ou une ferme isolée quel que soit son degré de ruralité ; à moins que ce soit une simple maison de rizière. Celle-ci étant une construction plus ou moins provisoire destinée à être un abri de repos pour les heures chaudes de la journée durant les travaux de rizière. On y passe exceptionnellement aussi la nuit pour surveiller les récoltes et les paddys avant leur montée en grenier. Cette construction, appelée thieng na et thieng haï, peut alors être construite loin du village, dans les rizières et dans le haï. La maison est liée directement à l’implantation du village lui-même et aux règles qui lui sont attachées ; elle doit respecter les nombreuses codes du village, les obligations et les interdits que l’on appelle kam ban [da,[kho]. Parmi les règles, en font partie le bon ou le mauvais emplacement, les jours fastes ou néfastes pour planter un arbre ou une plante, pour creuser un puits, construire une clôture, etc. Autrefois, les règles sont respectées scrupuleusement car on ose rarement les défier. Lorsqu’on les transgresse on devient phid ban [zyf[kho] ou kabin ban [dt[yo[kho]. Par exemple, il est connu qu’on ne peut réutiliser les anciens bois qui avaient servis à construire des greniers à riz pour construire une habitation ; le malheur accablerait les occupants, pire, il peut aussi accaparer les autres habitants du village. On trouve un certain nombre de cas de kabin ban figurant dans le droit coutumier. Selon le degré de gravité on doit alors réparation vis-à-vis de tout le village dont on a compromis la santé et le bien être ; on a surtout défié le phi ban qui nous donnait protection. Les réparations sont alors adressées aux esprits du ban. Le plan du village, les orientations des maisons et leur mode de construction, résultent des règles assez précises. Le plan-masse des villages les plus anciens est caractérisé par une certaine cohérence de l’orientation de leur façade principale, orientée parallèlement au fleuve ou à la rivière. La façade principale étant parallèle au faîtage de la maison principale, la ligne de faîtage est alors parallèle au cours d’eau. Et lorsqu’il y a ni fleuve, ni rivière, les maisons prennent pour référence, la rue principale et plus couramment le parcours du soleil et l’édifice central de la pagode, le sim. Il en est ainsi pour les maisons les plus anciennes qui subsistent encore dans les villes laotiennes. A titre illustratif nous proposons de comparer le plan masse d’un village lao (ici à Ban Donoune, Vientiane) à un village tariang de Muang Dak Cheung dans la province de Sékong (population de parler môn-khmer). Cette comparaison, culturellement et techniquement, le plus éloigné, montre comment la structure organisationnelle et symbolique de deux villages de cultures distinctes pouvait être différente. Ceci dépend donc des données culturelles et ethniques de leurs habitants. Le village lao se réfère : 1- aux orients, 2- au fleuve, 3- à la rue principale ou, 4- au bâtiment principal du monastère, et 5- une maison doit s’articuler aussi avec une autre et ainsi de suite ; par exemple, une maison ne peut tourner sa façade principale (là où se trouve son sya) du côté de la terrasse à eau (san) d’une autre maison voisine (nouvelle ou existante) ; la coutume veut qu’elle lui tourne plutôt son san ; de même, elle ne peut orienter son san à eau vers la façade principale de la maison voisine. Quant au village tariang, d’après le plan-masse de Ban Dak Seng, il s’organise autour d’une place. La façade des maisons n’étant pas parallèle mais perpendiculaire au faîtage, le principe est donc que la façade des maisons donne sur la place (parallèle à la place), les faîtages sont donc perpendiculaires à la place du village. Fig. 84. Plan-masse de Ban Dak Mouan, en 2003. D’après les sources de Vanitha PosavatdyDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 348 - Le second plan, celui de Ban Dak Mouane, montre quant à lui un autre principe : lorsqu’on est en présence de chemin, les maisons orientent leur faîte parallèlement au chemin et les façades ne se donnent pas sur le chemin, mais lui sont perpendiculaires. Le principe qui se dégage de l’implantation des maisons tariang est un déterminisme assez simple : l’orientation des faîtages suffit pour montrer si devant la maison il y a une place ou un chemin. En fait lorsqu’on montre un plan-masse (avec représentation de faitage de toiture des maisons) sur un site assez abstrait, on peut savoir que perpendiculairement à la ligne de faîtage, il peut y avoir la place du village, et parallèlement à cette ligne il peut y avoir un chemin. Alors que les villages lao possèdent des éléments déterminants plus complexes : les orients, les cours d’eau, les chemins, le monastère, le voisinage et l’organisation intérieure des habitations. Il y a là une remarque importante à faire concernant le respect des règles d’orientation vis-à- vis de la place où se déroulent les cérémonies et les rituels communautaires les plus importants du village tariang. Nous remarquons dans le plan-masse de Ban Dak Seng que plus de la moitié des maisons sont nouvellement construites, leur couverture ont subi des modifications : la partie arrondie de la couverture en paillote qui indique la façade a disparu ; à la différence des maisons plus anciennes qui préservent encore cet arrondi qui permet de repérer les façades des maisons en regardant seulement le plan-masse. Et précisément ce sont ces dernières qui gardent la position perpendiculaire de leur faîtage par rapport à la place (maison 3, 24, 22, 20, 09, 05.), alors que celles qui ont perdu l’arrondi de leur façade tendent à avoir le faîtage orienté parallèlement à la place tout en conservant leur façade parallèle et frontale par rapport à la place. Ce qui veut dire que, ce qui prime dans les deux éléments déterminants (relation place / faîtage, place / façade) c'est le binôme place et façade. Les règles pour l'orientation du faîtage seraient ici abrogées avec les nouvelles maisons construites. II. II. e. 3. La notion de jardin et de paysage Le jardin a d’abord une fonction utilitaire et domestique Le jardin et le paysage sont deux notions qui se distinguent. Le jardin, [souan, l;o] est une création, une production de l’homme. Il a surtout une fonction agricole et servante. Dans la conception du jardin en tant que démarche agricole et dont servante à la vie quotidienne, nous n’avons retrouvé aucune documentation ou pratique qui indiquerait que le jardin acquiert aussi une fonction d’agrément. Du petit carré de jardin suspendu à la cuisine où on plante les herbes odorantes, aux grandes plantations royales, en passant par les plantes que l’on cultive pour la tradition de chique de bételles, le potager et le verger à côté de la maison, les jardins de rizière à la saison sèche ou sur la berge des fleuves, le jardin est un élément créé pour servir la vie domestique, participer à la consommation et à la confection des mets quotidiens. C’est cela avant tout le sens du jardin et du jardinage. Autrement dit, chez les particuliers et le simple peuple, il ne s’agirait seulement que des jardins d’utilité : plantation d’arbres et de plantes qui donnent les fruits, les feuilles, les écorces et les racines que l’on consomme : des fleurs pour l’autel de Bouddha et l’autel des esprits, des feuilles pour envelopper et confectionner des objets, les plantes odorantes et médicinales pour la pharmacopée, etc. Ce qui voudrait dire que chez le simple peuple, l’idée de jardin d’agrément n’existe pas. Parmi les services que la nature a rendu aux besoins domestiques, on voit que la maison doit être construite dans un encadrement naturel riche, l’habitant apporte en plus son sens de la pratique et de la domesticité à son habitation en la rendant encore plus luxuriante. Ceci, même si de nombreuses règles et codes se sont imposés à lui, car il faut non seulement satisfaire la vie domestique quotidienne, mais aussi contenter les esprits de la terre, des arbres, du foyer, du village, etc. Dans les années 1970, on peut encore voir de nombreux exemples d’habitation qui illustrent la fonction domestique des jardins telle que nous venons d’évoquer. Aujourd’hui, ces exemples se raréfient, ils disparaissent même. Les relevés de l’habitation lao effectués par Pierre et Sophie Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 349 - Clément demeurent quasiment les seuls exemples auxquels on peut encore se référer pour comprendre la tradition de la domesticité de la nature dans l’habitat. Le jardin d’agrément n’aurait existé qu’au palais royal et dans les monastères Cependant, nous devons concevoir que le jardin comme lieu d’agrément n’est pas absent de la culture lao. Le jardin royal créé de toute pièce autour de la résidence royale et le jardin des monastères semblent être les seuls à être traités comme des lieux d’agrément et non-utilitaires. Mais nous n’avons, pour le moment, aucune information ou documentation qui ferait allusion à leur conception. Dans les notes de Père de Laria qui aurait visité Vientiane au XVIe siècle, il évoquait des beaux espaces qui agrémentaient la résidence royale. Il n’est alors pas à douter que ces lieux ont pu faire l’objet de traitement et de conception particulière. Il y aurait alors dans la culture lao la conception de jardin d’agrément en dehors de son utilité et de ses services domestiques. Mais il n’aurait existé probablement que dans les palais royaux et les monastères. Par manque d’information et de continuité spatiale (aucun jardin qu’il soit royal ou monastique n’a pu traverser l’histoire, ou être antérieur à la période coloniale) nous sommes un peu devant un mur pour parler de l’origine et de la conception des jardins en tant que lieu d’agrément concernant le jardin royal. Cependant, le jardin des monastères semble nous donner une piste à explorer. L’état actuel des jardins des pagodes, ayant une fonction d’agrément, montre qu’ils ne sont pas très différents des autres jardins d’agrément contemporains, que ce soit dans les lieux privés ou publics. Largement influencé par la vulgarisation des espaces verts de la ville moderne mise en place depuis la période coloniale, l’état de lieu actuel, montre pourtant que les jardins monastiques développent une certaine thématique dans son aménagement, différente de la notion des espaces verts traités dans l’urbanisme moderne. En étant attentif, il serait très probable que ces thèmes de jardin puissent nous relier un jour à une origine plus ancienne. Les thèmes traités sont totalement religieux et moraux. Les personnages du Jataka sont majoritairement représentés ainsi que les animaux, en rapport avec les signes astrologiques lunaires, les mythes, etc. Les images, les sculptures de représentation se mêlent dans la végétation, des parcours et des pas sont aménagés entres ces représentations. Concernant le végétal lui-même, souvent l’ensemble est aménagé dans un tel désordre folklorique qu’il est difficile de rechercher un ordonnancement éventuel. Les plantes et les arbres plantés et cultivés n’ont pas forcément tous des liens avec les thèmes, mais choisi aussi pour leur qualité propre. Il s’agit souvent des plantes symboliques et religieuses, telles que ficus religiosa, ou des plantes considérées comme apportant des bons augures telles que kok khoune (cassia fistula), kok champa (Michelia champaca, Plumeria alba). Si les plantes religieuses et symboliques sont liées à la grande religion, les plantes des bons augures sont liées à des traditions et des croyances populaires. A cela, on peut dresser toute une liste de plantes qui portent bonheur, qui amènent de la chance et le renommé à ceux qui les plantent ; une liste que les gens considèrent avec sérieuse aujourd’hui pour choisir les arbres à planter chez eux. La représentation de la nature et de la végétation dans les fresques et les décors architecturaux S’il est difficile de retrouver un quelconque ordre de conception et de composition du jardin et du végétal dans le désordre des jardins monastiques, à travers les thématiques et les décors architecturaux, on peut néanmoins trouver le sens et le rôle que jouent les végétaux et leur représentation, donnant à l’espace une certaine intemporalité. Sans rentrer dans les détails, on peut retenir quelques principes de ces représentations picturales anciennes qui font apparaître deux « écoles », provenant probablement de deux traditions ou de deux cultures différentes. La première semble être primitive par rapport à la deuxième, et une certaine naïveté la caractérise. Les sujets représentés sont créés sur un aplat (incrustation de céramique, gravure, dessin) sans contour nerveux, sans notion de perspective et de dynamique picturale mouvementée. Mais la profondeur existe pour exprimer les échelles (grande, petite), la distance (proche, lointaine), le temps (avant, maintenant, après). Les personnages (plantes, animaux, humains) sont représentés avec clarté et ingénue. L’histoire (événements et temps) se déroule dans une spontanéité picturale, dépourvue Fig. 85 Illustrations murales de la bibliothèque de Vat Xieng Thong à Luang Prabang. Une épisode du Syaosavat le Maha BanditDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 350 - d’artifice et de maniérisme ; la beauté qui s’en dégage est exceptionnelle et unique. Nous pouvons nous conférer aux fresques en céramique de la bibliothèque de Vat Xieng Thong, narrant l’histoire des Séna Makhika (un épisode du Syaosavat le Maha Bandit). La forme de représentation de la nature ici, fait preuve de synthétisme, lui donnant une vision spontanée : dès les premiers regards, on a la perception du caractère des sujets représentés. La deuxième tradition se retrouve dans les arts appliqués : gravures et bas-reliefs des portes des frontons des sanctuaires. La représentation de la végétation est exprimée de manière ordonnancée, imposée par des règles assez précises. Les plantes deviennent des motifs qui s’entrelacent et qui n’existent que par leurs mouvements, comme si toutes étaient des plantes grimpantes. Les sujets humains sont reliés au mouvement vital des plantes et de la nature. Les éléments végétaux, floraux, animaliers se reproduisent et se multiplient ainsi à profusion, poussant et s’élançant ou s’enfouissant et se cachant. Ceci conduit par des dynamismes et des tentions intérieures, exprimant la vivacité et la force de la vie. C’est ainsi qu’est caractérisé le vocabulaire graphique des laï lao, rigoureusement réglementés. A partir des plantes, on distingue des familles de vocabulaires : des dérivées des grimpants (khreua), des pousses (nô), des tiges (sô), des sommets des pousses (gnot), etc. La liaison ou la reproduction des motifs entre eux se fait de manière hiérarchique et par des règles strictes. Par exemple, ce n’est pas possible d’enchaîner les motifs issus des pousses aux motifs issus des grimpants ; la compréhension de la nature des plantes permet au graphiste d’enchaîner de manière juste les motifs et permet également d’inventer les nouveaux vocabulaires sans commettre de fausses notes. Cet art qui prend racine dans la force et le symbolisme de la nature et représenté de manière « baroque » est indéniablement influencé par l’art khmer et indien, bien que le graphisme des laï lao a su se nourrir de ses sources endogènes pour former ses propres vocabulaires graphiques et thématiques. Quant aux thèmes animaliers, ils sont majoritairement mythiques. En plus d’être l’une des sources des motifs, comme pour les éléments floraux, les animaux peuplent aussi le langage architectonique et structurel du bâti plus que leurs décors. Ainsi le faîtage est la colonne vertébrale du naga (nak sadoung), la panne faîtière est le ok kaï (la poitrine ou le cœur du coc), etc. Les deux traditions sont nettement perceptibles dans l’art lao. Bien qu’elles soient pratiquées de manière simultanée, il est fort probable que la première soit plus primitive par rapport à la deuxième, comme le montre sa forme de représentation. Dans sa forme évolutive et élaborée elle utilise un langage qui se rapproche indéniablement de celui des œuvres primitives que l’on retrouve dans la représentation des hommes-grenouilles sur les falaises peintes (à Pak Ou notamment), et de celui des motifs du tissage, eux aussi peuplés d’animaux et de végétaux ; eux aussi synthétisées par des couleurs et des formes, voire, par un certain arithmétique. Les sujets deviennent alors des motifs puis des symboles, définissant un langage idéographique. Ceci aurait été une persistance formelle et inconsciente de la mémoire primitive oubliée. La première vision de la nature par l’homme et la première capacité qu’il a à la représenter se retrouve ainsi mémorisée dans cette première tradition artistique. Le paysage, la recomposition de la nature par le mental Du point de vue lexical, le mot pour désigner le paysage est thiéo thasanyaphab [mu;mafltoyptrkp]. Il est composé de deux étymologies, le préfixe est en lao et le suffixe en palisanskrit. Thiéo, théo [mu; c(;] désigne “ ligne, succession de lignes de vue horizontale ”. Le suffixe peut provenir de deux étymologies. 1- La première est composée de deux mots : dassanìya-bhava. Dassaniya (Pl) darsaniya (Sk) [maloypt] qui veut dire “ agréable à voir ” et bhava (Pl. Sk) [rk;t], “ état, conception, existence ou condition, nature ”. L’ensemble de l’expression définit ainsi le paysage comme « un ensemble de lignes visuelles horizontales, conçues par la nature pour être agréables à la vue ». 2- La deuxième est composée de trois mots : dassana-niya-bhava. Dassana Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 351 - (Pl) ou darsana (Sk) [malot], “ regarder, observer, vue, point de vue ” ; niya (Pl) [oypt], “ visionner, imaginer, développer par la vue ”. 619 Ce qui donnerait à la définition du paysage comme « un ensemble de lignes visuelles horizontales et successives, regardées et développées par une vision, à partir d’un point de vue ». On peut retenir deux idées majeures. D’abords, le paysage est une horizontalité. Il est composé de lignes horizontales qui se succèdent du proche au lointain, par rapport à celui qui le regarde. Ensuite, le paysage est une seconde recomposition visuelle après que la nature ait disposé ses données. Il dépend donc de celui qui le regarde, de la capacité de celui-ci de recomposer et de développer visuellement les données. Le paysage serait donc une donnée relative, un fait qui dépendrait de la culture visuelle de celui qui le regarde et qui le perçoit. En cela, le paysage serait une création du mental. Dans le sens où la nature existe en tant que nature et dispose des données qui vont composer le paysage, mais elle ne crée pas le paysage en tant que tel ; c’est la perception de l’homme qui le crée. En regardant les données se trouvant devant lui, l’homme percevrait ce qu’il a créé dans son mental visuel : il voit à travers une sorte de calque visuel et les données qui se trouvent devant lui deviennent alors paysage. Si l’homme doit intervenir pour qu’il y ait phénomène de paysage, il n’intervient pas physiquement, la nature et ses données sont une altérité que l’on ne retouche pas, mais que l’on recompose mentalement puis visuellement. De quoi serait constituée la culture visuelle qui compose le paysage chez les Lao. Nous pensons que les Lao s’imprègnent beaucoup de ce qui les entoure, et au cours de ces imprégnations, les émotions, les impressions et les perceptions naissent ; et ce serait cela qu’il retransposent et projettent dans le paysage. II. III. La modélisation par adaptation et par acculturation ou par rejet et par rupture des espaces hérités, faces aux changements, de l’indépendance à 1975 L’espace est un composant en devenir, mais aussi un composant hérité. Les interventions des temps les plus anciennes jusqu’aux temps les plus proches de nous ont montré que la modélisation de l’espace ne pouvait se faire sans eux. Ainsi nous avons pu le voir que les temps anciens avant Sethathirat avaient forgé la formation des premiers modèles spatiaux, à partir des dimensions anthropologique, mythique et géographique, de l’univers des croyances et des rituels. La modélisation spatiale se poursuit avec les différentes périodes à partir du règne de Sethathirat. Celles-ci avaient été caractérisées par la partie prise idéologique pour la restructuration et le renouvellement des espaces hérités, à partir des données spatiales nouvelles de l’âge du commerce et de la découverte territoriale que Sethathirat a su faire apparaître dans l’espace de manière éclatante. La période de l’éclatement du Lane Xang en trois royaumes, les périodes siamoise et coloniale qui mènent jusqu’à l’indépendance, ont également été les éléments forts de modélisation de l’espace, que ceux-ci restent exogènes ou intériorisés et endogénisés. Les espaces façonnés par les modèles historiques exogènes et endogènes que nous avons évoqués ont caractérisé l’espace lao dans son ensemble. Mais ces espaces auraient été confrontés essentiellement à trois composants de la modernité qui ont fait l’espace du XXe siècle. Il s’agit : 1- de la partition territoriale et de la disparité politique du Laos durant la guerre froide entrainée par les conflits idéologiques et politiques ; 2- des bouleversements socioéconomiques qui accompagnaient la partition politique et le grand tournant urbanistique ; 3- du grand tournant spatial des années 1960. 619 Bounthanh Sinavong, Lexique étymologique lao Pali-sanskrit, op, cit ; Sissaveuy Souvannani, Dictionnaire Pali-Lao, projet de développement lexical Pali-Lao, Vientiane, 2004.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 352 - II. III. a. L’acculturation des modèles spatiaux Les facteurs qui ont forgé la modélisation de l’espace lao ne seraient pas uniquement issus des éléments endogènes à la question spatiale. Les données communes et extérieures à ce problématique ont également été intériorisées et appropriées par le processus de modélisation spatiale pour en faire ses principes. Cinq éléments semblent avoir connu une acculturation et avoir été appropriés par le processus de modélisation et seraient devenus des facteurs influents dans la formation du modèle spatial : 1- Les schémas symboliques et les modes d’usage de l’espace ont nourri les modèles spatiaux dans leur période d’origine et ont marqué de manière récurrente l’espace lao dans son évolution, dans sa morphologie et dans son mode d’organisation. Nous avons déjà évoqué, les différents actes et rituels de fondation des temps anciens ainsi que les croyances et les schémas symboliques qui en étaient issus et qui avaient joué un rôle majeur dans la modélisation de l’espace, afin de comprendre les principes endogénisés qui participent à la construction spatiale. Certains rituels sont encore d’actualité et rappellent leurs liens passés avec l’espace habité. Rappelons essentiellemnet que les schémas symboliques qui configurent les modèles spatiaux proviennent des juxtapositions du culte des phi et des devata et du culte bouddhique. Les schémas symboliques de l’espace qui sont souvent décrits par les pratiques des cultes et des croyances et aussi par l’usage des objets cultuels du passé, ont persisté et ont marqué tant les lieux de vie privés que les lieux publics de la ville. Ils ont donné lieu aux modèles spatiaux types. Nous l’avons vu notamment avec la pratique religieuse du site où a été implanté plus tard le That Luang. Celle-ci avait induit des parcours particuliers entre la ville et le site et avait dessiné un schéma symbolique pour tout le site, devenant un marqueur persistant dans la ville. Dans leur ensemble, les schémas symboliques ont été formés par deux traditions historiques qui ont marqué l’espace culturel du Laos. Il s’agit d’abord du culte des phi et des devata et il s’agit ensuite de la tradition bouddhique. Le culte des phi aurait été composé de fonds animistes tai de tradition septentrionale, associés aux cultes des autochtones proto-indochinois, comme le note Georges Condominas.620 On peut non seulement distinguer deux origines cultuelles, mais aussi distinguer la période qui avait suivi l’installation du culte bouddhique, où un phénomène de syncrétisme cultuel entre les deux a été remarqué. Nous n’avons pas évoqué avec détail l’hindouisme, car il semble qu’en dépit de ses traces archéologiques nombreuses, il n’a pas constitué aujourd’hui un modèle spatial manifeste dans le territoire du Laos. 2- La conception du pouvoir par le passé a joué un rôle important dans la formation sociétale, puis dans la création des modèles spatiaux. Quatre périodes du pouvoir ainsi que quelques traits de l’organisation politique ont été déterminants. Ils auraient laissé leurs empreintes dans les données spatiaux, et démontré que les modèles spatiaux historiques étaient profondément corollaires aux modèles politiques. Et on retrouve cette coréllation avec une certaine constance dans les espaces qui se constituent postérieurement. Les deux idées ayant déjà été exposées (dans le sous chapitre précédent traitant des « modèles endogènes »). Dans ce sous chapitre nous allons souligner trois idées : 1- la question démographique était un problème récurrent et historique des villes lao, dont il semble que la faiblesse avait contribué à produire une forme spatiale particulière. 2- l’évocation du mythe de la ville invisible aurait apporté des données complémentaires à la conception et à la définition de la ville. 3- le phénomène de déplacement forcé ou volontaire de la population, constamment pratiqué 620 « On a affaire dans ce culte aux vieux fonds animistes thaï enrichis de celui des premiers occupants proto-indochinois assimilé par leurs conquérants. Non seulement ces phi sont communs aux populations de langue thaï (et correspondent aux yang des proto-Indochinois orientaux), mais on retrouve leurs équivalents chez les Vietnamiens, les Cambodgiens, les Birmans… » Cf. Georges Condominas Claude Gaudillot, La plaine de Vientiane, rapport de mission octobre 1959, réédité par Seven Orient- Geuthner, en 2000.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 353 - par les politiques au cours de l’histoire de la région du Moyen Mékong, aurait constitué un élément majeur : il aurait forgé une certaine forme spatiale, un certain mode de gestion et de répartition des hommes sur leur lieu de vie. II. III. a. 1. La démographie, une question récurrente et historique des villes laotiennes, mais leur faiblesse traditionnelle traduit-elle un modèle spatial ? La faiblesse démographique, un fait indéniable La faiblesse de la démographie du Laos était un fait indéniable et marque ce territoire tant au cours de son histoire que durant sa période contemporaine. Ce constat est appliqué surtout à la population lao et à la période lao de ce territoire. Et bien qu’il puisse s’appliquer très probablement aussi à l’ensemble des populations qui l’ont occupé, les causes et les facteurs ne seraient pas les mêmes. Si la faiblesse démographique était, dans une certaine mesure, commune aux petites organisations anciennes de l’humanité avec quelques exceptions près, celle des Lao semble particulièrement pointue et faire partie du principe organisationnel de sa société et de son espace. Ceci, même si l’une des explications données à sa faiblesse démographique faisait partie des explications données à la faiblesse de la démographie des sociétés humaines dans l’histoire : effectivement, mise à part la guerre siamo lao qui a dépeuplé le Laos, on explique que le paludisme –fait endémique– était aussi un grand facteur de ce sous-peuplement, comme le notent les démographes 621 Le recensement des époques anciennnes est une catégorisation, il est aussi marqué par la faiblesse et la rareté de la population Le nombre de la population et sa répartition dans le territoire dans la période la plus ancienne mettaient en évidence la rareté de la population qui constituait le Lane Xang. Ce fait était aussi marquée par la catégorisation de la population au sein de la même composition spatiale. Ce qui faisait du “ recensement ” ancien une sorte de catégorisation et donne un aperçu sur la perception politique et de la gestion des hommes du Lane Xang. Avant la période coloniale les chiffres étaient effectivement aléatoirs et concernaient des catégories de population et non toute la population. Par exemple lorsqu’on évoque le “ recensement ” de Sam-Saèn-Tai vers la fin du XIVe siècle, on sait maintenant que les trois cent mille Tai correspondaient à une catégorie et non à la population du Lane Xang (voir plus bas). Plus tard lorsqu’il y avait d’autres sources et d’autres chiffres, chaque source avançait des chiffres différents. Cependant, les différentes époques et sources semblaient s’accorder sur l’aspect global désignant le nombre de la population lao ainsi que son taux de croissance parmi les plus faibles de l’Asie du Sud-est. Par ailleurs, la population des cités et plus tard celle des centres urbains est également la plus faible, la plus difficile à constituer et la plus controversée aussi. Cette controverse est liée à l’aspect rural des villes et du mode de vie de ses habitants qui, de manière globale, brouillent la perception et les grilles de lecture dichotomique entre le rural et l’urbain et qui obligent à revoir les critères d’évaluation. Les carences démographiques ont donc toujours été un enjeu central dans l’histoire du Laos et exercent une grande influence sur la conception politique, idéologique et spatiale de son territoire. D’après le Nithan Khun Bourom, l’évaluation de la population du pays lao aurait été réalisée pour la première fois par F’a-Ngoum vers le milieu du XIVe siècle. Les sources chinoises 621 « Les anophèles d’Asie, contrairement à ceux de l’Amérique et de l’Afrique tropicale, préfèrent les eaux courantes des montagnes. Ainsi le paludisme transmis par les moustiques, plus actifs dans les montagnes que dans les plaines, explique l’originalité du peuplement de l’Asie tropicale : sous-peuplement des régions hautes alors que les régions basses sont plus peuplées et les deltas souvent surpeuplés. » In : Manuel de géographie, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 354 - mentionnaient également que sous l’administration yuan622 les cartes des chefferies et des Etats conquis devraient être accompagnées de chiffres sur les populations et les ethnies administrées. La région occupée par le Lane Xang étant un territoire conquis des Yuan, ces chiffres s’ils existaient dateraient du dernier quart du XIIIe siècle et porteraient sur un pays lao non encore formé, mais très probablement administré sous forme de plusieurs chefferies éparses dont le site le plus important serait Luang Prabang. Mais revenons aux œuvres de F’a-Ngoum. En édifiant le Lane Xang celui-ci avait défini en même temps l’identité des communautés ethniques qui le composaient tout en mettant en évidence la communauté lao dominante623 à laquelle lui-même appartenait. Mais les chiffres n’ont pas été mentionnés. Pourtant, l’histoire officielle prête à F’a-Ngoum le légendaire discours lors de la proclamation du Lane Xang. Ce discours, s’il existe, mettait en évidence sa prise de conscience de la faiblesse du nombre de la population. Faiblesse qu’il aurait prise en compte dans la conception du pouvoir, dans la manière de diriger les hommes et de développer le pays, en soulignant l’importance du nombre des hommes et de leurs forces de travail dans l’édification de son État 624 Plus tard, les sources chiffrées sur le nombre de la population lao seraient l’œuvre de Sam-SaènT’aï, son fils, lorsque celui-ci accéda au trône vers 1380. Là encore, les 300 000 seuk qu’il recense ne désigne qu’une catégorie de population. 625 Seuk [glyd] signifiant guerre, en l’employant le texte ne désigne très probablement que les hommes aptes pour la levée d’arme. Le recensement de 300 000 Tai donna alors au monarque qui l’a réalisé le nom de Sam-Saèn-Tai. Le terme Tai [w8F wm] qui signifie “ l’ethnie tai ” mais aussi “ citoyen libre ” associé avec le terme seuk, aurait alors désigné les hommes libres, portants et corvéables, pouvant être levés à tout moment pour les guerres. Les femmes et les enfants, les vieillards et les handicapés, les moines et les étrangers, les individus appartenant aux minorités ethniques et les esclaves n’auraient pas été comptés parmi les 300 000 seuk. En ce cas, il serait permis d’imaginer que la population du Lane Xang était bien supérieure à 300 000 personnes, probablement deux ou trois fois plus. Le manque de densité de la population Le territoire lao, en particulier, les villes sont historiquement toujours confrontées à la question de densité et de démographie. La notion de ville même a été remise en question par cette forme particulière de carence démographique. Si nous nous référons uniquement à la densité de la population, nous pouvons nous demander si la ville n’a-t-elle jamais existé, et nous pouvons dire de manière générale et sans doute, un peu rapidement que le Laos ancien ne compte que deux villes : Luang Prabang et Vientiane. 626 La vision non-urbaine que nous avons concernant les établissements lao est induite davantage par l’absence de densité de leur population que par la faiblesse du nombre de cette dernière, et aussi, davantage par le caractère des composants bâtis qui utilisent des matériaux périssables (végétales : bois et bambou) pour leurs constructions, que par le mode de gestion de leur espace social et politique. Car seules leurs fonctions politiques et militaires, religieuses et intellectuelles, culturelles et économiques assureraient leur statut de ville. Nous 622 La dynastie yuan mongole règne sur la Chine entre 1264 et 1368. Mais nous ne connaissons pas la date exacte du début de leur conquête sur l’ensemble du Moyen Mékong, sur les chefferies tai et les Etats plus importants môns et khmers. Mais il semblerait que leur influence s’affaiblit dans cette région après l’investiture en Chine des Ming en 1368. 623 Le terme “ dominant ” doit être compris ici non pas en termes démographiques, mais en termes de domination politique et culturelle. Car à l’époque il était très peu probable que le nombre des Lao soit supérieur au nombre de toutes les minorités ethniques confondues et réunies dans le territoire. 624 « […] Gardez et protégez vos ban et vos muang de telle sorte qu’il n’y ait point de voleur ni de brigands et ne vous entretuez point. Quelles que soient les fautes commises par les uns et les autres, que ce soient vos femmes, vos esclaves, vos administrateurs et vos clients. Il faut que les autres puissent examiner les fautes avec raison et justice. N’exécutez point la peine de mort si les fautes commises ne le méritent point. Emprisonnez les coupables, ensuite relâchez-les pour qu’ils puissent vivre et trouver travail. La richesse de cette terre n’existe qu’avec les hommes, point d’homme, point de richesses ni de biens. Je ne veux point que l’on tue pour ces raisons […] », in., Phongsavadan Lao, op, cit. 625 « Le seigneur ordonna le recensement des personnes vivant dans le territoire du Lane Xang. Les étrangers qui viennent chercher refuge, les serfs et les serviteurs, les moines et les kha ne seront pas comptés. Il en résulte qu’il y a 300 000 seuk.» In : Annales du Laos, Luang Prabang, Vientiane, Traninh et Bassac, op, cit. 626 P-B. Lafont, Péninsule indochinoise, études urbaines.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 355 - verrons que ces critères –matériels, démographiques et organisationnels– d’identification doivent être constamment revus pour comprendre ce qu’est la ville dans cette culture particulière, sinon nous risquerions de ne trouver nulle part au Laos une ville digne de ce nom. Les hommes, une légitimation du pouvoir et du territoire Les carences démographiques et le sous-peuplement du territoire lao ont toujours été les facteurs tangibles pour l’existence du pays. La manière de conduire les hommes, d’édifier et de développer le pays était historiquement marquée par la question démographique. Au cœur même de la conception de l’unité politique et de la formation de l’Etat, l’homogénéité de la population devenait un enjeu important, un composant “ rare ” et nécessaire dans la légitimation du territoire et du pouvoir qui le composait. La population était non seulement la légitimation du pouvoir, mais était surtout la légitimation matérielle d’un territoire, dans le sens où ce territoire devrait être habité et l’espace façonné par elle et empreint de sa culture. La question démographique donnait donc à la politique lao un trait de caractère particulier et renvoyait à la manière dont les pays limitrophes conduisaient la leur à l’égard du Laos. Elle participait à la modélisation et à la construction des références et des échelles spatiales. La conception lao de l’occupation de l’espace et la notion même de territoire en dépendaient. Ainsi, le monarque -Chao phaèn dinh [g9Qkczjofyo], “ propriétaire des terres ” était-il avant tout Chao sivit [g9Qk-u;yf], “ propriétaire des vies ” : son royaume véritable n’était pas l’étendu des terres conquis et leurs richesses, mais le nombre des hommes sur lesquels il règnait. Ce caractère aurait rapproché la structure sociale et politique des Lao de la structure des peuples tribaux et nomades, dirigés par des chefs. Par ce caractère, même si ces derniers ne sont pas un peuple nomade, nous pouvons penser qu’ils ont été marqués par les longues et successives périodes de migration vers le Sud qu’ils ont connu, du moins au courant du premier millénaire. Même lorsqu’ils se sont sédentarisés et ont fondé des cités, les enjeux humains seraient restés plus forts que ceux du territoire. Nous avons déjà vu que cette notion est l’un des fondements de la conception de l’espace politique lao au sein duquel serait défini l’État. Et c’est probablement en restant des “ souverains des âmes ” que le pouvoir traditionnel lao n’a pu survivre aux changements intervenus à partir de la fin du XVIIIe siècle dans le Sud-est asiatique continental : du pouvoir souverain des âmes, on était passé au pouvoir souverain territorial.627 Un changement qui aurait été bien compris par les souverains siamois, lorsque ces derniers cherchaient à annexer les royaumes voisins : Lan Na, Lane Xang, Cambodge et Malaisie. II. III. a. 2. Le mythe de la ville invisible et l’imaginaire Le mythe de muang lap lé Muang lap lé désigne la cité invisible, la ville cachée, plus exactement « la cité qui se soustrait à la vue et à la connaissance du commun ». Mais elle serait vivante et ici maintenant. « Seuls les gens bons, observant le dharma pouvaient la percevoir. Lorsqu’on y pénètre, rien, a priori, ne distingue cette cité des autres. Les habitants vivraient sans cupidité, on serait envahi par un sentiment de sécurité, de bonheur magique et de plénitude. Il faudrait rien prendre, rien rapporter vers l’extérieur, et rien laisser si non, on perd son chemin de retour ». Tel était le mythe de muang lap lé. La conception de muang lap lé serait à la fois une théorie et un mythe. Elle n’aurait pas existé qu’au Laos, puisqu’on peut rapprocher cette notion à une théorie politique liée à l’histoire de la colonisation. Muang lap lé serait corollaire à l’instinct de préservation des peuples et de leur cité contre l’invasion étrangère. La cité invisible est un lieu protégé et préservé contre les dangers et les agressions extérieures. Pour cette raison, elle serait également liée à la protection du patrimoine et de ses richesses, garant de la souveraineté et de l’identité des peuples menacés. Muang lap lé serait aussi la représentation d’un mythe. La ville selon le Syaosavath, évoqué précédemment, serait l’une 627 P-B Lafont parle des souverains siamois à partir du XVIIIe siècle comme des « souverains territoriaux », ibid.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 356 - des représentations de ce mythe. Dans la culture animiste-bouddhiste des Lao, les cités devraient être sans cupidité, n’y vivraient que des gens bons observant le dharma. Une sorte de paradis terrestre vivant et sans culpabilité, et non pas un paradis perdu du monde judéo-chrétien. Muang lap lé incarne donc la cité idéale et la société idéale qui existent ici et maintenant, libre, dépourvue de violences et de dominations. En ce sens muang lap lé incarnerait le mythe des origines et de la finalité des cités. Il traduirait aussi dans le système de gouvernance, un projet de société, soutenu par les principes moraux animistes et bouddhistes. C’est en cela et par bien des aspects que muang lap lé peut incarner une théorie sociale et urbaine. L’imaginaire du muang des populations déplacées, privées ou exclues de leur muang Qu’est-ce que la ville, lorsqu’il n’y a plus de ville ou lorsqu’on n’accède plus à la ville ; lorsque le sentiment d’avoir perdu la ville et d’être privé d’elle ramène les images de la ville chargées de souvenirs, réels et réinventés ? Ces éléments ont-ils des influences sur la vision, le vécu et l’invention de la ville d’aujourd’hui ? Ces questions jettent un éclairage sur les coins sombres d’une réalité historique qu’une grande partie de la population lao a expérimentée durant les deux derniers siècles. Dans une certaine mesure cette expérience s’inscrit quelque part dans le subconscience culturel de la ville : pratique habitante, vision des monuments, rapport à la gouvernance urbaine et l’imaginaire du politique portant sur la ville, etc. Mise à part une culture particulière et ancienne du muang dans le monde lao tai dont nous avons évoqué le contenu, l’histoire des deux derniers siècles a exercé une influence non-négligeable sur la perception de la ville chez les Lao. Rappelons brièvement les événements historiques sans les détailler (car ils sont traités de manière plus approfondie dans d’autres réflexions de notre recherche). Effectivement suite aux événements successifs : déplacement d’une partie de la population du Laos vers la Birmanie en traversant le Siam à la fin du XVIIIe siècle, destruction de Vientiane et déplacement de sa population et de celle de Muang Phouan au Siam au début du XIXe siècle, reconstruction des villes dans tout le Laos durant la période coloniale, ruralisation de la ville durant les premières années de la RDPL, l’exile et la constitution de la diaspora lao en Europe et en Amérique. Des groupes de populations ont ainsi été extraits physiquement ou mentalement de leur ville ou de leurs lieux de vie, d’autres ont été mis à l’écart de la ville ou exilés, forcés ou volontaires. Ces faits ont forgé certaines visions et certaines manières de vivre la ville. A travers leurs visions a postériori, cinq définitions majeures de la ville semblent se constituées : l- La ville dans son état de destruction. « La ville détruite, elle n’existe plus ». C’est ce qu’avaient vécu les habitants de Vientiane et de Muang Phouan au début du XIXe siècle, lorsque leur cité réciproque a été razziée. L’image de la destruction fait alors partie du caractère historique de la ville. Les évocations plus que les descriptions à postériori des villes par leurs habitants nous sont parvenues à travers les annales de Vientiane et de Muang Phouan. Ces évocations ne parlent pas de l’espace lui-même, mais de la beauté abstraite de la ville transposée au travers des vocabulaires évocateurs de sentiments. La ville est en ce cas les ruines de la grandeur et des fastes du passé, le témoin de la fierté bafouée. Idéalisée, elle ne retrouvera jamais sa réalité, et peu à peu, elle fera partie des villes mythiques qui font miroiter ses qualités multiples et imaginaires. Dans la mentalité du simple peuple, mais aussi dans celle des politiques, elle s’installe comme un avatar de la “ ville lao authentique ”. Elle est figée dans une description fortement pittoresque : des maisons en bois sur pilotis partout, des toits à pignons jumeaux très effilés, des pieux de fondation et des remparts reconstitués, etc. C’est l’image que l’architecture officielle tente aujourd’hui en partie de retrouver. En cela il suffit de regarder le langage architectural utilisé dans les équipements publics les plus représentatifs à Vientiane (palais du gouvernement, palais de Justice, nouvelle préfecture, etc.) 2- La ville devenant celle des autres. Lorsque la ville et les villes ont été reconstruites durant la période coloniale, dans un système de gouvernance politique et urbaine inaugural, de nouvelles cultures de la ville sont apparues, avec les nouveaux acteurs, les nouvelles règles, les nouveaux habitants, etc., les Lao de souche ayant déserté la ville pour la plupart, avaient le sentiment d’être exclus, d’être à l’extérieur de la ville. Les villes qui renaissent étaient alors étrangères, hors de leursDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 357 - portées, elles devenaient celles des autres : ils ne voulaient plus y accéder, ni participer à leur construction. La ville coloniale était ainsi la ville des occupants. Les Lao s’étaient extraits donc de cette histoire urbaine. Aujourd’hui, cette vision traduite une certaine ambiguïté : il y a à la fois le refuse et le salut de la ville coloniale qui y laisse encore sa trace. D’un côté, les bâtiments coloniaux font partie de la liste des inventaires du patrimoine national à protéger, notamment à Luang Prabang et à Vientiane, où la présence de la politique culturelle et diplomatique de la France a joué un rôle important. Et de l’autre, la démolition de ces bâtiments considérée comme un fait tout à fait acceptable si besoin est ; à Vientiane comme dans les autres anciens centres urbains coloniaux et en particulier dans les provinces reculées, notamment à Attapeu où aucune liste et recommandation patrimoniale n’a été faite. Le refuse de protéger les bâtiments coloniaux et son architecture ainsi que ses trames viaires –qui ne font pourtant qu’exprimer aujourd’hui la mixité urbaine– traduit, semblet-il, ce refuse de la ville des autres. 3- La ville imaginée et idéalisée, lorsqu’on a le sentiment de l’avoir perdue, non seulement son cadre, mais aussi son mode de vie passée, est le symbole d’une vie meilleure. Ceci semble correspondre au sentiment de beaucoup de Lao de la diaspora vivant en Europe et en Amérique. La ville, voire, le pays entier qu’ils ont quitté n’aurait pas évolué, mais figé dans leurs souvenirs. La ville aurait alors été le cadre de la vie passée, confondue à la joie et au bonheur qui se sont arrêtés avec l’événement de 1975. Cette ville est celle d’avant 1975, c’est la ville de la jeunesse et de la liberté. On ne garde alors dans ses souvenirs que les belles images, occultant presque le malheur de la guerre du Viêtnam qui constituait pourtant la toile de fond des villes de l’époque. La ville est ainsi réinventée en même temps que l’embellissement des souvenirs. L’image de la ville se focalise souvent sur quelques quartiers qui ont été le théâtre de la vie individuelle et intime de chacun. Viennent parfois casser l’image, ou plutôt la vie passée et idéalisée, les souvenirs violents des premières années du nouveau régime. Ceci, pour ceux qui ont quitté le pays entre 1975 et 1982. La ville s’enlaidit alors en se confondant aux souvenirs de destruction, de perte, des camps de rééducation, de la traversée du Mékong et de communisme, etc. Beaucoup de personnes refusent de revenir au Laos, se confortant dans les souvenirs douloureux, mais de peur aussi que ces images qui étaient les raisons et les éléments justificatifs de leur exil ne soient trahis par l’actualité d’un pays qui s’ouvre et qui change. 4. - La ville interdite. Les événements de 1975 marquent la fin de la ville. Dans la mesure où les réjouissances de la ville étaient devenues interdites : lieux de rassemblement, espaces publics ou privés aléatoires (rues, lieux privés, certains lieux de cultes, réunions familiales) ou organisés (les loisirs divers et leurs lieux, les fêtes païennes et religieuses). La ruralisation de la ville amenait une autre pratique de l’espace urbain et une population rurale qui se voulait laborieuse. Pour les citadins, ce fut la fin de la ville, avec le sentiment d’être privés et d’interdits de la ville : la vie citadine devenant simplement impossible, voir clandestine. On se retire à la campagne souvent, parce que le jardin autour de la maison en ville qui était devenu productif, n’est plus suffisamment grand pour aménager les jardins potagers et l’élevage de subsistance. La ville était devenue pauvre, la consommation rationnée et réduite au minimum, la campagne se voulant productive aurait alors été considérée comme riche : la ville a dû prendre en exemple. 5. La ville des réalités du passé, c’est la ville des souvenirs qui prend une ampleur et une dimension symbolique plus grande. Les instants du passé, inscrivant ses réalités dans les mémoires individuelles et familiales étaient devenus historiques. Ce sont alors les déplacés de la fin du XVIIIe et du début du XIXe siècle avant la destruction des villes, qui auraient gardé les mémoires les plus fidèles. En ce qui concerne les anciens habitants de Vientiane et de ceux qui l’avaient quitté avant sa mise à sac en 1828-1829, nous pouvons évoquer leurs descendants qui vivent aujourd’hui en Birmanie et à la frontière birmano-thaïe, appelé les Lao Long (les Lao égarés). Intérrogés dans un Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 358 - documentaire,628 les plus âgés représentent encore Vientiane sous son visage doré, avec ses monuments et ses habitations qui pointent leurs multitudes sô-f’a vers le ciel. Vientiane, c’était aussi la richesse et la chaleur des foyers avec leurs jardins aromatiques suspendus, leurs arbres fruitiers et leurs aréquiers. Pour les plus jeunes, lorsqu’on leur demande où se trouve Vientiane maintenant, ils disent que c’est à Tavoy même, la ville Birmane la plus importante à une cinquantaine de kilomètres de leur village. Vientiane n’est plus le nom d’une capitale, mais signifie “ capitale ”. Une dame interviewée raconte que des générations passées avaient tenté de rejoindre Vientiane, mais en général, ils n’arrivent qu’en Thaïlande, et aucune nouvelle de ceux qui auraient atteint la ville des ancêtres ne leur serait parvenue. D’après une autre interview, réalisée vers 1990 par un jeune bonze de Vientiane629 auprès de la même communauté, les enfants auraient dessiné le That Luang lorsqu’il leur demande comment est Vientiane. Mais aucune image du Laos n’est repérée dans les foyers. La Ville des souvenirs des générations passées, c’est la ville imaginaire des générations présentes et à venir, mais dépourvue de toute idéologie. L’imaginaire de Vientiane continuerait à persister tant que ces derniers continuent à parler Lao avec clarté (accent de Vientiane), tel qu’ils le font aujourd’hui : leur langue rappelle leur différence parmi les communautés mônes, shanes et birmanes. Vue à travers ces définitions, la ville absente serait unique, mais possèderait plusieurs représentations qui rejoignent le mythe et l’imaginaire. Sans pouvoir les interroger de manière approfondie, nous avons tenté ici de comprendre comment la ville a été vue et vécue à travers les contextes évoqués, et surtout sous quel aspect a-t-elle été projetée dans l’espace d’aujourd’hui. II. III. a. 3. Le déplacement de la population, mode et processus traditionnel d’occupation ou d’abandon de l’espace, de développement ou de destruction des villes La constitution des ensembles politiques dépendait aussi de deux faits : déplacement forcé et migration. Schématiquement, nous constatons que derrière les longs processus d’occupation territoriale, il y avait une instrumentalisation des données démographiques qui surgissait de manière constante dans l’histoire régionale. Parfois, une population était déplacée d’un territoire vers un autre pour combler l’insuffisance de la population et de la main d’œuvre, pour constituer une conscription et prélever des taxes de capitation. Ou encore, on dépeuplait un territoire pour réduire la puissance de son pouvoir politique, que ce soit à l’échelle d’une chefferie ou à l’échelle d’un Etat. Ce phénomène était lié –comme nous l’avons souligné précédemment– à la légitimation du pouvoir et du territoire par les données humaines. Par exemple pour déconsolider l’unité politique d’un territoire constitué, les procédés n’étaient pas forcément son annexion, mais plutôt l’amputation de la population qui la composait. Ce fut le cas notamment du déplacement des habitants de Vientiane vers le Siam au début du XIXe siècle. Il existe un terme très descriptif en Lao : kouad-tone [d;f8hvo], qui signifie “ nettoyer et regrouper pour déplacer ”, que les populations lao vivaient généralement comme une rafle. Un sens tragique qui accompagnait leur mémoire jusqu’au milieu des années 1970. En fait, entre un déplacement volontaire et solidaire et un déplacement forcé, les régimes, les fondations et les guerres –connus depuis le XIVe siècle dans le Moyen et le Haut Mékong, qu’elles soient au profit du Lane Xang ou au détriment de celui-ci, recouraient aux déplacements de la population. Cette pratique devient indéniablement un fait et un trait culturel qui participe à l’identification de l’espace lao, partagée par les Siamois et les Birmans. La population était en fait une donnée importante pour la conceptualisation des établissements lao tai, mais également une 628 Cf, « The Lost Laotians for more than 200 Years » (Lao Long, manout thi keut ma peua tuk kouad tone. Les Lao égarés, des hommes nés pour être déplacés), documentaire vidéo, réalisé par Dok Champa, Etats-Unis, 2005. En Lao, sous-titrage en Anglais. Un journaliste américain et un journaliste thaï effectuent des investigations à la frontière birmanothaïe sur les clandestins sans-papiers. Ils découvrent que parmi clandestins apatrides beaucoup sont des descendants des Lao qui ont été déplacés au XVIIIe et au début XIXe siècle, et qui restent toujours sans nationalité. 629 Novice à Vat Ongtù, le jeune bonze a été boursié pour étudier en Birmanie dans un programme d’échange religieux. Il a visité trois villages du côté de Tavoy où il a rencontré les Lao de l’ancienne Vientiane.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 359 - donnée instrumentale pour des manœuvres politiques et économiques spatialisées. C’est pourquoi connaître l’origine ethnique d’un territoire donné est une tâche complexe quasi-impossible dans cette région. En occurrence, une littérature était née pour rappeler cette culture du déplacement. Celle-ci est tantôt exaltante, emprunte de ton héroïque et légendaire lorsqu’il s’agit de construire un territoire homogène. Notamment lorsque Sethathirat ordonna le peuplement de Vientiane pour renforcer son statut de capitale au XVIe siècle en faisant venir les habitants du Nord (de Luang Prabang, de Xieng Khouang, etc.), ou lorsque Phraku Gnotkéo Phonnesamek emmena depuis Vientiane une colonie de plusieurs milliers de personnes peupler Champassack vers la fin du XVIIe et au début XVIIIe siècle. Tantôt tragique lorsqu’il s’agit “ d’effacer ” un territoire, lorsque les Siamois déplaçaient les Phouans de Xiang Khouang vers le Laos occidental au début du XIXe siècle, ou lorsque les grands du royaume entrent en conflit : lorsque les princes entrent en rébellion contre le pouvoir central, il quittent le royaume en embarquant avec eux des populations croyant reconstruire ailleurs leur propre chefferie. Trimballée sans repos et parquée dans des situations invraisemblables lorsque les princes en question venaient à disparaître. Ce fut le cas des Lao déportés jusqu’en Birmanie, suite aux mésaventures des conflits princiers.630 Le Phongsavadane lao et le Tamnan Khun Bourom631 évoquent le côté héroïque de la constitution du territoire lao, et parle du déplacement de la population comme une nécessité désirée, alors que les chroniques -Phueun [rNo]- Phueun Vieng [rNo;P’] et Phueun Muang Phouan [rNog,nv’r;o], retracent dans un autre contexte de manière plus locale le drame des déplacés. A côté de cela, les autres sources d’importance secondaire sont nombreuses et disparates. Dans les années 1960-1970, le gouvernement de Vientiane et le gouvernement du Parti du Peuple Révolutionnaire Lao (PPRL) se disputaient à qui la population de tel ou tel territoire appartient-elle. On appelle cela seuk gnat pasason [glydpkfxt-k-qo. “ Guerre pour la possession du peuple ”. Le gouvernement qui rassemblait le plus de réfugiés qui avaient fui les combats et qui étaient venus chercher refuge dans son territoire se targuait être en terre de paix et que la barbarie était chez l’autre. Dans les débâcles pour mettre la population en sécurité pendant les combats, il arrivait fréquemment que le gouvernement du PPRL débâclait le bout d’un village et le gouvernement de Vientiane en débâclait l’autre bout. Les familles se retrouvaient ainsi séparées et involontairement parquées dans deux camps opposés.632 Cette culture du déplacement, comme instrument politique et économique, mais aussi –toute proportion gardée– comme garant de la face et des honneurs, a été partagée aussi par les Siamois : « il faut vider Vientiane pour qu’elle ne puisse jamais revivre », devis qui aurait été prononcé par les responsables siamois lors de la mise à sac de la ville. Conscients que Vientiane ne serait rien d’autre qu’un hameau de villages sans sa population citadine et ses princes déplacés vers la rive droite du Mékong. Nous avons déjà démontré dans notre étude traitant des « villes siamoises comme facteurs exogènes » que le Laos occidental a vu surgir des nouvelles villes dans son territoire quelques décennies après 1829. 633 630 Documentaire « Lao long, manut keut ma peua thuk kouad tone ». Op, cit. Les Lao Long seraient déplacés plusieurs fois : durant la guerre siamo-lao mais aussi avant, lorsque les princes de Nongboulamphu (Phravo et Phrata) entrent en cécession par rapport à Vientiane, ils auraient déplacé avec eux plus d’un millier de personnes. Des groupes seraient venus jusqu’à la région frontalière birmano-thaïe. 631 Version annotée par S. Viravong et version annotée par K. Vongkotrattana, puis celle ré-annotée par A. Pavie, sont considérées comme uniques sources historiques écrites. 632 Nous observons fréquemment, trente ans après, que les familles se retrouvent, les uns revenant des Etats-Unis ou de France, parce qu’elles avaient été amenées à Vientiane puis entre 1975 et 1980 avaient quitté le pays devenant des réfugiés politiques aux Etats-Unis ou en Europe ; les autres venant des zones libérées de Sam Neua. 633 « […] des groupements de populations. Et lorsque ces regroupements s’agrandissent assez, des ordonnances royales (émanant de Bangkok) viennent les statuer en cité. On peut dire que sous le règne de Rama III, le Laos occidental compte des créations de nouvelles villes plus que n’importe quel règne dans l’histoire du Siam […] ». In. La politique des deux berges du Mékong, Dalalat Métanikanonh, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 360 - II. III. b. La partition territoriale et la disparité politique du Laos durant la guerre froide La contextualisation locale des conflits mondiaux et régionaux de la guerre froide se traduit dans la politique laotienne par une disparité territoriale accompagnant une disparité politique dès la fin de la guerre de l’Indochine en 1954. Sont apparus deux pouvoirs politiques et deux zones distinctes à l’intérieur du Laos. En 1953 parallèlement au gouvernement royal de Vientiane, un autre gouvernement appelé Néo Lao Issara634 a été formé à Viengxay par le Prince Soupanouvong. Ce gouvernement contrôlait les provinces de Sam Neua et de Phongsaly dites “ zone libérée ”, alors que le reste du pays était resté sous le contrôle du gouvernement de Vientiane. Ceci, dans une monarchie reconstituée et constitutionnalisée autour de la famille royale de Luang Prabang ; le Prince de Champassak ayant renoncé à son droit dynastique en 1946. 635 Le Néo Lao Issara sera reconnu par la communauté internationale au même titre que le gouvernement de Vientiane lors de la Convention de Genève en 1954 entérinant la fin de la guerre de l’Indochine et inaugurant l’indépendance du Laos.636 Et lorsque le Royaume du Laos sera membre des Nations-Unies en 1955, le gouvernement Néo Lao Issara aura aussi son représentant. Bien que plusieurs tentatives d’unification aient été préconisées par les deux parties, la partition territoriale inévitable, une fois faite le restera pour deux décennies (c’est-à-dire jusqu’au moment où Luang Prabang et Vientiane deviennent la zone neutre lors du traité de réconciliation nationale le 21 février 1973). En 1957, sous le 8e gouvernement dirigé par Souvannaphouma, un premier gouvernement de coalition a été formé. Les provinces de Sam Neua et de Phongsaly ont été théoriquement restituées au gouvernement royal. Mais lorsque les membres du Néo Lao Hak Sat (NLHS) ont été arrêtés en 1959 les hostilités reprenaient de nouveau dans les zones de combat. En 1962, l’affirmation d’un Etat neutraliste et la tentative de formation d’un gouvernement de réconciliation et d’union nationale démontraient un désir de paix et d’harmonisation territoriale par les deux parties. Mais les conflits régionaux et mondiaux qui se localisaient dans le territoire laotien et qui se traduisaient dans sa politique nationale empêchaient toute tentative de paix. Alors que le Viêtnam Nord qui soutenait le NLHS utilisait le territoire laotien pour mener des actions dans le Sud Viêtnam, les Américains y menaient de leurs côtés des actions pour construire une barrière anti-communiste. Malgré tout, des tentatives d’union nationale se succédaient intercalées par des coups d’Etat et des remaniements politiques, alors que sur le terrain les frappes aériennes américaines et les frappes des Vietminh au sol s’intensifiaient. Ceci, jusqu’à le début tardif des années 1970. Le nombre des réfugiés connaît une augmentation exemplaire dans tout le pays. Les mouvements se faisaient des montagnes vers les plaines, de la campagne vers les villes, et de l’Ouest vers l’Est. Un dernier et fatidique gouvernement de réconciliation nationale a été formé en 1973, marquant la fin de la guerre. Mais il marqua aussi la partition du Laos en trois zones : la zone libérée occupait 4/5 du territoire, la zone neutre avec Luang Prabang et Vientiane, et la zone du gouvernement de Vientiane qui occupait le reste du territoire. Cette partition tripartite allait s’achever en 1975, le gouvernement de coalition ayant été dissout, le communisme ayant pris le pouvoir dans l’ensemble du pays sous la bannière du NLHS. Le Congrès des Représentant du Peuple prendra en main le destin du pays en le proclamant République Démocratique Populaire du Laos. 634 Néo lao Issara devient Néo lao hak sat en 1956. Cf. Annexe : « Eléments chronologique de l’histoire du Laos ». 635 Cf. Le Modus vivendi du 27 Aout 1946 prévoyait l’indépendance du Laos dans l’Union française et déterminait le statut institutionnel de la principauté et du prince de Champassak dans le futur Etat indépendant. Afin de former un Laos unifié le Prince Boun Oum a renoncé à son droit dynastique et accepte la fonction du troisième personnage du pays. 636 En cette même année : le Vietnam s’est séparé au niveau du 17e parallèle formant le Vietnam Nord et le Vietnam Sud ; l’OTASE (Organisation du traité de l’Asie du Sud-Est), organisation anticommuniste a été créée et le Laos du gouvernement royaliste en faisait alors parti. Le Laos recevait également les premières aides américaines. (Fig. 6. Op. cit. Page 43) Avancement de la zone libérée par rapport à la zone du gouvernement de Vientiane.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 361 - La création de la zone neutre en 1973 était artificielle et n’avait pas de conséquences importantes sur le plan spatial. Il était uniquement stratégique et militaire permettant aux forces du NLHS de prendre le pouvoir. C’était la partition en 1954 qui avait joué un rôle déterminant. Sur le plan spatial, cette partition territoriale était calée sur une préfiguration géographique, humaine et économique existante. Elle exprimait un déséquilibre –en terme démographique, de taux d’urbanisation, de croissance économique et de circulation des hommes, correspondant aussi à une préfiguration géographique, humaine et économique ancienne. Il y avait d’un côté, les zones montagneuses et rurales qui étaient moins développées et moins peuplées. Il y avait de l’autre, les zones de plaines et du bassin du Mékong, plus urbanisées, plus peuplées et plus développées. En fait la situation politique s’était plaquée sur une donnée géographique, humaine et économique déjà existante. C’était une forme particulière de contextualisation locale de la situation politique régionale qui rendait la situation spatiale du Laos différente des autres territoires qui ont connu une partition politique semblable. En outre, il n’était pas question de partition nord/sud (comme l’étaient le Viêtnam et la Corée) ou est/ouest, comme l’était l’Allemagne, mais il s’agit de partition entre la région de plaine et de montagne, entre les territoires vides et les territoires de peuplement. Lorsqu’ils étaient confrontés à la partition territoriale et à la disparité politique, le et les modèles de ville et d’établissement lao, forgés de manière exogène et endogène, telle que nous l’avions évoqués précédemment, aboutissaient à deux formes et deux modes de fonctionnement différenciés. Sur le plan spatial, il est important de comprendre quelle conséquence avait la partition politique et territoriale sur la configuration spatiale et sociale de ces zones, quel type d’espace et quelle ville vivait-on. II. III. b. 1. La zone libérée La zone libérée était d’abord constituée de deux provinces, Phongsaly et Sam Neua. Elle a été formée en 1953 et reconnue en 1954. Son gouvernement, qui s’auto définissait comme révolutionnaire et qui était dirigé par la section lao du PCI et donc étroitement soutenu par le Viet Minh, s’installait à Viengxay. La petite ville devenait la capitale de la zone libérée et le quartier général de la force armée révolutionnaire. En 1957 lorsque deux provinces ont été restituées au gouvernement de coalition nationale de Souvannaphouma, la restitution n’a pas été effective : les deux provinces continuaient à être le quartier général du NLHS. Et lorsque le deuxième gouvernement de coalition nationale tripartite fut créé, à l’issu de la convention de Genève de 1962 qui devrait garantir la neutralité du Laos, la force du NLHS a occupé la province de Luang Nam Tha et l’a intégré dans sa zone de contrôle. Celle-ci représentait alors 2/3 du territoire du pays, alors que la population représentait 1/3 de sa population totale. En 1969, le territoire qu’il contrôlait a dû passer à 4/5 du territoire national et le nombre de la population représentait alors la moitié de la population du pays.637 La question spatiale dans la zone libérée Les villes ou villages existant dans la zone libérée étaient, dans leur ensemble, peu peuplés et étaient distancés des uns des autres, ce qui leur conférait un caractère parsemé et rural. Dans la première décennie, la construction de cette zone était difficile pour le NLHS qui devrait concentrer ses efforts pour créer des avancées militaires dans les zones contrôlées par le gouvernement de Vientiane, afin de se munir des moyens de négociation sur la scène politique. Il était préoccupé aussi à créer une cohérence et une harmonisation idéologique pour consolider la zone libérée par rapport à une réalité historique et gagner l’adhésion de la population. Beaucoup de villages ont été désertés ou abandonnés pour des regroupements afin de se sécuriser lors des combats. La désertification de la zone libérée était aussi le fruit de l’abandon : beaucoup de villageois rejoignaient la zone contrôlée par le gouvernement de Vientiane, en particuliers ceux qui étaient 637 In. Phongsavanh Boupha, Le développement de l’Etat lao, imprimerie Nakhone Luang, 2005, (en Lao)Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 362 - attachés au système ancien de pouvoir : les khun, les tassèng, les Tiao muang. La conception de la zone libérée étant fondée sur la pensée révolutionnaire communiste, lors de la libération de 1962, les notables des provinces libérées ont été souvent emprisonnés et parfois assassinés pour “ complicité ” avec le gouvernement royal. 638 C’est à force de propagandes que peu à peu, le petit peuple finissait par adhérer au NLHS. Au courant des années 1960, les combats étant intensifiés avec les offensives américaines, les zones libérées ont été menacées. L’intensification des frappes aériennes à partir de 1964, a beaucoup détruit les établissements et les villes anciennes du Laos (monuments, stupas qui étaient la plupart du temps construits sur les collines selon des traditions du Nord, comme les stupas de Luang Nam Tha, de Oudomxay, de xiang Khouang) mais aussi les zones agricoles en activités et les terres fertiles. Les traces de ruines issues des bombardements étaient nombreuses sur les routes à Houa Phanh et de Xieng Khouang. Les habitants ont dû fuir les combats et s’abriter dans les grottes où ils ont dû en faire leur habitat, avec l’aide des troupes de l’armée populaire dans certaines zones. La ville de Viengxay se construisait ainsi au cœur d’un ensemble de montagnes et de falaises karstiques. Les grottes existant furent investies et d’autres créées artificiellement pour en faire des habitations des dirigeants ; des dispensaires, des écoles, des pagodes y furent également installés, et au moment des bombardements la population pouvait y trouver refuge. Les équipements administratifs ont été bâtis dans les parties dégagées de la ville. C’était une architecture moderne des années 1950-1960. Il y avait de petits groupes d’habitations pour faire bonne figure de ville. Les résidences des dirigeants étaient construites en retrait, dans les parties plus couvertes, au pied des falaises où étaient aménégés les grottes. Dans leurs ensembles, ce sont des constructions de belles factures qui s’intégraient magnifiquement dans le paysage et dans le climat –le plus rude alors du Laos. Entre un choix architectural, très au faîte de la modernité et du luxe non-envieux à celui de Vientiane, et la rudesse de la pensée révolutionnaire ; entre une poésie paysagère et environnementale exceptionnelle et la violence de la guerre, la résidence du Prince Souphanouvong offre une image décalée. La zone libérée, un État parallèle La zone libérée possédait un système de fonctionnement digne d’un vrai État. Sa structure administrative et politique était basée sur deux grands organes politiques : - le Parti du Peuple Lao (PPL) “ Phak Pasason Lao ” 639 a été fondé le 22 mars 1955. Il était dérivé du Parti Communiste Indochinois (PCI) fondé en 1930 et dont la section lao a été créée en 1934. Le parti était une oligarchie qui monopolisait le pouvoir et donnait les directives politiques à suivre au NLHS (ou anciennement le NLI). Le pouvoir est tenu par le secrétaire Général du PPL et ses membres dirigeants. 638 Les premiers emprisonnements et exécutions sommaires dans les villages ont lieu bien après le milieu des années 1950. C’est à la libération de Luang Nam Tha en 1962 que nous avons pu avoir des témoignages de ces faits. Un certains nombre de pho ban, de tassèng et de tiao muang de Luang Nam Tha auraient été exécutés et de nombreux réfugiés seraient descendus vers Houayxay, fuyant devant les forces communistes (Cf. Histoire de la famille de mes informateurs : une famille lü d’ancien pho ban dans la province de Luang Nam Tha, une famille d’ancien tiao muang de Sam Neua). Contrairement à la conception générale qui considèrait dans les années 1960 que les habitants de la zone libérée étaient tous révolutionnaires, dans les provinces libérées on comptait aussi les opposants de la révolution. Pendant la guerre froide les actes de violence ont été de fait commis par les deux parties. Rétrospectivement le NLHS semblait être conscient de ses erreurs puisqu’il “ adoucissait ” ses méthodes dans les zones qu’il allait libérer dans les années qui ont suivies. Car désigner certains groupes de population comme « partisans des impérialistes » suivies des exécutions sommaires risquaient de déserter la zone sensée de leur servir de base. De l’autre côté, mes enquêtes auprès des anciens Thahan Team (soldats formés et engagés à la solde par les Américains, séparément de l’armée nationale) ont montré que les violences du même genre avaient également été commises par l’armée du gouvernement de Vientiane. Pour illustrer cette situation, mes enquêtes auprès des familles originaires de Sam Neua ont révélé un phénomène étonnant : lorsque à tour de rôle les forces armées de Vientiane et celles de la zone libérée se relayaient pour contrôler les villages, certains po ban et certains tassèng ont dû organiser des cérémonies de serment successivement aux deux armées opposées pour sauver la vie de l’ensemble des villageois. 639 Le PPL, Parti Populaire Lao, (Pak Pasason Lao radxt-k-qo]k;) devient en 1972 le PPRL, Parti du Peuple Révolutionnaire Lao (Pak Pasason Pativat Lao radxt-k-qoxt8y;af]k;.) Fig. 86. Bâtiment administratif de Viengxay Fig. 87. Le jardin de la résidence du Prince Souphanouvong reliant la résidence à son abri troglodyteDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 363 - - le Néo Lao Issara (NLI) a été fondé en 1950 par le Prince Souphanouvong à partir d’une petite fraction du Lao Issara. 6 janvier 1956 le Néo Lao Hak Sat (NLHS) a été créé remplaçant le NLI. Le NLHS est élu par le peuple. Son Comité Central était composé de 40 membres suprêmes. 11 membres du Comité Central constituaient les membres permanents. L’un des 11 était élu Président du NLHS, et 3 des 11 étaient élus vices présidents. Les trois Vices-présidents étaient des représentants respectifs des Lao Loum (Lao des plaines), Lao Theung (Lao des Hauts plateaux) et Lao Soung (Lao des montagnes).640 A côté des 11 membres permanents il y avait le Secrétaire Général du NLHS. Le Comité Central Permanent était dirigé par le Comité Politique du PPL et son Comité Central. Chaque organe et bureau exécutif était équivalent à un ministère : organe décisionnel suprême, l’armé de libération du peuple, bureau administratif du Comité Central du NLHS, bureaux administratifs, bureau des luttes politiques, bureau des affaires étrangères, bureau des propagandes, bureau des séminaires et de la culture, bureau des affaires éducatives, bureau des affaires économiques et de la production, etc. Le développement de la zone libérée En 1968 dans la zone libérée y vivait la moitié de la population du pays. Du territoire qui représentait 2/3 du territoire national en 1962, il passait à 4/5 en 1968. En 1970 la zone libérée était composée de 12 provinces, dont 60 muang, 600 tassèng et plus de 10 000 villages,641 dans une zone majoritairement montagneuse très rurale et avec peu d’infrastructures routières. Le NLHS, et derrière lui, le PPL devrait non seulement contrôler politiquement cette partie du pays, mais aussi la gérer et la faire vivre économiquement. Ces questions impliquaient globalement l’organisation du travail de production et de sa répartition. Le système étant basé sur la force du prolétariat dirigé par le parti marxiste-léniniste, l’organisation du travail devrait alors être collective. Mais dans la pratique, le PPL a dû prendre en compte la réalité de la paysannerie et de la ruralité laotienne à la place d’un prolétariat théorique d’une société industrielle et urbaine. Il a dû également se rendre à l’évidence que la mise en application de l’idéologie pure et simple ne pouvait pas passer comme telle. Il était important d’avoir le peuple dans son camp. Le phénomène de réfugiés qui rejoignaient les zones du gouvernement de Vientiane a été une alerte pour les futures stratégies politiques du PPL et du NLHS. Il fallait reconstruire la société et l’économie de la zone libérée qui partait sinon en lambeau, sans mettre en fuite la population dont la majorité était restée attachée aux valeurs anciennes de manière récalcitrante. Avec les aides des pays socialistes, le Viêtnam Nord, la Chine et l’ancien URSS, le PPL et le NLHS installaient les unités de production de l’Etat semi-industrielles : ateliers et usines de confection, usines de meuble et scieries, fermes d’Etat, usines de médicaments, etc. Ces unités de production participaient surtout à l’effort de guerre. L’économie à l’échelle individuelle et familiale restait réduite et se basait sur la structure de subsistance traditionnelle comme elle l’était autrefois. La monnaie de la zone libérée –le nouveau kip– qui avait été mise en circulation en 1968 n’a pas vraiment été utilisée du fait des circuits fermés des échanges commerciaux, quasi inexistants. Le domaine de l’éducation avait été planifié : les écoles primaires et secondaires ainsi que les formations professionnelles, créées. Les maîtres ont été formés, les manuels scolaires et les programmes artistiques créés. L’objectif étant de former des bras, mais aussi des élites dans la zone révolutionnaire et endiguer la population contre le gouvernement de Vientiane. La formation des ressources humaines dans son ensemble, comme l’installation des petites industries, a été soutenue par les autres pays socialistes. Des bourses d’études ont été nombreuses pour étudier en Chine et en Union Soviétique. Sur ce, comme l’a noté Phongsavang Boupha, la résolution du IIe Congrès du 640 Vocabulaires officiels et arbitraires utilisés pour classer les ethnies du Laos en suivant la logique géographique verticale. Les Lao Loum désignent les laotiens de parler Tai Lao, les Lao Theung de parler Môn-Khmer et les Lao Soung de parler Myo Yao. 641 Phongsavanh Boupha. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 364 - NLHS642 qui avait régi la nouvelle politique, avait gardé dans ses démarches certaines valeurs liées au régime des sakdina, tel notamment le respect de la monarchie et de la religion. Et dans son ensemble, les projets politiques du IIe congrès avaient été largement bénéfiques de l’intérieur pour consolider l’adhésion populaire et rehausser l’image du gouvernement de la zone libérée. C’est donc après la mise en œuvre de ce nouveau projet politique de 1964, puis du IIIe congrès en 1968643 que certaines catégories de la population ont pu être attirées par les idées du NLHS. Un nombre non-négligeable d’intellectuels ont rejoint la zone libérée. Sa cote de popularité était au summum, au fur à mesure que les frappes aériennes américaines s’intensifiaient dans le pays. Vis-à-vis de l’opinion internationale, un véritable programme de propagande a été mis en place pour offrir au monde une belle image de la zone libérée et de la révolution laotienne. Celle-ci serait multiethnique et progressiste, respectueuse des traditions, des croyances, et prônant la liberté. Elle voulait communiquer au monde et dans l’air du temps “ la passion du peuple lao qui combat pour la liberté ”. Afin de mener à bien cet objectif, les journalistes, les diplomates et les politiques étrangers ont été invités à visiter la zone libérée. Des conseillers soviétiques ont été sollicités pour réaliser des documentaires filmés ou photographiés. Ces documents précieusement archivés au centre des archives cinématographiques nationales constituent aujourd’hui des œuvres artistiques de grands intérêts, car ils ont été le fruit des mises en scène ou des scènes reconstituées, témoignant du besoin fondamental d’image de représentation, passant nécessairement par la propagande qu’il a fallu réaliser644 II. III. b. 2. La zone du gouvernement de Vientiane La zone du gouvernement de Vientiane comptait les villes les plus peuplées, situées généralement le long du Mékong et dans la basse vallée. Elles se développaient plus rapidement que celles de la zone libérée qui étaient en rupture et décalées bien qu’elles aient occupé un territoire beaucoup plus important. Si la zone libérée connait à cette époque une guerre intensive, notamment les bombardements de ses villes et villages, ses monuments et ses terres agricoles, les grandes villes du Mékong –la capitale et les capitales provinciales– jouissaient d’une paix relative. Ce qui permettait à cette zone d’évoluer de manière plus naturelle, du moins, moins en décalage par rapport au reste de la région du Sud-Est asiatique incarnée à proximité par la Thaïlande voisine. Mais la paix dans la zone du gouvernement de Vientiane était artificielle : les coups d’Etat et les changements de gouvernement étaient tels que la politique laotienne était souvent incompréhensible par le commun des Lao, qui était parfois incapable de connaître le nom de son Premier ministre du moment. Par exemple entre 1959 et 1969, il y avait plus de sept gouvernements, trois coups d’Etat, et pas moins de dix arrestations et assassinats d’homme d’Etat. 645 N’acceptant pas que le pays devienne indépendant en 1954, l’opposition considère cette zone comme une nouvelle forme de colonie occidentale. 646 Du côté du gouvernement de Vientiane, 642 Le IIe congrès du NLHS a été tenu à Sam Neua en avril 1964. Il fixe un nouveau programme politique et des nouvelles stratégies. Dans la lutte intérieure armée, il préconisait de s’appuyer sur les minorités ethniques qu’il allait rassembler et endiguer dans la lutte. « Le nouveau projet politique doit montrer qu’il respecte la royauté, la religion, la morale, qu’il développe et promeut l’esprit démocratique du peuple lao dans son ensemble, qu’il agit pour l’égalité des sexes et pour la création d’un gouvernement souverain et national, qu’il est contre l’ingérance étrangère et compte œuvrer pour faire respecter les conventions de 1954 pour l’indépendance et celle de 1962 pour la neutralité du Laos ». Cf. Phongsavanh Boupha. Ibid. 643 Le IIIe congrès du NLHS a été tenu à Viengxay en octobre 1968. Il reprenait les mêmes points que celui de 1964 mais intensifiait ses actions politiques et de propagande pour drainer les intellectuels encore hésitants. Il visait cette fois-ci les étudiants laotien en Europe qui se préparaient à rentrer au Pays et la population des zones du gouvernement royal. 644 Cf. Les archives du centre cinématographique national de Vientiane. Une série de photographies ont fait l’objet d’exposition au centre de langue française en 2007. 645 Cf. Annexe : « Eléments chronologiques de l’histoire du Laos ». 646 Une partie du Lao Issara est engagée dans le PCI. Et en effet, il ne s’agit pas seulement d’obtenir l’indépendance comme ce fut la volonté de la majorité des Lao Issara et de son noyau dont les valeurs étaient restés attachées à la tradition, à la monarchie et à la religion bouddhiste. Mais il s’agit d’instaurer au Laos et dans toute l’Indochine un système de gouvernance basé sur une dictature prolétarienne selon le modèle marxiste-léniniste, par la force du prolétaire et du paysan et par la révolution idéologique. La scission du Lao Issara n’avait donc pas ses racines dans le conflict éventuel de la décolonisation, mais dans l’adhésion idéologique hétérotopique d’une partie de ses membres au PCI. Le conflit Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 365 - il se retrouvait conforté dans sa légitimation par le symbole historique, identitaire et unificateur autour du pouvoir traditionnel qu’est la royauté. Le caractère unificateur et identitaire est important à souligner, car la fraction de Vientiane mettait tous ses efforts pour préserver ce symbole. Le renoncement au droit dynastique de la maison royale de Champassak qui avait permis la formation d’une seule monarchie faisait partie de ce même désir de préservation et de renforcement du symbole. A cet égard, le renoncement au droit dynastique de Champassak devrait être revu par l’histoire contemporaine du Laos comme un grand pas en avant ; dans le cas contraire, une sécession dans le Sud du pays n’aurait pas été impossible, elle était même à craindre à l’époque.647 Le système politique de Vientiane étant une monarchie constitutionnelle, la démocratie était assurée par la répartition des “ six ” pouvoirs : l’exécutif, le judiciaire et le constitutionnel constituaient les trois pouvoirs fondamentaux propres aux systèmes démocratiques. Le Laos se dotait de trois autres pouvoirs qui provenaient de ses traditions : les pouvoirs monarchique et ecclésiastique symbolisaient l’unité nationale. Le roi ne gouvernait pas, mais régnait, le clergé ne participait pas à la prise des décisions, mais avait pour rôle de régir la vie spirituelle. Le sixième pouvoir consistait dans l’organisation et la répartition réelle du pouvoir dans l’organisation clanique de la société. Non-formalisée et non-institutionnalisée, cette structure organisait la société et ses affiliations politiques. Elle pouvait réguler les conflits politiques dans une société en apprentissage des élections libres et du multipartisme. Malgré la perversion de la vie politique laotienne dans le contexte de “ la guerre secrète ” menée par les Américains, le système de Vientiane avait des principes démocratiques qui avaient permis la naissance de plusieurs partis et organisations civiles ou associatives. La vie politique entre la fin des années 1950 et la fin des années 1960 a été alors animée par plusieurs partis,648 y compris le parti de l’opposition, le NLI (ou le NLHS) qui avait son siège officiel et ses membres à Vientiane. Même si les débats politiques étaient difficiles dans le contexte de la guerre et de l’ingérence étrangère, qui faisaient que les partis naissaient et disparaissaient et les hommes politiques menacés, la création des partis politiques mettait en évidence l’intérêt que la population instruite portait au devenir du pays et son désir de participer à sa construction, sans exclure parallèlement son désir de constituer des réseaux d’intérêts et d’influences, suscités de manière latente par le mode et la structure sociale et politique traditionnelle.649 Sous pression américaine, le gouvernement de coalition tripartite de 1962 a perdu toute sa crédibilité. Le pouvoir était monopolisé par la droite, partagé “ à l’arrache ” avec les forces neutralistes, mais sans la participation des membres du NLHS qui finissaient par déserter le gouvernement. Un certain déséquilibre venait entériner l’insuccès de ce partage du pouvoir, ce qui a amené deux coups d’Etat successifs : celui du Général Siho associé au Général Kouprasit Abhay le 19 avril 1964 (l’année où le gouvernement de Vientiane a accepté les interventions américaines) idéologique mondial s’était contextualisé et localisé par la guerre dans un Laos dont la population ne prenait pas part. Il trouvait son terrain de prédilection dans le milieu de l’intelligentsya locale convertie aux idéaux communistes durant la colonisation. 647 L’idée de « sécession » du Sud avait effectivement traversé les esprits politiques, lorsque les manoeuvres d’unification nationale essuyaient des échecs répétitifs et lorsque certaines fractions désapprouvaient la politique de Souvanna Phouma considérée comme trop complaisante vis-à-vis du NLHS vers la fin des années 1960. 648 Notamment : le Parti Progessiste (Phak Kaona), le Parti Libéral (Phak Séri), le Parti de l’Union pour la Coalition Lao (Phak Lao Houam Samphanh), le Parti Social Démocrate (Phak Pasa Sangkhom), le Parti Neutraliste (Phak Peng Kang), le Parti de l’Union Centraliste Patriotique (Phak Khana Houam Peng Kang Hak Sat), le Parti de la Voie de la Jeunesse (Phak Néothang Noum). 649 Un ancien Lao Issara et homme politique rappelle que la vie politique dans les premières années après l’indépendance était animée dans une sorte de “ fraternité admirable ” par une classe politique de “ l’ancienne école ” qui était quasiment toute issue de la même formation à la française. Les hommes politiques lao à la sortie de l’indépendance étaient peu nombreux. Ces derniers, même s’ils avaient des idées différentes et provenaient des régions et des origines familliales différentes se respectaient mutuellement et s’échangeaient volontiers. Ils n’envisageaient pas “des coups bas” comme cela se fera plus tard dans les années 1960. Une des raisons était qu’ils étaient quasiment tous issus de la même école et plus jeunes ils partageaient les mêmes dortoirs, étaient éduqués par les mêmes Vénérables lorsqu’ils étudiaient à la pagode. En occurrence et dans beaucpup de cas, quelques dirigeants du NLHS étaient leurs amis des années du novicéat. Plus tard les rapports de forces changeaient les comportements politiques. La jeune génération tenait de plus en plus les postes décisionnelles les plus stratégiques, en particulier lorsqu’interviennent les Américains.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 366 - puis celui du Général Phoumi Nosavanh en février 1965. Les aides militaires et financières américaines soutenaient à elles seules, le gouvernement de Vientiane en décomposition. Les retombées économiques de la guerre, les caisses noires rendaient de plus en plus dépendants les groupes d’influence et la politique du pays vis-à-vis de la politique américaine. Le fléau de la corruption, la lutte d’influences et de clans et l’abus de pouvoir, sévissaient le pays et l’appareil gouvernemental, paralysant les actions politiques les plus constructives. Bien que le Laos soit partitionné politiquement, il n’a pas été séparé en deux États, comme l’étaient le Vietnam Nord et le Vietnam Sud. L’image du Laos et son territoire restaient entiers, suivant sa configuration de 1946 lorsque les provinces de Xayaboury, Xédaun et Champassak lui furent restituées par la Thaïlande au traité franco-thaï de Washington. La vision territoriale dans les deux zones respectait naturellement cette configuration : pour le gouvernement NLHS, le Laos ne s’arrêtait pas aux zones qu’il contrôlait, de même pour le gouvernement de Vientiane, le Laos était les 16 provinces qui ont été définies en 1961,650 même si entre 1953 et 1973, il perdait progressivement le contrôle de ces provinces. Du point de vue administratif et de l’organisation territoriale de l’ensemble du pays le gouvernement royal continuait à enregistrer les provinces de la zone libérée comme faisant partie intégrante de son administration. Un phénomène d’unités administratives provinciales, emboitées les unes dans les autres, était à remarquer : le gouvernement royal continuait à nommer les gouverneurs de Phongsaly, de Sam Neua, d’Attapeu, de Saravanh, etc., pourtant prises et intégrées progressivement dans la zone libérée qu’il ne contrôlait plus. Par exemple pour la province de Phongsaly, le siège du gouverneur se trouvait dans la province de Luang Prabang, avec très peu de populations. Par ailleurs, certaines provinces pouvaient être, à un moment donné, divisées, par exemple la province de Xayaboury divisée en trois : Xayaboury, Paklay et Hongsa. II. III. c. Les données socioéconomiques La volonté de réconciliation nationale semblait avoir été sincère pour les deux parties et se traduisait par les efforts de la classe politique, notamment les neutralistes incarnés par Souvanna Phouma, pour faire des traités de paix et former une gouvernance de coalition nationale, bien que ces efforts se soient soldé chaque fois par des échecs, et les nombreux plans d’actions reconduits ou différés. La politique de propagande menée parallèlement et en contradiction dans les deux zones accentuait au contraire la division et conduisait vers des tensions politiques entravant le plan de paix et de réconciliation. Elle accusait en occurrence une réelle disparité et un déséquilibre socioéconomique du territoire dans son ensemble. Déséquilibre, déjà préexistant dans l’histoire entre une zone riche et peuplée et une zone plus pauvre et sous peuplée, qui ne sera jamais corrigé tout le long de la guerre froide. Il formait au contraire les arguments pour les deux parties à agir selon ses convictions. Les villes de la vallée du Mékong ont été perçues à travers la littérature et la propagande communiste comme « des villes socialement et économiquement prédatrices, exploitatrices et abusives de la main d’œuvre du pays. Le peuple, la classe paysanne et prolétarienne ont été exploités de manière inhumaine. » C’est une perception qui allait marquer pour longtemps le pays et la société laotienne. Dans la réalité, des nuances sont à observer. Les biens et les services se concentraient effectivement dans la capitale et les grandes villes provinciales. Favorisées dans l’histoire par une situation géographique du Mékong et de la plaine, où la circulation des hommes et des produits était plus facile et leur échange plus fructueux. Si la vie économique se décollait lentement après l’indépendance, elle devenait plus dynamique à l’approche et au courant des années 1960. Les aides américaines arrivaient dans le 650 Durant la période coloniale le Laos avait 12 provinces réparties sur deux zones, haut Laos et bas Laos. En 1961 quatre autres provinces ont été créées, ce qui faisait augmenter le personnel administratif dans l’ensemble du pays.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 367 - pays dès 1954 pour faire barrière contre l’avancée du communisme dans l’Asie du Sud-Est. Ces aides étaient intercalées par des menaces de rupture lorsque le rapprochement entre le gouvernement royal et le NLHS se faisait nettement senti avec la mise en place des plans de réconciliation nationale. A Vientiane et dans les autres villes du Mékong, il y avait plus de monde, d’industries, et donc, d’emplois, de terres à cultiver, de sécurités, de services et d’équipements. Les lieux de loisirs, les écoles, les dispensaires et les hôpitaux ont été construits. 651 Les populations des autres zones plus menacées par la guerre, venaient se réfugier nombreuses dans la zone du gouvernement de Vientiane. Les unes rejoignaient une partie de leur famille déjà installée, les autres venaient chercher du travail ou fuyant les combats. Dans son ensemble, la population laotienne était peu mobilisée par les idées politiques, dont elle ne comprenait pas la complexité. Elle désirait vivre en sécurité à l’abri des combats, trouver de l’emploi et pouvoir travailler ses rizières et ses jardins, envoyer les enfants à l’école et se soigner convenablement, vivre en ville et trouver les lieux d’agrément et de loisir librement. Deux organismes avaient joué un rôle important dans le développement du pays : le ministère du Plan et de Coopération (appelé “ Le Plan ”) et la Banque de Développement du Laos (BDL). Le Plan ainsi que la BDL ont été créés vers la deuxième moitié des années 1960, afin de coordonner les projets de l’Etat et soutenir les initiatives privées dans certains secteurs de développement. Les priorités étaient axées sur deux secteurs, l’agriculture et la production d’énergie, puis orientées vers l’aménagement du territoire et la répartition des richesses sur l’ensemble du pays. Dans le domaine de l’agriculture, ont été mis en place des projets pilotes : projets de périmètres irrigués de Hat dork kéo, de fermes expérimentales d’État, des périmètres irrigués (Thang Ngon), des supports techniques et organisationnels agricoles. Ainsi a été introduit pour la première fois au Laos le système de coopérative à la française qui devrait permettre une amélioration des échanges entre agriculteurs (échange de grains et des savoirs notamment), une meilleure production et distribution. L’objectif était de soutenir les revenus de la classe paysanne et productrice, de permettre à cette dernière d’accéder aux marchés intérieurs directement sans passer par les intermédiaires commerçants qui gagnaient de l’argent « sur le dos des petits producteurs et des consommateurs ». 652 Le domaine de l’énergie était surtout orienté vers l’hydroélectricité avec l’achèvement de la construction de trois barrages (Nam Ngum, Xélabam, Xédaun) à la fin des années 1960. La quantité de l’énergie permettait de nourrir suffisamment le fonctionnement des industries qui n’étaient pas très nombreuses, mais aussi les villes et petites villes. La BDL accordait des prêts à des taux raisonnables pour permettre aux privés d’investir. Ces différents programmes étaient très importants à l’échelle locale. Ils donnaient une vivacité générale au décollement économique du pays. A côté du fléau de la corruption, du trafic d’influence et d’abus de pouvoir qui entravaient bien souvent les actions civiques et citoyennes, le développement du Laos pendant la guerre froide donnait de l’espoir au commun des Laotiens. Si les priorités sectorielles avaient été pratiquées et expérimentées de manière plus ou moins réussie, l’aménagement territorial et la répartition des richesses restaient cependant théoriques. Leur réalisation a été empêchée par la guerre comme nous l’avons déjà noté. Le développement rural ainsi que celui des infrastructures était à considérer seulement autour des centres régionaux. Les chefs-lieux des provinces étant seulement des bureaux administratifs, ils ne pouvaient pas fournir un cadre technique adéquat. Il n’était donc pas possible de mener des projets de manière répartie dans les coins les plus reculés qui en avaient vraiment besoin. Mise à part la difficulté de mise en œuvre 651 Tel l’hôpital OB (Operation Brotherhood) à Vientiane dont le corps médical était majoritairement Phillippin. Pro amécicains avec la Thaïlande, ces derniers accueillaient les bases aériennes américaines qui allaient avoir un rôle important pour les frappes aériennes au Laos : trois millions de tonnes de bombes allaient y être lâchés entre 1964 et 1971. 652 Recueillis des propos de Phomma Sayarath, ingénieur responsable de la coopérative de Thang Ngon vers la fin des années 1960. Cf. « fassicule de sensibilisation pour la coopérative » (1969) Tab. 18. Répartition des investissements industriels 1966-1972 Tab. 17. Quelques chiffres montrant l’un des aspects du sousdéveloppement du Laos à la fin des années 1960Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 368 - de l’ordre technique et budgétaire, la guerre servait de prétexte pour concentrer les efforts sur les villes les plus proches du Mékong, mettant à l’écart les autres régions montagneuses, notamment celles de la zone libérée. Cette mauvaise répartition des richesses et du progrès, due en grande partie aux contextes politiques, devenait des arguments utilisés par l’opposition qui considérait que le régime de Vientiane avait infligé tous les maux au pays. Et c’est ce qui justifiait la guerre menée par le NLHS “ pour le libérer ”. La zone du gouvernement de Vientiane offrait donc de fait et malgré tout un cadre favorable, une vie de plus en plus citadine et occidentalisée. Par le nombre des observateurs et des conseillers étrangers qui y venaient nombreux effectuer leur mission, l’emploi lié au domaine des services et l’immobilier de location se développaient. Alors que la guerre était au summum de sa violence, la population de Vientiane, de Luang Prabang, de Paksé, de Savannakhet, enfin ceux qui avaient les moyens ou qui cherchaient à en avoir, vivaient dans l’instant et dans l’insouciance. L’image qu’incarnaient les années 1960 et le début des années 1970, affichait une société opulente, joyeuse, jeune et pleine de vie. Le cinéma a été importé par le biais de la Thaïlande et on commençait aussi à le produire dans le pays, ainsi que le théâtre moderne. Les loisirs et la vie nocturne, peu connus auparavant, faisaient leur apparition. Les musiques –le rock et le swing– berçaient la jeunesse et animaient les soirées de la bourgeoisie des villes. L’image de ce bonheur artificiel contrastait tant avec la vie dans la zone libérée. Malgré cette artificialité, Vientiane ne produisait pas que la jeunesse dorée. Elle produisait aussi une petite intelligentsia locale, consciente de la précarité du monde dans lequel elle vivait : la guerre, l’injustice sociale et la fracture interne de leur propre société. Les uns par révolte devenaient alors partisans de la zone libérée et épousaient ses causes, sans en connaître la finalité réelle. Les autres plus réalistes faisaient leurs les problèmes et les affrontaient à leur manière. Nous pouvons évoquer ici les jeunes militants qui s’engageaient dans les partis politiques ou les organisations civiles, ou qui fondaient leur propre parti. Puis il y avait aussi les écrivains et compositeurs qui dénonçaient de l’intérieur les problèmes sociaux et les injustices, la corruption matérielle et l’argent facile, mais aussi la corruption idéologique, mettant en garde contre la séduction idéologique du communisme.653 Mais dans l’ensemble du pays l’économie étant dépendante de la guerre, « perfusionnée par les aides internationales » et surtout américaines, l’artificialité économique et la paix dérisoire des villes du Mékong finissaient par remporter sur une recherche de véritable santé économique et sociale. La vie étant value ce qu’elle devrait valoir durant la guerre, la société étant fracturée et tenue artificiellement par l’illusion d’une paix et d’une réconciliation nationale chaque fois détruite ou reconduite, les gens semblaient alors vivre une joie autant qu’ils pouvaient la vivre et l’espérer d’un monde qui était en train de s’écrouler. L’aspect d’un pays sous-développé caractérisait alors le Laos de la fin des années 1960. Outre par son caractère social que nous venons d’évoquer, cet aspect peut être illustré par les données économiques. II. III. d. Le grand tournant spatial des années 1960 : expansions urbaines, modes et processus de développement, acculturation des modèles extérieurs Le développement urbain et la production architecturale des années 1960 ont constitué le tournant spatial du XXe siècle, voire, probablement celui des trois-quatre derniers siècles du Laos, toute proportion gardée. De l’échelle individuelle et privée établie entre l’habitat et les équipements communautaires (monastères, ruelles, marchés de proximité), des règles consensuelles et du savoirvivre entre différents membres sociaux et par rapport aux esprits protecteurs des ban et de la ville 653 On peut évoquer les textes de Khamla Nokéo poète et compositeur qui, avec les titres comme « l’argent » (ngneun) et « l’être humain » (khonh), dénonçaient la corruption et l’abu du pouvoir de l’ancien régime, mais n’a pas été inquièté pour cela. Au contraire il avait été considéré comme un manipulateur des mots très aprécié. L’ancien régime semblait traiter ce poète avec égars. Par contre le texte intitulé « où est la paix ? » (santiphab yusaï ?) en 1973 l’avait envoyé en prison de Samké par le NLHS en 1975. Après sa libération quelques années plus tard il partira rejoindre ses enfants aux Etats-Unis. Tab. 19. Investissements industriels tous secteursDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 369 - traditionnelle, la ville était passée clairement à une échelle plus grande et devient systémique. La ville doit se plier au système urbain qui s’établit alors à travers le nouveau développement. Provoquées par de multiples facteurs, situations et contextes, notamment l’indépendance et le contact direct avec l’Occident moderne (non plus seulement colonial), partition territoriale et politique du pays, guerre froide, etc., les villes du Laos commençaient à entamer une période importante de mutation : formation des établissements urbains de nouveaux types, nouvelles formes de répartition des hommes à l’échelle du territoire et à l’échelle urbaine, nouveaux partages inégaux des biens et des services. Une nouvelle production architecturale et urbaine apparaissait, inaugurant une période de transition urbaine et caractérisant le Laos des années 1960. C’est ce que ce paragraphe propose de brosser. II. III. d. 1. La création d’établissements de nouveaux types liés à la guerre Dans les années 1960, s’étaient constitués trois types d’établissements qui étaient différents des occupations constituées avant et pendant la période coloniale. Ceci, tant du point de vue des habitants qui les composaient que du point de vue de la motivation ou de la raison de leur constitution. Il s’agissait des établissements dont les objectifs étant d’être le refuge, le relais militaire et le lieu d’acheminement des réfugiés. Leur existence était plus ou moins importante, et plus ou moins pérenne, nous prenons trois exemples. Les refuges de la zone libérée Ils étaient essentiellement les grottes. Certaines d’entre elles pouvaient avoir une programmation assez complexe. Quelles que soient la complexité de la programmation et la sécurité qui pouvait y régner, les refuges aménagés avaient malgré tout l’aspect provisoire. Les enfants qui y sont nés ou qui y avaient vécu un certain temps, pouvaient mesurer la précarité et garder un souvenir fort, sinon douloureux. - Derrière l’ancienne résidence du Prince Souphanouvong le complexe est intéressant. Ayant été servi de quartier général, il pouvait accueillir pendant plusieurs jours les hauts membres du NLHS. Il possédait ainsi un grand espace de travail, un dortoir collectif, une chambre privée du prince et les cabines servant de chambre pour ses enfants, une infirmerie-dispensaire, des cabinets de toilette, une cuisine, un (ou plusieurs) cabine-couchette du serviteur et cuisinier. Le complexe possède une adduction d’eau, des ouvertures discrètes et protégées ont été aménagées pour ramener de la lumière. - Une grotte de Xieng Khouang abritait carrément un hôpital. C’est précisément sur celle-ci que des bombes ont été tirées faisant plus de 300 morts. - D’autres abris troglodytes dispensés partout dans les zones karstiques du Nord avaient été investis par les villageois et l’armée populaire. S’y logeaient les écoles et les pagodes. Dans les grottes, on y vivait le jour, la nuit, on sortait pour cultiver le riz et les potagers. Les relais militaires Créés de toute pièce suivant une localisation stratégique, les relais militaires existaient dans toutes les régions militaires. Mais il y avait seulement deux qui se présentaient réellement comme des établissements urbains, même si leur taille était modeste. Les militaires étaient affectés dans ces établissements pour de longues durées, leur famille les rejoignait bien souvent. Les écoles commençaient dès lors à s’installer, les petits commerces s’ouvraient aussi. Peu à peu, c’étaient des petites villes qui se construisaient. Les gens dans les villages reculés et dans les territoires plus ou moins proches affluaient soit pour trouver du travail, soit pour vendre leurs produits agricoles ou de cueillettes. Les militaires avec leur famille vivaient mélangés avec la population nouvellement constituée et la vie économique dépendait de l’économie de la guerre et de ses retombées. Bien que la vie y fût animée, ces établissements demeuraient pourtant des lieux de relais militaires, situés entre les terrains opérationnels (lieu de combat) et les grandes bases de la capitale. Le paysage social était majoritairement militaire, il y avait des Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 370 - officiers, des gradés et des simples soldats engagés et formés sur le tas et payés à la solde. L’ambiance urbaine était caractérisée par les va-et-vient des missions militaires, mais surtout par des vagues de réfugiés qui fuyaient les combats. Ces derniers arrivaient dans ces lieux affolés et bigarrés, y restaient quelques jours, quelques mois avant d’être transités vers la capitale ou les autres capitales régionales par l’armée royale. Le cas les plus typiques de ville relais et militaire, fut la ville de Phonesavanh à Xieng Khouang avant qu’elle ne soit prise par la force du NLHS et avant que l’armée royale ne se replie sur Vientiane ou Luang Prabang, l’abandonnant. Dans une certaine mesure, la petite ville de Vang Vieng était aussi une ville relais militaire à la porte de la province de Vientiane. Ce fut surtout la ville de Samthong Long Chèng. En effet, si Phonesavanh avait été constituée à partir de petits villages existants parmi les sites historiques de la plaine des jarres, avant de prendre de l’ampleur, la ville de Long Chèng dans la même région était nouvelle, au milieu de nul part. C’était une plateforme visible et dégagée pour faciliter l’atterrissage des avions de largage de bombes en mission. Long Chèng au milieu des montagnes était une ville qui semblait visible seulement depuis l’avion, comme s’il avait été impossible de l’atteindre par voie terrestre.654 Quant aux relais militaires de Vang Vieng et de Patang, ils s’étaient constitués dans un cadre paysager grandiose profitant des petits établissements préexistants. Les vieux établissements de Vang Vieng et de Patang ont été fondés et dirigés par une oligarchie venant de Sam Neua et de Xieng Khouang 150 ans plus tôt. Par l’héritage ancien de chefs, dont le rôle a été reconnu par le pouvoir royal, les familles dirigeantes locales continuaient à détenir le pouvoir ; leurs membres étaient devenus des militaires hautement gradés et participaient à la direction des bases militaires de la région. Les caractéristiques communes de ces villes relais, étaient surtout leurs terrains d’aviation réservés pour les avions militaires, mais utilisés aussi largement par les civiles des villages de la région. Car les terrains d’aviation civile proprement dits n’existaient pas et les routes manquaient ou très insécuritaires. Les lieux d’acheminement et de replis des réfugiés Ils auraient été constitués en général sur des établissements d’importance régionale. En tant que lieux d’acheminement qui accueillaient de fait des populations qui se repliaient de la zone libérée (car il n’avait pas été planifié comme Phonesavanh ou Long Chèng), ils étaient situés géographiquement sur la dernière limite des régions qui venaient de tomber entre les armes de la force du NLHS. C’étaient des villes qui auraient été suffisamment sécuritaires et suffisamment dynamiques pour que les populations aient pu s’établir sans être obligées de repartir vers la capitale. En se faisant les établissements en question s’étaient développés sur de l’existant, de telles sortes que les nouveaux afflux qui entrainaient un développement nouvel aient pu marquer l’espace, du point de vue des formes, des tissus, de l’organisation et du paysage urbain général. Le cas de Houayxay aurait été exemplaire. La petite ville existant sur l’extrême sud de la marge de la zone libérée de Luang Namtha a connu à ce moment-là un développement significatif de par sa position. Cela a dû lui apporter un changement assez important. Lorsqu’on regarde aujourd’hui les fronts de l’unique rue centrale qui longe la berge du Mékong en contre-bas de la pagode centrale, on peut constater que la ville des années 1960 reste encore présente, ou est redevenue présente, avec ses immeubles bas en compartiments, ses commerces et son port formant 654 Long Chèng était le fief de la CIA et la forteresse du Général Vang Pao, l’un des seigneurs de guerre les plus controversés dans les années 1960. Vang Pao, issu du clan Vang, était un chef ethnique dont la position était moins importante que le clan des Lyfoung qui était le représentant coutumier de tous les Hmong. Tout en jurant fidélité aux monarques lao qui avaient accueilli 150 ans plus tôt ses ancêtres, Vang Pao avait aussi été l’instrument et l’homme de terrain pour “ la guerre secrète ” américaine au Laos. Ce fut une instrumentalisation consenti par Souvanna Phouma, lorsque celui-ci acceptait en 1964 l’aide militaire américaine pour que les troupes du Général Vang Pao repoussent la force du Vietminh des hauts plateaux de Xieng Khouang.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 371 - un petit centre animé d’activités. Beaucoup d’argent de trafic passait dans cette ville située à une cinquantaine de kilomètres à peine en aval du Triangle d’or. On pouvait la considérer comme la dernière ville importante du gouvernement de Vientiane, à l’ouest de Luang Prabang et au nord de Vientiane. Houayxay était contrôlée officiellement par le gouvernement de Vientiane, mais la réalité était extra territoriale. Y pullulaient trafics de drogue, de pierres semi-précieuses et d’objets archéologiques, lieu de transit de toute sorte de produits illégaux, en somme, c’était globalement les personnalités influentes et probablement aussi militaires qui avaient la main mise sur la ville. Ce type de ville accueillait en fait une forte population militaire où ayant un lien d’une manière ou d’une autre avec l’armée. En réalité Houayxay est une ville assez ancienne, mais son développement de la période 1960 avait tant de caractère qu’il donnait l’impression que la ville a été construite dans ces années. La ville historique a presque disparu à ce moment-là, seule le monastère de la colline qui la surplombe gardait encore quelques traces et mémoires du passé antérieur de la région à laquelle elle appartenait. En effet à une quarantaine de kilomètres en amont, les traces de la vieille cité de Souvannakhomkham rappellent la glorieuse histoire des différents établissements qui auraient occupé la région : celui des aborigènes, des Môns, puis des Tai Gnouane. Parmi les établissements qui s’étaient constitués dans le contexte de la guerre dont nous venons d’évoquer les particularités, très peu ont perduré dans leur fonction urbaine, à l’exception de Phonesavanh et de Houayxay. Par ailleurs, l’émergence de ces occupations restait marginale par rapport au développement difficile des autres établissements urbains de l’époque.655 La guerre et la partition politique et territoriale ont ainsi configuré une nouvelle répartition des hommes dans le territoire et dans les villes. Nous proposons d’examiner l’importance de cette répartition à l’égard du développement des villes à travers l’échelle du territoire et de la ville et à travers la question des infrastructures routières qui a été un problème crucial. II. III. d. 2. Le rôle de la migration et de la répartition des hommes dans le développement des villes Les infrastructures routières, une armature territoriale difficile à mettre en place La construction des infrastructures routières était à l’œuvre pour débloquer les liaisons entre provinces afin de palier les désarticulations territoriales et développer les zones reculées. Certains tronçons de l’unique route Nord-Sud, n’étaient pas entièrement utilisables à la saison des pluies, encore moins en ce qui concernait les autres routes de branchement transversal. Ceux laissés par la colonisation ont vieilli et ont besoin d’être réparés, et d’autres nouveaux réseaux avaient besoin d’être construits. A vrai dire, les années 1960 ont poursuivi les constats qui ont déjà été établis dès l’installation coloniale sur la nécessité de développer les réseaux routiers qui étaient et qui demeuraient la clé de voûte du développement de l’ensemble du pays. Car la politique coloniale pour le développement de ce secteur n’avait pas été menée à bout des besoins. Mettre en œuvre la construction des infrastructures, c’était alors un des objectifs du gouvernement de Vientiane, mais souvent les projets restaient théoriques. Gênés par le manque d’investissement publics et également par les combats qui faisaient régner l’insécurité. Les projets ont souvent été bloqués ou abandonnés et les agents qui y travaillaient étaient menacés dans leurs tâches. Les insuffisances des réseaux routiers demeuraient un problème de taille pour le développement de l’époque et pour plusieurs décennies qui allaient suivre. C’est la raison qui expliquait, pour les besoins du moment, l’existence de nombreux terrains d’aviation qui étaient au nombre de 200 répartis dans l’ensemble du territoire, mais seul l’aéroport de Vientiane pouvait accueillir les longs courriers internationaux. La répartition des hommes à l’échelle du territoire 655 Il serait fortement intéressant d’aprofondir l’analyse de ces villes dans une nouvelle recherche qui porterait éventuellement sur la pérennité et les modèles de villes fondées ou nées dans le contexte de la guerre. Tab. 20. La population et sa densité dans les villes les plus importantes du Laos, entre 1966 et 1968Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 372 - Sur une population totale de 3 millions d’habitants en 1970, 15% vivaient en ville. En occurrence la densité du pays était de 13 hab./km2. (contre 70 hab./km2 en Thaïlande pour 36 millions d’habitants). Seules Vientiane et Savannakhet avaient une densité supérieure à 50 hab/km2. Luang Prabang, Viengxay, Khammouan, Khong Xédaun, Saravan, Paksé et Khong, avaient une densité entre 20 et 50 hab/km2. Pour les villes d’importance en dessous, la densité était entre 10 et 20 hab/km2. Pour le reste du pays (80% du territoire) la densité était de zéro à 10 hab/km2. Lorsqu’on compare la carte de la densité de la population de 1970 à la carte de la partition territoriale de la même période entre le territoire du gouvernement royal et celui du NLHS, on constate que la répartition humaine se dessinait selon trois configurations, dont les causes étaient la fuite de l’insécurité des campagnes vers la la ville : 1- Une zone de densité transversale parcourait Houayxay-Luang Prabang jusqu’à la limite de Sam Neua. Elle coupait le Nord du Laos en deux parties : les gens qui se trouvaient dans les zones isolées entre Vang Vieng et Luang Prabang, remontaient vers Luang Prabang ou descendait vers Vientiane. Ceux qui se trouvaient entre Luang Prabang et Oudomxay, descendaient vers Luang Prabang ou remontaient vers Oudomxay. 2- Le même phénomène se constituait dans le Sud, mais de manière plus modeste, le territoire étant plus étroit. Une ligne de densité transversale Khong Xédaun-Saravan semblait se dessiner, recevant des mouvements de migration, celle qui descendait ou celle qui remontait, des populations de la zone reculée d’Attapeu, de Karum, Samouay, Toumlan. 3- Une autre zone de densité plus importante se ramifiait sur le bord du Mékong formant nettement une ligne nord-sud, de Vientiane à Khone. Cette ramification explicitait le mouvement transversal de la population qui s’effectuait de l’Est vers l’Ouest. La répartition des hommes à l’échelle de la ville Dans cette répartition s’agit-il d’une densification des centres, d’une constitution des quartiers périurbains ou d’un renforcement des villages ruraux ? D’un choix résidentiel rural, une partie de Laotiens commençaient à choisir la ville comme cadre de vie, et surtout comme lieu de travail, tout en préconisant une vie quotidienne en lien étroit et permanent avec le milieu rural. Non pas tant parce que le mode de vie citadin gardait encore les composants ruraux qui se prolongeaient et se reconstituaient dans le milieu urbain (avec l’aménagement individuel de potager et d’élevage de basse-cour, avec les rapports que les foyers continuaient à entretenir avec les monastères, avec le rapport de voisinage un peu particulier, etc.), mais plus parce que ces nouveaux citadins établissaient une bipolarité foncière, une sorte de double résidence. Beaucoup vivaient en ville tout en possédant une autre habitation en périphérie de la ville ou à la campagne, sans qu’il s’agit de la maison de campagne que l’on aurait retrouvée en fin de semaine, car cette notion n’existait pas encore dans un pays très rural comme le Laos. Le parcours entre la campagne et la ville était presque quotidien, du moins il était fréquent. Pour le commun des Lao, où l’opulence était plutôt le fait de la grande bourgeoisie liée au pouvoir et aux commerces de l’importation et de l’exportation, à l’échelle familiale la production de la campagne nourrissait la ville. Les activités et l’argent de la ville provenant des salaires ou des commerces, mais aussi des retombées des aides américaines et de la guerre qui forgeait une économie monétaire (circulation de la masse monétaire)656 comblaient les autres besoins de la consommation modernes des familles (l’achat de médicaments, les loisirs, l’école, les moyens de transport, etc.) Pour les plus aisés, ils satisfaisaient même le besoin de luxe et de représentation sociale. Il y avait alors un certain équilibre entre le coût de la vie (devenant cher) et les revenus des fonctionnaires et des grands commerçants, mais un déséquilibre s’établissait cependant pour les 656 Pane Rassavong, Considérations sur les grandes options de la politique de développement économique du Laos, thèse de Science économie, université de Bordeaux, 1965. Cité par Labarthe, in : Quelques aspects du développement des villes du Laos. Op, cit. Tab. 22. Population urbaine. Fin 1950 et en 1968. Source : Statistiques. Tab. 21. La population active travaillant dans l’administration . Année 1958. Sources : Condominas et HalpernDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 373 - revenus moyens et surtout pour les plus pauvres. La société laotienne à deux vitesses faisait son apparition. Parallèlement, les activités agricoles (production de riz autoconsommée) et de jardinage permettaient à la majorité du commun des Lao qui les pratiquait jusqu’alors d’avoir un niveau de vie convenable, du moins tenu à l’écart de la grande pauvreté qui apparaissait chez les groupes de population les plus vulnérables et les plus exposés à la pauvreté qu’étaient les immigrés et les réfugiés de guerre. Par la double activité citadin et rurale de leurs habitants, les habitations existantes à l’extérieur de la ville pouvaient se retrouver améliorées, du moins pour ceux qui menaient une bipolarité résidentielle, qui possédaient des revenus en ville, un emploi stable ou un poste dans l’administration. Après l’indépendance, on pouvait noter que le secteur tertiaire et administratif occupait une part importante parmi la population active,657 corollaire à un fort développement de l’administration et du fonctionnariat. Les petites élites provinciales étant arrivées nombreuses dans la capitale et dans les capitales régionales pour occuper des postes dans le service public, les quartiers urbains et les villages périphériques qui commençaient à être investis par eux se densifiaient alors. Du moins, ils s’agrandissaient par l’augmentation du nombre de leurs habitants. Les offres foncières étaient plus nombreuses et moins chères en périphérie des villes qu’en leurs centres. Plus modestes, ceux qui n’avaient pas de doubles résidences, mais qui travaillaient en ville avaient ainsi élu domicile dans les villages périphériques. Ceux-ci n’étant pas loin du centre ville, le transport à courte distance étant facile (et sans grand embouteillage jusqu’au milieu des années 1960), qu’il était même préférable pour eux de vivre dans les villages périphériques. La constitution ou la densification et l’extension des villages proches des centres se produisaient dès les premières années après l’indépendance. Cela donne lieu à un mouvement de production de l’habitat à Vientiane et dans les capitales des provinces. En ce qui concerne la migration des populations des provinces vers la capitale, ou de la campagne vers la ville, on ne peut considérer ce fait, qui s’était produit dans les premières années de l’indépendance, comme un véritable exode rural ou une migration définitive, puisque la majorité gardait les liens, voire les domiciles familiaux (au sens large) en province pour pouvoir y retourner au moins une fois par an, au nouvel an ou lors des événements familiaux importants. Sauf pour les zones difficiles comme Sam Neua et Xieng Khouang ou Phongsaly, où les voyages de retour étaient très peu fréquents à cause des difficultés du transport, des routes et des combats. 658 On peut par contre évoquer l’exode rural et la migration à partir 1962 et plus intensément vers la fin des années 1960, lorsque les populations qui avaient fui les combats et qui s’étaient repliées dans les zones plus sécurisantes qu’ils trouvaient alors dans les villes et leurs périphéries devenaient plus nombreuses ; et lorsque fuyant la pauvreté les populations du Nord-Est de la Thaïlande émigraient aussi vers le Laos. En ce cas, les liens avec les lieux de départ ont été rompus généralement. Une partie des réfugiés et des immigrés venaient ainsi gonfler la démographie urbaine, dans les villages proches ou dans les friches rurales se trouvant dans les villes. Des quartiers insalubres, sans infrastructures, à faibles loyers et à problèmes, du point de vue de salubrité, social et économique, se constituaient alors. Une forte concentration de population s’était également constituée, elle donnait à ce type de quartier une densité supérieure aux autres quartiers, même les plus centraux. Quelle que soit l’augmentation du nombre des citadins, la population urbaine demeurait faible dans son ensemble et le phénomène urbain restait mesurable et relatif par rapport aux villes thaïlandaises, notamment la mégapole de Bangkok qui comptaient trois millions d’habitants en 657 Le nombre des fonctionnaires était trop important au détriment d’autres secteurs, tels que les emplois techniques et industriels de production qui manquaient. Cf. Manuel scolaire de géographie ; cf. Labarthe ; Halpern. Op, cit. 658 Il était assez fréquent de voir les avions militaires transformés en charter. Ayant plusieurs parents militaires, étant enfant j’avais moi-même le souvenir d’avoir pris souvent les avions militaires, devenus pour la circonstance “ charters familiaux ” afin de rejoindre les grands parents dans le Sud du Laos au nouvel an. Le dernier vol en 1975 (?) nous a par ailleurs bloqués dans le Sud, le régime étant devenu communiste, les parents militaires étant envoyés aux séminaires. De Champassack pour rejoindre Vientiane nous avons alors pris plusieurs jours, entre bus, pic-up et bateau par le Mékong. Tab. 23. Population active répartie sur trois secteurs à Thakkek, Paksé, Savannakhet. (d’après Halpern, 1959)Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 374 - 1970, alors que Vientiane ne comptait que 132.253 habitants, la seule ville du pays à dépasser les 100.000 habitants. La ville de Vientiane était quasiment la seule à déborder de ses limites historiques dès les années 1955. La ville se développait en dehors de son rempart intérieur, la zone urbanisée étant débordée de la première couronne historique dessinée par le boulevard Khou Vieng et Khoun Bourom. Les zones insalubres commençaient à se constituer dès le début des années 1960, de çà et là, absorbant plus que les autres villes un exode rural et une migration créée par la guerre et la précarité. Alors que dans les autres villes, où la démographie était modeste et leur attractivité relativement moindre, c’était plutôt le phénomène de densification à l’intérieur que l’on remarquait le plus, afin d’attraper le manque de densité traditionnelle. En fait, la ville ancienne offrait assez de places pour les premières vagues de laocisation des centres juste après l’indépendance, sans qu’il n’y ait l’effet de débordement. C’est après saturation des centres que la population se dispatchait à l’extérieur et/ou constituait les zones insalubres dans les parties décentrées de la ville. Car c’est surtout à Vientiane que le phénomène se remarquait. II. III. d. 3. Le développement urbain : le tissu urbain et l’architecture des années 1960 L’expansion urbaine était surtout concentrée dans les villes de la vallée du Mékong, alors que celle de la zone libérée était quasiment inexistante. Rappelons que les urbains lao étaient minoritaires durant la période coloniale ; ils devenaient majoritaires à partir de 1954. A Vientiane par exemple ils représentaient 40% de la population avant 1950 et passaient à 54% en 1954.659 La partition du pays à partir de 1954 constituait aussi des nouvelles données, configurant autrement la répartition des hommes dans le territoire et dans l’espace urbain. Comme nous l’avons noté à l’instant. Les villes lao durant cette période étaient globalement caractérisées par trois éléments : 1- les établissements qui pouvaient être qualifiés de villes étaient limités en nombre. 2- les villes étaient de tailles modestes et avaient des caractères urbains peu marqués. 3- les plus importantes parmi elles, telles que Vientiane, Paksé, Savannakhet, Luang Prabang et Thakkek, étaient toutes situées dans le bassin du Mékong ; situation héritée de la période coloniale, comme nous l’avons noté dans le chapitre traitant des villes coloniales. La situation durant la guerre froide reprenait le même schéma en l’accentuant davantage. Leur développement s’était appuyé en continuité sur la période précédente tout en étant redevable aux nouvelles données. La densification urbaine Les villes ont connu une densification toute relative. Elles n’avaient pas connu, jusqu’à une période récente, des tendances à la verticalisation. Généralement, les immeubles et les compartiments ne dépassaient pas R+3 dans les cinq villes les plus importantes du pays. La densification, c’était d’abord les démembrements parcellaires, induisant une augmentation des unités bâties. Et lorsque les terrains ne sont pas démembrés ces derniers avaient des surfaces suffisamment grandes pour accueillir en plus d’autres constructions : des rangées de compartiments ou d’immeubles, formant des nouvels fronts de rue. Ils remplaçaient parfois les anciens compartiments à rez-de-chaussée ou les anciennes maisons lao en bois et enfermant ainsi en arrière le jardin et les anciennes maisons. La densification, c’était aussi l’augmentation des taux d’emprise au sol des éléments bâtis : une ou plusieurs parties des maisons pouvaient faire l’objet d’extension, ou des nouvelles maisons pouvaient se construire facilement dans le jardin lorsque les enfants se marient et forment leur propre foyer. En ce cas, la parcelle serait destinée à être démembrée ultérieurement. Les poches de rizière, les jardins et les friches rurales subsistant encore à l’époque dans les zones péricentrales et centrales des villes étaient également investis. Les délimitations entre propriétés étant devenues plus nettes –permises par la parcellisation cadastrée et l’immatriculation foncière de la période coloniale, elles avaient facilité tous les types de densification possible. 659 Cf. Lafont P-B, Péninsule indochinoise : études urbaines, l’Harmattan, 1991, Paris, 239 p., Illu., Tab., Cartes., Bibliogra., Recherches Asiatiques.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 375 - Notons enfin que la densification urbaine dans ces années, étant relativement souple, avait permis de préserver les espaces verts et paysagers tant dans les propriétés privées que dans les propriétés publiques. Cette remarque valait pour l’ensemble de la ville sauf pour les quartiers les plus centraux (quartier des trois cinémas de Vientiane) dont les immeubles –occupant de manière continue les fronts de rue, donnaient peu de places à la végétation. La première période de densification était donc accompagnée d’une minéralisation du sol urbain, celle-ci pouvait même être l’une de ses caractéristiques. La politique de logement Des efforts ont été mis en œuvre en faveur des logements pour fonctionnaires, surtout à Vientiane et à Paksé, et de manière inégale dans les capitales provinciales. Ceci a été suscité par le détachement des agents de l’administration de l’État, dont le nombre devenait croissant depuis le milieu des années 1950. Mais cette action de l’État était limitée. On ne pouvait pas vraiment évoquer la politique de logement, dans la mesure où les efforts étaient seulement dédiés au service des agents administratifs et non à l’ensemble de la population. Dans le contexte de construction et de modernisation du pays après l’indépendance l’État jugeait important de récompenser par des logements exemplaires, les médecins, les professeurs et autres fonctionnaires nouvellement affectés à leur fonction après leurs formations en France, et qui ont accepté parfois d’aller travailler en province. Il s’agit à partir de 1955 surtout des logements collectifs. Ceux-ci étaient assez modestes construits en bois et parfois encore en torchis. Notamment ceux qui étaient sur les sites actuels des hôtels Lao plazza et Parc view. L’immeuble d’appartements pour professeurs construit en face du Lycée de Vientiane était un beau spécimen de l’architecture moderne de la fin des années 1950660 et de cette politique de logement de l’Etat. Dans les années 1960, c’étaient plutôt quelques immeubles de logement de style international, dépassant rarement R+3. Quelques lotissements de villas relevant de l’autorité publique, presque entièrement destinés aux militaires, pouvaient être remarqués. Dans leur ensemble, les immeubles et les programmes de logement ne s’inscrivaient pas dans une logique nationale, mais dans des besoins isolés et fragmentés de chaque organisme ou ministère. Les besoins en logement n’avaient jamais été décisifs pour l’État laotien, la question du logement demeurait dans son ensemble du ressort des privés. Les projets privés constituaient l’essentiel des nouvelles habitations, qu’elles soient destinées à l’utilisation personnelle du maître de l’ouvrage ou à la location et à la vente. Remarquons cependant que dans le secteur privé les promoteurs d’appartements étaient rares, alors que les promoteurs des compartiments et des maisons individuelles étaient plus nombreux. Dans les quartiers anciens ou centraux, on y trouvait plus souvent les compartiments et les immeubles, les maisons individuelles étaient plus couramment construites dans les quartiers plus décentrés. A Vientiane, on y trouvait des quartiers de villas à plusieurs endroits et de manière différenciée : par exemple, celui de Sisangvone était résidentiel pour classe aisée, alors que celui de Dong Païna étaient plus populaire. Les tissus urbains, les types d’îlot Vers le milieu des années 1970, Vientiane offrait la vision la plus complète de ce qu’était une ville laotienne constituée dans son histoire urbaine récente, mais qui n’en gardait pas moins la trace de son passé plus lointain. A travers sept types d’îlot (que j’ai analysé et classifié à postériori vers 1996-1999), nous pouvons comprendre comment l’histoire urbaine récente a enregistré ou rejeté les espaces hérités. Nous prenons comme exemple ici les études typologiques plus que les études des quartiers. Car autant la notion de quartier est spécifique au lieu étudié et ne peut représenter ou remplacer l’étude de quartiers des autres villes. Par contre, la classification 660 Il a été remplacé vers 2007 par le bureau de UNDP.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 376 - typologique à l’échelle de l’îlot, elle, peut être représentative d’autres quartiers dans d’autres villes. Autrement dit, les sept typologies que nous repérons peuvent être retrouvées dans le même contexte dans d’autres villes du Laos. Il s’agit dans l’exemple ci-dessous d’une étude des types d’îlot du centre de Vientiane. 1. Les îlots à grandes parcelles occupées par des édifices isolés, des habitations ou des équipements Situés en centre ville et entourés de compartiments, l’îlot accueille l’implantation de remarquables édifices isolées : des villas modernes et des maisons coloniales, comme des monastères entourées de murs d’enclos formés par les murs arrières des immeubles ou des maisons qui l’entourent et qui l’enferment au fur à mesure de la construction de ces derniers. Dans le cas où il s’agit d’un monastère encerclé, entièrement ou sur deux à trois côtés, l’habitat laïc empiète incontestablement son espace. L’accès à ce type de cœur d’îlot est souvent insalubre, à cause de la profondeur de la voie d’accès, ancienne et peu entretenue et à cause aussi du partage un peu flou des responsabilités sur la voirie. 2. Les poches d’habitat précaire Elle est caractérisée par le manque d’infrastructures publiques pour l’évacuation d’eau de ruissellement et de sanitaire de base (manque ou insuffisance de réseau d’évacuations ou d’épandages local des eaux usées et des eaux vannes). Les accès aux habitations posent toujours problème surtout à la saison des pluies. Le branchement sur le réseau des flux (électricité EDL et eau Nam Papa Lao) a souvent été fait sans autorisation et sans norme. Les logements eux-mêmes sont insalubres, denses et surpeuplés. Ils ont commencé à être construits dans les années 1960 avec des matériaux en bois et en tôle ondulée. En case ou compartimentés leur usage est souvent collectif. Ils sont aujourd’hui peu à peu remplacés par des matériaux en dur (mur en maçonnerie, poteau en ciment). Les limites de propriétés et parcellaires sont indéterminées. Les habitants sont souvent sans emploi ou avec emploi précaire : marchands ambulants, ouvriers journaliers, chauffeurs de samlo (dans les années 1960 et 1970) et chauffeur de touk-touk (aujourd’hui.) 3. L’ensemble de maisons isolées en cœur d’îlot L’îlot est caractérisé par des belles ruelles ombragées, malgré l’aspect rudimentaire et vieilli du système d’assainissement. On y trouve quelques maisons lao anciennes et plus souvent des maisons lao pagnuk. Bien que les maisons lao anciennes aient quasiment disparu, la subsistance des maisons lao pagnuk, le rapport de proximité et d’intimité des habitations entre elles, montrent que ce type d’îlot est bien issu d’une ancienne structure de village. Sans effet de forte densité, et peu touchés par la mutation générale des tissus urbains qu’éprouvent les parcelles qui jouxtent les voies, les îlots de ce type lorsqu’ils sont en recul par rapport aux grandes voies publiques préservent assez bien les traces des anciens villages dont ils faisaient autrefois partie. 4. Les îlots en damier A la fois résidentiel et commercial l’îlot est constitué d’immeubles, de compartiments et de maison isolées. Les habitations ont souvent connu des modifications et des extensions ultérieures. Les parcelles ont parfois été démembrées pour former des parcelles plus étroites accueillant des compartiments. Des voies privées ou des impasses ont été créées ultérieurement formant des voies de dessertes aux petites parcelles issues des démembrements qui se situaient au fond à l’intérieur de l’îlot. Pour les besoins des habitants qui exerçaient aussi des activités commerciales, les extensions en appentis qu’ils réalisaient ultérieurement au fur à mesure débordent souvent des façades de rue, empiétant la voie publique. Dans certains îlots, ce type de constructions peut atteindre R+4. Enfin l’îlot est caractérisé par la régularité de ses trames viaires qui se coupent en angle droit. 5. Les îlots dont le cœur est en friche Caractérisé par ses grandes parcelles, entourées d’immeubles commerciaux en compartiment, ce sont des équipements de loisir et de service (cinéma, hôtel). Les voies d’accès, qui traversaient les compartiments et qui longeaient les façades arrières des compartiments et des immeubles, donnaient accès à un ensemble de logements où une façade intérieure se reconstituait. Ce type de parcelle Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 377 - constituait un potentiel foncier important et occupe une place centrale dans le quartier. L’abandon de ses activités peut entraîner la déshérence des bâtiments et la mort du quartier. C’est ce qui s’était passé après 1975, ce type d’îlot devenait une friche en plein cœur de la ville. Mais aujourd’hui les anciennes friches des années 1980 deviennent des enjeux fonciers majeurs. Elles offrent de grandes surfaces en plein cœur des quartiers centraux et pouvant accueillir des grands immeubles (notamment l’ancien cinéma de Bouasavanh à Vientiane.) 6. Les îlots fermés occupés par une population immigrée L’îlot est caractérisé par une forte densité de la population et de l’habitat, construit sur le principe des murs mitoyens. Les voies de dessertes sont étroites et très sommairement aménagées et assainies ou mal entretenues, avec un caniveau central de petit gabarit. Les constructions sont tellement serrées qu’ils ne laissent pas de place, ni pour les espaces verts ni pour les vides. Cet îlot était un fait remarquable dans son insertion dans le tissu urbain : un marché de proximité marquait l’entrée de l’îlot, et il n’y avait quasiment qu’une seule entité sociale et ethnoculturelle qui le compose. 7. Les îlots marqués par les formes des temps antérieurs La présence de la végétation et du sol naturel y est remarquable. L’îlot étant situé dans une partie basse de la ville (ligne de côte de niveau basse) possède donc des conditions favorables pour avoir des zones humides. Les voies de dessertes sont étroites, tortueuses, informelles et souvent inondées à la saison des pluies et le réseau d’assainissement est rudimentaire. Les composants bâtis, plus ou moins denses, sont principalement constitués de maisons sur pilotis et de maisons lao pagnuk. Dans son ensemble, l’îlot a un caractère rural et semble garder encore quelques traces et quelques aspects de son passé. Il y a la présence de plan d’eau ancien (l’étang de Bungkragnon a été conservé), on y trouve des vestiges archéologiques, tels les grands fours à terre cuite, les déchets d’atelier de forge. Ceci semble expliciter que l’îlot abritait une fabrique de poterie ou de brique, des ateliers d’armurier (à Ban Phra Pho). Ce qui peut suggérer que l’îlot avait probablement fait partie d’ancien village d’artisans, une des vieilles structures de la ville. Les quartiers insalubres Les quartiers insalubres s’étaient constitués peu à peu dans les villes les plus importantes pour accueillir réfugiés et immigrés. Les terrains qui ont été occupés par ces derniers étaient dans les zones non loties, manquant de branchements sanitaires. Sans infrastructures de base ou très rudimentaires, les terrains étaient peu chers et demandaient peu d’investissement aux propriétaires qui se mettaient à construire des logements à faibles loyers. Parfois, les terres sans propriétaires, c’est-à-dire des terres appartenant à l’Etat, ont été squattées et les squatters y construisaient leurs logements en bois sur bas pilotis. A Vientiane par exemple, les quartiers de Nong Chanh-khoua dinh et de Hongsi Noy devenaient deux grandes zones insalubres de la ville. Même la qualité environnementale de leur cadre, en tant que zone humide, n’avait pas pu résorber les problèmes divers qui s’y posaient. Prenons en exemple le quartier de Nong Chanh-Khroua Dinh. Mise à part l’insalubrité, l’essentiel des problèmes qui se posaient dans ces quartiers était l’enchaînement d’autres problèmes qui leur sont liés. La diversité de la provenance des populations, le manque de souche sociale et familiale de base, ne favorisaient pas la cohésion et la centralité sociale et ne permettaient pas le contrôle et la conduction des comportements sociaux. Le manque de qualification professionnelle des habitants et la pénurie de l’emploi, qui n’étaient pourtant pas des faits spécifiques à ce type de quartier, mais un fait commun pour l’époque en devenaient des problèmes insalubres, déstabilisant la cohésion sociale ; alors que partout ailleurs les problèmes sont limités à leur propre cadre et ne se retrouvaient pas amplifiés et déplacés dans le champ social. Les activités existantes dans ces quartiers étaient peu constructives, instables et parfois prohibées : délinquance, drogue, prostitution trouvaient leur terrain de prédilection.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 378 - Malgré son insalubrité (eaux usées et eaux de pluies croupies.) la zone humide de Nong Chanh-Khroua Dinh était pourtant l’endroit où les habitants les plus démunis pouvaient trouver un minimum de quoi subsister avec la vente des plantes aquatiques. 661 L’accès au quartier se faisait par la rue Dong Palane ou par le boulevard Khouvieng. Etant construit dans un milieu humide avec des poches plus ou moins profondes, les voies d’accès à l’intérieur du quartier rendaient la circulation des personnes anarchique : chemins en terre, passerelles en bois et en tôle plate, et la plupart était des voies sans issue. La promiscuité des habitations en bois et en tôle, l’insécurité, la marginalisation et la ghettoïsation faisaient que le quartier symbolisait tous les maux et l’image négative de la ville. Le quartier symbolisait aussi la faillite de la gouvernance urbaine du régime de Vientiane. La non-intervention de l’Etat en la matière amplifiait en quelques années le phénomène de squattérisation, de ghettoïsation et de dégradation sociale. Les études urbaines commandées par le gouvernement royal au BCEOM, achevées en 1964, ont montré que le problème était préoccupant pour l’autorité publique. Les quartiers insalubres ont été inscrits dans le schéma directeur d’urbanisme (SDU), mais la mise en œuvre de la politique urbaine pour apporter des solutions aux problèmes était peu dynamique : rien n’a été fait à ce niveau de manière conséquente, jusqu’à la fin du régime de Vientiane. Les tissus urbains et les typologies architecturales des années 1960 Dans les années 1960, il n’y avait pas de construction de quartier et de villes de manière isolée ou indépendamment du contexte de la guerre. Que ce soit la densité urbaine des quartiers centraux ou des villages périphériques, il y a une persistance dans la mixité des tissus urbains, dominée par la continuité des fronts de rue. Les différentes typologies d’architecture sont apparues plus nettement que la période qui précédait. Ils ont créé une différenciation entre quartiers de manière plus nette, ceci, par le vocabulaire architectural, le gabarit et la hauteur des bâtiments, par l’utilisation des matériaux et la composition sociale et économique des habitants. Mais cette différenciation a été gommée par la persistance de la pratique habitante de l’espace et par la persistance de la végétation et des composants paysagers qui ont joué un rôle déterminant. A l’exception des quartiers très centraux tels notamment à Vientiane le quartier Anou et à Paksé le quartier du cinéma, dont les fronts de rues étaient marqués par une continuité des façades d’immeubles, qui ne dépassaient pas de toute façon R+3 et R+4. La continuité des façades d’immeuble en question, caractérisée par une occupation qui combinait la fonction commerciale au rez-de-chaussée et la fonction d’habitation à l’étage, induisait une densité plus grande. C’est ce caractéristique globale qui avait défini l’aspect urbain de la ville laotienne des années 1960. Ceci, dans la mesure où il y avait un phénomène de caractérisation des centres, se distinguant des quartiers périphériques et des villages. C’est un phénomène spatial qui avait apparu dans plusieurs villes : à Luang Prabang, à Savannakhet et à Paksé, et même dans la petite ville de Houayxay. Les éléments de caractérisation des centres urbains qui étaient apparus avec la période coloniale (compartiments sino-coloniaux, équipements administratifs, résidences coloniales, marché central, faible minéralisation et forte présence de la végétation, etc.) étaient alors moins marqués que ceux apparus dans les années 1960. Si les centres urbains coloniaux avaient une certaine continuité avec les villages ruraux tout en se distinguant d’eux par leur fonction, les centres urbains des années 1960 se démarquaient différemment des villages ruraux par la continuité du bâti sur les façades de rue (phénomène qui n’existait pas dans les villages ruraux) et par le mode de vie du 661 Dans les eaux poussent en grande quantité phak top (Monochoria hastaefolia) et phak bong (Ipomoea aquatica). Ces plantes aquatiques se développent vite et possèdent une grande capacité d’épuration des eaux ; bouillies avec le riz concassé, elles deviennent une alimentation porcine. Nong Chanh produit naturellement une grande quantité de ces plantes ; les plus démunis ramassaient phak top pour les vendre aux petits éleveurs de porc, et coupaient phak bong pour les vendre aux marchés de la ville.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 379 - centre urbain, devenant beaucoup plus commercial, plus nocturne, avec une population plus active, etc. Comme nous allons le voir de suite traitant « d’ancienne centralité et de nouvelle centralité ». Par contre à l’inverse, un autre phénomène s’était produit dans la composition spatiale : certains villages et zones rurales ont été investis par des nouveaux éléments constructifs qui avaient pris racine dans les centres urbains et à travers la typologie des équipements publics, avant de se développer ensuite à travers la construction des villas et des immeubles privés. Nous voulons évoquer les villas modernes qui avaient été construites de çà et là dans les centres ruraux se trouvant à proximité immédiate des centres urbains de l’époque, comme le quartier de Sisangvone, le quartier de Dong Païna, le quartier de Phone Sa-at à Vientiane. Ils devenaient des quartiers de résidence, dont l’architecture de certains d’entre elles peut devenir aujourd’hui des exemples de la modernité très typique de l’époque. On peut dire que les typologies architecturales proprement dites des années 1960 étaient globalement dominées par l’architecture moderne, en particulier dans la production des maisons individuelles, des équipements publics et des immeubles en compartiment. Cependant, les maisons lao pagnuk (maisons lao contemporaines) avaient marqué aussi indéniablement la production du bâti durant ces années par leurs quantités. L’architecture moderne des villas Les villas modernes avaient été un des marqueurs de l’espace urbain, économique et social par la nouveauté qu’elles apportaient. L’acte de construire de l’habitat était alors fractionné et faisait apparaître de manière plus flagrante les différents corps de métier, par rapport à la période qui précédait : l’utilisation de matériaux en dur dominés par le béton armé et de la maçonnerie, la mise en œuvre de la construction plus sophistiquée nécessitant un savoir-faire nouveau, c’est-à-dire, devant faire appel à des sociétés de construction, et surtout, au service des architectes. Le prix de la construction devenait alors plus onéreux. Dans ces années, les villas exprimaient ainsi le mode de vie nouveau, ils étaient devenus le signe extérieur de richesse, indiquant la santé financière et économique de l’occupant. Celui-ci aurait forcément un lien quelconque avec le pouvoir politique ou financier qui détenait le pouvoir du moment. Force est de constater que les villas les plus intéressantes ont été construites dans ce contexte. Elles sont remarquables par leurs vocabulaires architecturaux résolument modernes : fonctionnalité recherchée, volumétrie simple, plan libre, structure en porte-à-faux, grands claustra, pergola et brise-soleil, toiture-terrasse, percement libre des ouvertures, grandes baies vitrées, etc. Les petites villas basses en bois constituaient une variante de cette modernité et exprimaient une certaine adaptation du modèle d’origine au contexte local. Elles ont été construites à même le sol, sur un soubassement (semelle filante) qui les séparait du sol d’une cinquantaine de centimètres. Avec souvent un plan de fonctionnement similaire aux villas modernes en dur, leur construction étaient moins onéreuse et donnait une indication sur la classe sociale des occupants. Du fait qu’elles étaient en bois, elles appelaient davantage à un savoir-faire local dans leur mise en œuvre, en particulier en ce qui concernait le bardage de bois des murs, invariablement celui des maisons lao. Mais l’ensemble de leur construction montrait qu’elles étaient issues d’une démarche moderne (appel aux entreprises de construction aussi petites sont-elles, au plan d’architecte et au permis de construction). En fait, à travers leur plan d’agencement, la fonction de l’habitat avait changé. Situés sur le même plan sans décrochement de niveau du plancher par rapport à leur fonctionnalité, les espaces de la maison n’étaient plus hiérarchisés. La salle d’eau d’un côté et la cuisine de l’autre, cette partition faisait partie alors de l’organisation intérieure de la maison. Elles n’étaient plus construites dans une maison à part ou en appentis, mais côtoyaient la salle à manger qui se trouvait dans une pièce communiquant avec le salon, parfois, il s’agissait de la même pièce. L’architecture moderne des immeubles collectifs, des équipements publics et des immeubles en compartiment Les immeubles de logements collectifs sont bien apparus dans les années 1950 et 1960, mais ils demeuraient des projets rares. Le mode d’habiter de ce type était assez étranger aux locaux. Fig. 88. Habitations et immeubles urbains des années 1960 à Vientiane : immeubles d’angle, mais aussi des habitats précaires Fig.89. Autres équipements des années 1960 dans le centre de Vientiane : Banque, Piscine municipale, hotels, Université Fig. 90. Equipement des années 1950 : l’Assemblée Nationale (Aujourd’hui le bâtiment fait partie du campus du bureau du Premier Ministre) Fig. 91. L’Hôpital Mahosot (bâtiment des années 1960, dans un campus qui date de la période coloniale)Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 380 - Puisque ces derniers se conformaient dans le mode individuel de résidence et de propriété privée et ignoraient jusqu’à cette période la résidence collective. La construction des immeubles collectifs était pendant longtemps issue des besoins spécifiques d’une institution : pour loger les professeurs des lycées et de l’université sous forme d’appartement, pour loger les étudiants sous forme de chambre collective et de dortoir, pour le personnel des hôpitaux, etc. Les nombreux experts en mission pour de longs séjours trouvaient également les moyens de se loger dans les appartements de ce type, lorsqu’ils ne louaient pas les villas individuelles. Pour les séjours plus courts, ils logeaient plutôt dans les hôtels, une autre forme alors de résidence collective. Les occupants étant majoritairement étrangers et leurs venues étant, pour beaucoup, liées aux fonctions de la capitale, c’est à Vientiane que l’on trouvait le plus ce type de logements. Il était de même pour les immeubles en compartiment. Ils sont caractérisés par leur fonctionnement et par leur plan intérieur constitué de plusieurs unités de logement standardisées et répliquées sur le plan et sur plusieurs étages. Les unités sont ensuite desservies par des coursives collectives fermées ou ouvertes sur l’extérieur. Il existait principalement deux types de façades. L’un est caractérisé par l’uniformité des composants architecturaux, formant une unité de façade unique. En ce cas, la façade ne reflète pas forcément le caractère sériel et standard du plan intérieur. Et souvent il s’agissait alors d’immeuble de bureaux monofonctionnel, ou d’équipement avec fonction unique. L’autre est caractérisé par la standardisation des unités répétitives des composants architecturaux, et en ce cas la façade reflète le plan intérieur avec des unités d’habitation (appartements ou chambres) répétitives et standardisées. Parfois, ce dernier type d’immeuble peut être des immeubles en compartiment. Les équipements publics étaient apparus nombreux dans les années 1960. Si parfois les anciens équipements datant de la période coloniale continuaient à être utilisés pour les mêmes fonctions, les immeubles isolés dans de petits campus administratifs ont été construits dans toutes les villes importantes. A Vientiane, ils jalonnaient surtout le grand axe urbain de l’avenue Lane Xang. Les plus emblématiques, telle l’Assemblée Nationale et l’immeuble de logement des professeurs du lycée de Vientiane, empruntaient une architecture moderne un peu différenciée des autres. Cette architecture se référençait curieusement aux différents courants modernes des années 1930 et 1940 : les expressions du « nouvel ordre de l’ère de la machine », reste du mouvement futuriste et constructiviste, apparu et très débattu en Europe autour de la deuxième guerre mondiale. Ces deux cas restant uniques, les autres empruntent un langage moderne proche de certains vocabulaires de le Corbusier, de l’expression internationale et du rationalisme européen. Bien que dans certains cas, les immeubles en compartiment pouvaient avoir des similitudes avec les immeubles de logement collectif ou des équipements publics que nous venons de décrire, ils étaient résolument différents du point de vue de l’opération immobilière, du point de vue des fonctions et du mode d’habiter. Les immeubles en compartiment étaient caractérisés par une appropriation verticalisée de R+1 jusqu’à R+3, ne dépassant pas R+4. Les compartiments combinaient la fonction commerciale et d’habitation. Le rez-de-chaussée était consacré aux activités commerciales, alors que le reste des étages était consacré au logement. A la différence des habitations individuelles, il était très rare que les immeubles en compartiment de ce type soient issus d’opération immobilière fractionnée. Le promoteur les construisait généralement à partir de trois unités. Il y avait quelques exemples types dans le quartier Sihom. Les maisons lao pagnuk Les maisons lao pagnuk sont dérivées des maisons lao anciennes. Situées généralement dans un milieu plus urbain (avant de se répandre aussi dans les campagnes), elles sont caractérisées par leur rez-de-chaussée cloisonné, doublant ainsi les surfaces habitables recherchées. A l’étage, les cloisons et les parements extérieurs sont en bardage de bois, alors qu’au rez-de-chaussée ils sont en maçonnerie. La structure porteuse du rez-de-chaussée est en béton armé de petite section alors que celle du haut est généralement en bois. Ceci crée une distinction assez nette entre le haut et le bas. Et à la différence des maisons lao anciennes, on ne vit plus au premier étage mais au rez-deFig. 92. L’immeuble de logement des professeurs du lycée de Vientiane, construit à la fin des années 1950. Fig. 93. Immeubles et compartiments des années 1960, dans le quartier centre de Vientiane.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 381 - chaussée, le haut étant consacré à l’espace de nuit. La toiture est moins pentue et plus affaissée par rapport à son modèle d’origine, permise par l’utilisation de la tôle ondulée, ce qui rend l’aspect général de la maison moins effilé. Les terrasses (sya) sont souvent absentes remplacées par les balcons de taille modeste, dont les motifs des garde-corps, variés et soignés constituent une fantaisie apparente par rapport à son manque de décors par ailleurs. Les espaces intérieurs sont moins ouverts sur l’extérieur, les ouvertures sont réduites et le plan d’organisation spatial est plus imbriqué. L’absence de fluidité intérieur-extérieur rend compacte et volumineuse la perception de la majorité des maisons lao pagnuk. L’ambiance intérieure est plus feutrée, plus sombre et moins ventilée. Parfois, les éléments de liaison avec la partie attenante, en arrière ou latérale, que constituent la cuisine et la pièce d’eau, les rendent plus ouvertes et moins compactes. Le développement et la production des maisons lao pagnuk et de leurs déclinaisons typologiques sont vraiment issus d’un contexte et d’une culture locale qui s’efforce de s’adapter à un moment de développement urbain particulier, celui de l’apparition relativement forte du monde citadin et urbain avec ses contraintes diverses. En fait au moment où plusieurs questions se croissent pour rechercher comment mieux vivre l’époque, comment s’adapter à certaines contraintes urbaines, construire une maison pour pas trop cher, avec un savoir local –voire même avec une capacité d’auto construire. Comment avoir un espace de vie suffisant pour une famille nombreuse lorsque l’emprise au sol est restreinte, etc. Ce sont là des questions auxquelles les maisons lao pagnuk tentaient d’apporter des réponses. En fait c’était le moment où l’urbanité et la citadinité ne sont plus seulement signifiés par le fait d’être “ dans le muang ” ou “ hors du muang ”, le fait d’être dans l’enceinte de la ville ou en dehors, mais par un mode de vie, de production et de consommation qu’il fallait adapter et renouveler. En cela les maisons lao pagnuk, est un vrai témoin de la transition sociale lao traditionnelle et rurale vers un monde urbain. Il traduit la capacité, mais aussi les limités d’adaptation de cette société traditionnelle à un tournant spatial crucial. La centralité ancienne, la centralité nouvelle Dans les années 1960, les quartiers à dominance commerciale et d’activités nocturnes étaient apparus comme des nouvelles centralités. Mais souvent ces centralités nouvelles se greffaient aux quartiers de centre ancien. Par exemple le quartier Anu des trois cinémas (Bouasavanh, Viengsamaï, Sènglao) avec boutiques et restaurants, qui était le centre ville dans les années 1960, animé et nocturne, côtoyait le quartier des cinq pagodes (Vat chanh, Inpèng, Ongtù, Mixay et Haï sok), qui était effectivement l’ancien centre de Vientiane. Ce sont deux centralités fondées sur des fonctions différentes. Le centre ancien des cinq pagodes était historiquement prestigieux : Vat Ongtù logeait l’université religieuse et la cérémonie de l’eau du serment, qui avait lieu chaque année depuis probablement le XVIe siècle, et Vat Chanh était probablement le lieu officiel des ordinations des jeunes gens de l’ancienne époque. Quelques années après, les quartiers anciens et nouveaux finissent par constituer un ensemble quasi-homogène formant le centre urbain devenu maintenant historique. La vie rurale, la vie urbaine, le temps de l’adaptation La composition spatiale des années 1960, surtout l’architecture moderne qu’incarnaient les villas d’habitation apportait donc un mode de vie nouveau : une certaine citadinité était entrée en fusion avec la culture rurale qui persistait malgré tout. Ceci à travers la pratique de la maison ellemême et à travers son insertion et appropriation paysagère. Le nouveau mode de vie que l’on peut repérer était explicite à travers plusieurs faits. D’abord, la composition sociologique et économique de l’habitant avait changé : le ou les chefs du foyer, parfois les autres membres du foyer, exerçaient des activités qui apportaient des salaires, que ce soit dans la fonction publique ou dans les activités commerciales. En occurrence, quelle que soit la souplesse du temps de travail connu dans le pays, ils commençaient à avoir des horaires fixes (ce qui implique une clarification au niveau du temps passé et vécu dans la maison), à avoir des parcours quotidiens en conséquent, liés à ce temps de travail. Ce qui voudrait dire que les activités des membres du foyer ne sont plus seulement tournées vers les travaux de rizière et de jardinage d’autoconsommation, mais orientées aussi vers le tertiaire. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 382 - La gestion du temps au foyer devenait alors quelques chose de tout à fait nouveau qui s’imposait à la vie citadine. L’organisation spatiale de la maison a dû alors se modifier en conséquent. Dans les foyers, les liens avec la vie rurale devenaient moindres, mais s’étaient poursuivis quel qu’en soit la pression du travail salarial sous une forme différente. Les revenus permettaient d’augmenter le confort et la consommation liée à la ville. On peut aujourd’hui mesurer ce confort et le détachement progressif vis-à-vis du monde rural des années 1960, à travers les ameublements et autres produits et ustensiles, produits sur place ou importés, lorsque nous examinons les villas modernes qui subsistent encore. On pouvait mesurer aussi cette modernité nouvelle à travers les automobiles importées à cette époque. On peut dire que la société lao se modernisait au rythme et à la mesure de l’urbanisation des villes, ou plutôt, de la citadinisation des foyers laotiens. L’espace de la maison changeait en conséquent. On vivait dans les villas modernes de manière plus intériorisée, la pièce des repas n’était plus la même que celle qui accueillait les visiteurs (nous verrons dans les maisons lao que ces deux fonctions sont associées). Désormais, il y a le salon et la salle à manger, une grande pièce de réception pour les plus aisés. L’endroit où l’on préparait les repas était alors aménagé dans une pièce à part (la cuisine) de manière fonctionnelle. Il n’était plus question de passer des heures pour allumer et alimenter le feu de cuisine au feu de bois, pour aller chercher de l’eau au puits, etc. On faisait la cuisine désormais debout et non plus assi. Le bois de chauffe avait été remplacé par le charbon puis la gazinière. Ceci avait des conséquences énormes sur l’organisation de la vie quotidienne dans l’espace de l’habitat et dans le temps. Il était donc courant pour les foyers les plus aisés et/ou qui avaient des liens forts avec la vie rurale d’avoir une deuxième cuisine à l’extérieur. C’était pratique pour le personnel ou pour les membres de la famille qui venaient de la campagne et qui trouvaient impraticable la cuisine moderne pour préparer certains plats. Un bâtiment annexe a alors souvent été construit en arrière ou sur le côté des villas. Il permettait de loger de nombreux personnel de maison, mais aussi la famille qui venait de la campagne. Ce schéma était valable pour la quasi-totalité des grandes familles donc le chef était dans la fonction publique. Plus la position et la situation de ce dernier étaient importantes et honorables, plus il se sentait obligé. Ainsi par sa position et par son devoir familial, il devrait parrainer et héberger de nombreux neveux et nièces venus des provinces d’origine pour étudier. Certains d’entre eux deviendraient probablement à leur tour des fonctionnaires. Ainsi dans certaines villas, on relevait beaucoup de chambres, voire, des mini dortoirs. Les enfants lao et les adolescents en général n’aimaient pas dormir seuls, le fait de partager la chambre avec les cousins et cousines de la campagne était alors courant et apprécié : ils dormaient ainsi à plusieurs dans une chambre. Ces faits qui étaient propres aux maisons lao anciennes étaient une pratique qui persistait dans les villas modernes, grâce à la valeur familiale que la modernité des villas n’avait pas altéré. II. III. d. 4. Le bouleversement des schémas symboliques anciens de la ville Dans un rapport immédiat vis-à-vis de l’urbanisme colonial, l’urbanisme des années 1960, ont apporté un grand bouleversement aux schémas symboliques anciens de la ville. L’exemple de ce bouleversement peut être révélé par l’analyse urbaine d’une des sites monumentaux de Vientiane, construit par Sethathirat au XVIe siècle. Ce site qui relie la ville à l’esplanade de That Luang et son monument, est un cas unique du pays.662 Les schémas symboliques coloniaux : Luang Prabang et Vientiane Le schéma symbolique installé par l’urbanisme colonial concerne particulièrement le rapport entre le fleuve et le lieu central du pouvoir. Le phénomène est autant flagrant qu’il se produit dans deux sites principaux : à Vientiane et à Luang Prabang. 662 L’analyse urbaine du site de That Luang a été effectuée dans un article rédigé en 2004 et publié dans un ouvrage collectif édité en 2010. L’essentiel de cet article est repris dans ce chapitre et dans la 1e partie. Chapitre II. Cf. Chayphet Sayarath, « Le site de That Luang et la ville, articulation spatiale des fonctions religieuse et politique. », in. Vientiane, architectures d’une capitale. Traces, formes, structures, projets. Ed. Recherches/ Ipraus, Paris, 2010.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 383 - A Luang Prabang, la conception du palais royal par les Français dans les premières années du XXe siècle semble placer le Mont Phou Si dans une position et un ordre d’importance qu’il n’avait pas auparavant. Si le mont est sacré et occupe géographiquement une position centrale, il n’exerce pas ce rôle de manière exclusive, mais participant au schéma symbolique général de la ville, qui était également constitué de sites sacrés des embouchures telle l’embouchure de la Nam Khane. Les embouchures des rivières semblent aussi importantes, si non plus important que le Mont Phu Si. Par ailleurs, les annales ont mis en évidence le fait que la résidence royale au temps ancien n’était pas à l’endroit où les Français allaient plus tard construire le palais royal. Certaines annales suggèrent qu’elle était près de Vat Pafang, d’autres, plus proche de Vat Xiengthong. Il a même semblé au cours de l’histoire qu’elle a du souvent changer d’endroit à l’intérieur de la péninsule, cherchant un lieu propice. 663 L’interprétation coloniale a dû considérer le site actuel comme propice en construisant la résidence royale en bas du Mont Phou Si. De plus, cette résidence a orienté sa façade vers la montée du mont et a tourné alors son dos au fleuve. Devenant un lieu clos, pris entre le fleuve et le Phou Si, le palais royal n’a pas de vue sur le Mékong. Ce schéma semble tout à fait absurde pour le feng shui. Les plus au faîte des règles cosmogoniques attribuent même le malheur qui accable la famille royale lao par ce mauvais schéma symbolique construit par les Français. Il était de même pour Vientiane avec la position du Hô Kham. Autrefois, face au Mékong où l’accès au fleuve était direct, le palais royal et son quartier avaient le fleuve comme limite de la façade principale. En d’autres termes, le palais royal donnait entièrement sur le fleuve. Le bâtiment de l’hôtel de la Résidence Supérieure qui a remplacé ses ruines dès les années 1912 est orienté dans l’axe de l’avenue de la Résidence, l’embryon d’une autre grande percée viaire (l’avenue Lane Xang). Celle-ci débute au niveau de l’axe de la salle des fêtes de l’Hôtel de la Résidence (futur Hô Kham), l’ancien emplacement du palais royal. Cette fois-ci, la façade du bâtiment est tournée en direction de la nouvelle route qui, en 1931, s’arrêtait encore au niveau de l’ancien rempart, et le dos du bâtiment est alors tourné vers le fleuve. Même si une place semble y avoir été aménagée, permettant un accès au fleuve depuis le bâtiment, cet accès était secondaire. Le plan de 1912, montre en outre que l’on projetait une voie traversant le bâtiment et l’îlot entier, débouchant sur la petite place avant de se jeter sur la berge du Mékong. Le plan de 1931 montre que la voie n’a pas été construite comme prévu. Cependant, l’emprise du bâtiment demeure sur l’axe de l’avenue de la Résidence qui le percute en plein centre de sa façade. Dans les années 1940, on a tracé la route nationale 13 dans le prolongement de l’avenue de la Résidence, et celui-ci s’élançait dans les rizières vers l’extérieur de la ville. Là encore le schéma symbolique de la ville a été complètement renversé. Le lieu du pouvoir avait commencé ainsi à se démarquer du fleuve, alors que les deux éléments étaient anciennement fusionnels. L’urbanisme des années 1960 et le schéma symbolique de la ville Alors que les plans qui ont été dressés durant la période coloniale, établissaient la route de Nong Bone comme seule voie de liaison entre le That Luang et la ville, respectant encore le schéma symbolique du XVIe siècle de Sethathirat ; l’avenue Lane Xang, construite dans les années 1960, venait à la fois contre balancer et révéler le schéma symbolique ancien. L’urbanisme des années 1960 a prolongé le schéma urbain colonial tout en renouvelant les symboles nationaux et les représentations, mettant en pratique un urbanisme emblématique. Le site où s’était implanté l’Hôtel de la Résidence demeure le lieu du pouvoir, accueillant alors le Hô Kham, symbole du jeune état indépendant. Sa façade principale est résolument celle qui est percutée par l’axe de l’avenue Lane Xang. Des équipements publics sont construits le long de la grande avenue, axe monumental par excellence, et le Hô Kham –nouvellement construit, lieu 663 Cf. Pheuiphanh et Mayouri Ngaosyvathana, Ancient Luang Prabang, Vientiane, Mon Realm and the Angkor impérial road, 2009, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 384 - symbolique du pouvoir en marque le début. En sortant de la première enceinte de la ville, l’axe passait par une place où le mémorial Anousavary était construit. En quittant le mémorial, l’axe était séparé en trois branches dont deux partaient en direction de l’esplanade du That Luang. L’axe de droite arrivait quasiment dans l’axe du grand that, lui créant une belle perspective ondulatoire. La route du milieu frôlait sur la droite l’esplanade du That Luang au niveau du village de Phone Phanao avant de repartir vers l’extérieur de la ville. En ce qui concerne le site de That Luang lui-même, la renaissance de la fête du grand that et le transfert de son entrée principale au côté ouest, qui était à l’origine sa sortie arrière, a fait de l’esplanade qui existe probablement depuis Sethathirath en quelque sorte son parvis. Les anciennes voies d’accès, par l’ancienne entrée du that sur la façade Nord-est ont été complétement niées. Ces anciennes voies qui se pratiquaient par canaux entourant la ville et qui se connectaient à la grande mare de That Luang et au Mékong, caractérisaient l’ancienne structure spatiale de Vientiane et du grand that. Désormais, d’un côté le quartier de Hô Kham tourne le dos au fleuve, de l’autre le That Luang tourne le dos à la mare, les deux sites clés se font face. Cela perturbe le rapport ville / fleuve, ainsi le rôle de ville fluviale en est autant affaibli. Une coupure assez nette apparaît entre ce qui est en-deçà et ce qui est au-delà du boulevard Khou Vieng-Khun Bourom (construit sur l’ancien rempart intérieur). Les quartiers du marché du matin, du ministère de l’Intérieur et des finances, du Lycée de Vientiane, du service des cadastres et du service topographique, de l’ancienne Assemblée Nationale, etc. Par ailleurs, le fait que l’axe monumental percute les deux sites en plein cintre, aurait déstabilisé les croyances et dérangé les esprits des lieux. Car ceux-ci, comme les Lao eux-mêmes, auraient le “vertige” des axes en plein cintre. Les mauvais esprits que l’on doit ménager de sorte qu’ils ne puissent pas déranger les hommes, pourraient y rentrer sans pouvoir en sortir et donc provoquer des actions négatives. Le nouvel axe structurant permettait, à l’époque, une autre lecture du plan de la ville. L’ancienne route Nong Bone était toujours utilisée, mais il n’y avait pas de constructions publiques significatives dans ses abords. Son importance a été réduite au profit de l’avenue Lane Xang et de la nouvelle route de That Luang. L’avenue Lane Xang et la route de Nong Bone ont donc été construites sur des bases et selon des conceptions différentes, voire contradictoires. L’avenue Lane Xang prônait l’axe monumental, la mise en perspective, voire la mise en place d’une scénographie urbaine qui faisait travailler plus l'œil que l’esprit, et empruntait un concept fortement idéologique. La route Nong Bone, par la tangente, prônait la simplicité, la discrétion et suggérait un cheminement lent, laissant travailler l’esprit plus que l'œil pour découvrir le site religieux. L’esplanade, disposée en diagonale, réconciliait les deux concepts de manière étonnante, réceptionnant l’aboutissement de trois routes, l’une dans l’axe du monument et les deux autres dans les extrémités de l’esplanade. Les schémas symboliques anciens La prédominance de la liaison et de la mise en perspective entre le lieu de pouvoir, le Hô Kham, et le site religieux That Luang aménagé par l’urbanisme des années 1960 tel que nous venons de décrire, révèle le schéma symbolique construit par Sethathirat au XVIe siècle, dont le rôle a été considérablement réduit. L’axe monumental de Lane Xang, rectiligne et rapide, en réduisant toute son importance révèle l’ancien axe Nong Bone, lent et graduel qui reliait la ville, le palais royal, le fleuve au site religieux de That Luang. Anciennement l’entrée principale du that se situait à l’est (nord-est), face à la mare, le monument formait un écran entre la mare et l’esplanade et le that tournait alors le dos à la ville, celle-ci suivait la courbure du Mékong. Palais royal, pagodes et quartiers d’habitations s’ouvraient alors vers le fleuve. En revanche, du côté des rizières, le rempart doublé de fosse la séparait de la plaine et de la terrasse d’une distance de quatre kilomètres du lieu où dominait le stupa. Cette situation bipolaire était ensuite reliée par la route de Nong Bone, sans aucune mise en perspective entre les deux pôles, mais avec un cheminement lent et graduel. Les points d’ancrage aux deux extrémités de la voie longeaient d’un côté le palais royal, de l’autre l’un des deux vat qui Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 385 - encadrait le grand that. Malgré une situation spatiale grandiose, ici un axe monumental entre la ville et le monument n’a pas été aménagé. C’est l’urbanisme des années 1960, comme nous avons précédemment noté, qui révèlera cette situation unique, en y créant un axe de représentation, servant étroitement les idéologies politiques de l’époque. Force serait de constater que la culture lao ancienne n’était pas sensible à cette forme de monumentalité. Le schéma ancien incarné par la route de Nong Bone révèle une autre forme de sensibilité et de raffinement, il met en saillie un souci esthétique et donne-là une leçon d’urbanité, ou du moins, en devient un cas d’école pour l’urbanisme contemporain. La restructuration spatiale et symbolique des années 1975 et 1990-2000 Initié par l’urbanisme des années 1960, le remaniement du schéma symbolique des années 1975, puis celui des années 1990 – 2000 est pourtant une réappropriation de l’ensemble de l’héritage spatial du passé. Le site de That Luang témoigne de la réinterprétation contemporaine de l’histoire, faire table rase, légitimer et durer à travers un processus idéologique particulier. A partir de 1975, le développement de la ville était quasiment au point mort. La construction de l’habitat à l’initiative individuelle et les grands projets publics se raréfiaient, sauf les équipements provenant de l’aide des pays socialistes. La mise en place de la politique planifiée et centralisée et de la production collective, la pénurie de la consommation parallèlement à sa rationalisation obligeait l’Etat à instaurer la politique de l’autosuffisance. En ville, le moindre espace libre, jardins, bassins d’agrément, ont été occupé par des potagers et des activités piscicoles. La ville de Vientiane, déjà très verte, les friches rurales côtoyant les quartiers urbains, se ruralisait plus encore avec les activités agricoles, les travaux collectifs et la venue des populations rurales de la campagne. Le site de That Luang a continué d’être un espace public important, témoignant des scènes et des événements historiques. La fête religieuse de pèlerinage du that n’a pas été abolie mais réutilisée même pour véhiculer les messages du parti. Après une période de table rase, l’exaltation de la Révolution étant retombée, on a tenté de se réconcilier avec l’histoire nationale. Ceci par des actes politiques et symboliques qui se voulaient réconciliateur. L’esplanade du That Luang en était témoin de premier ordre, elle matérialisait les concepts les plus contradictoires, mais réunis dans la vision longue et globale de l’histoire sociale. La configuration de l’esplanade du That Luang est aujourd’hui dans sa troisième phase de développement. Dans la décennie 1980 – 1990 un certain nombre d’édifices ont été construits pour compléter le complexe. L’Assemblée Nationale construite vers 1984 d’orientation nord-sud donne sur la place. Des clôtures et une porte monumentale ont été construites pour séparer la diagonale de l’esplanade de la place située devant le grand that. Une grande partie du sol a été bétonnée, avec le financement du gouvernement thaïlandais, symbolisant la fraternité entre les deux pays après les affrontements frontaliers à ban Hom Kao. Un stupa blanc dédié aux héros (Virasonh) de la révolution a été bâti à l’extrémité nord, et un parc d’attractions a été aménagé sur le site de Nong Sapang Lèn, se trouvant au sud-ouest de l’esplanade. Ce site a été évoqué dans le Tamnan Oulangkhrathat comme un site ancien et sacré. Lors des 450 ans en 2010 de la ville de Vientiane le site fait l’objet d’aménagement de parc public, prolongeant le parc Sethathirat également récemment aménagé. Du coup, le stupa blanc a été déplacé d’une centaine de mètres dans ce parc. Rappelons qu’à partir de 2000, l’ensemble de la trame viaire de Vientiane a fait l’objet de restructuration : avenue, routes et rues, qui donnent sur l’esplanade ont bénéficié des travaux et l’ensemble du complexe a été remanié. Au nord-ouest, l’hôpital O.B très délabré datant de la guerre froide, ainsi que quelques habitations ont été détruits pour libérer des terrains, construire le parc Sethathirat et créer une courte percée entre la route de Phone Keng et l’entrée principale de l’Assemblée Nationale. Encore une fois un axe central a été créé, mais cette fois-ci pour mettre en valeur l’Assemblée Nationale. Il est quasi parallèle à celui qui a été aménagé dans les années 1960 entre le Anousavary et le That Luang. Au sud de l’esplanade – côté nord du stupa – un immense bâtiment devant abriter l’assemblée religieuse a été construit. Elle domine le grand that et fait Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 386 - l’objet de controverses. Les aménagements suscitent deux observations, du point de vue spatiale. Le dernier aménagement préfigure deux pôles au sein du site : le premier regroupe le stupa dédié aux héros de la révolution, le parc, la petite percée et l’Assemblée Nationale. Le second rassemble le grand that, Vat That Luang Nord, Vat That Luang Sud, l’Assemblée religieuse (le Dhamma Sapha) et l’enceinte de séparation qui tend à isoler cette partie du reste de l’esplanade. Enfin, l’aménagement du parc dilate et élargit la vision de l’esplanade à l’endroit où il est le moins large. Ces deux pôles préfigurent sans doute une tentative de différenciation entre un pôle politique et un pôle religieux. Les bouleversements intervenus dans les trois moments (années 1960, années 1975, années 1990-2000 et 2010) illustrent ni la rupture spatiale, ni la rupture de la capacité de produire des sens de cet espace emblématique, mais traduisent une complémentarité et un enrichissement sémantique plus grand. La nouvelle structure urbaine des années 1960 met en évidence la capacité des espaces chargés de symboles et d’histoire forte à enregistrer à la fois les ruptures sociales et idéologiques et la mise en valeur de la continuité et du prolongement spatial et historique. De même, celle de 1975 marque un autre prolongement et les années 1990 – 2000 une certaine continuité avec l’histoire nationale. Le schéma symbolique du site de That Luang, dans son intégration urbaine, exprime trois concepts urbanistiques forts. Le premier concept serait explicite dans le cheminement lent et graduel établi entre le lieu de pouvoir et le lieu religieux. Le second serait les voies d’accès au site par les canaux, la mare de That Luang et le fleuve. Enfin, le troisième concept serait représenté par le système d’axe monumental introduit par l’urbanisme moderne. Le premier concept a été bouleversé par l’évolution générale de l’espace urbain, alors que le deuxième a tout simplement été supprimé. Dans les deux cas, la fonctionnalité et la rapidité du déplacement urbain, permises la rationalité de l’urbanisme moderne, raccourcissent et rendent obsolètes les parcours longs et lents qui traduisaient si bien la conception et la pratique lao de l’espace. Malgré ces évolutions, l’esplanade du That Luang n’a pas perdu sa fonction fondamentale. Dans les années 1960, elle a déjà été appelée à participer à la restructuration de la ville par la mise en perspective du monument à l’aide d’un axe monumental, dans une période urbaine qui renie radicalement le paysage hydraulique, fluvial et marécageux. L’entrée principale du That Luang et celle du Khoum de Hô Kham, ont été alors renversées. Autrefois dos à dos – face à la mare et face au fleuve, elles se retrouvent face à face. À partir de 1975, les nouvelles données politiques et sociales exercent une influence plus importante encore sur la configuration de l’esplanade. Cette dernière devient même un lieu instrumentalisé. Conscient de la force symbolique et historique qu’elle représente, le pouvoir va se l’approprier complètement afin d’imposer son idéologie et se fondre dans la continuité et dans la légitimité de l’histoire du pays. Cependant, les programmes de construction et le choix d’aménagement constituent deux pôles dans l’esplanade. D’un côté, le pôle politique et de l’autre le pôle religieux. La fusion, dans le même espace du pouvoir politique et du pouvoir spirituel, qui caractérisait depuis cinq siècles ce lieu touche sans doute à sa fin. Et si aujourd’hui le politique entretient certain lien avec le spirituel, ce lien semble relever de l’instrumentalisation. Conclusion L’observation des villes, à l’échelle temporelle entre l’indépendance et 1975, montre que le modèle spatial lao contemporain est fondé non seulement sur la capacité de compréhension des acteurs des espaces hérités, mais aussi sur la réception et sur l’acculturation des espace exogènes. En tant que modèles exogènes, la période siamoise précoloniale a produit, non pas des villes, mais des territoires de capitation dans lesquels les facteurs humains et territoriaux ont été considérés seulement comme un apport économique. Ce modèle n’a pas été sur le plan spatial un modèle durable pour le développement des villes lao dans les périodes qui ont suivi. Au contraire, il a contribué à déstructurer la base sociale et administrative des villes au détriment de leur futur Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 387 - développement. La période coloniale, par contre, a favorisé une renaissance de la ville : restructuration politique et administrative, production des villes nouvelles –et donc de phénomène urbain, introduction de la gestion des sols avec l’établissement du cadastre et l’immatriculation des titres fonciers, importation de nouveaux programmes d’équipements de l’habitat et de l’urbain – modernisant la ville, reconsidération du composant démographique comme facteur de développement urbain, réviser autrement la trame urbaine ainsi que ses tissus, etc. L’apport a été tel que la ville se reconstruit sans la base de sa mémoire et de son espace hérité. On enregistre là, probablement, le début de sa propension à la rupture. La compréhension des espaces hérités ou endogènes a été manifeste dans la production urbaine et de l’habitat, de manière non-exhaustive, mais un certain nombre de contextes et d’éléments spatiaux ont été pris en compte. L’essentiel des éléments endogènes qu’on a pu identifier en permanence sont entre autres : le modèle d’occupation de l’espace et de la gouvernance –telle la hiérarchisation organisationnelle et administrative du ban, du tassèng et du muang qui perdure, la conception ancienne du muang dans la réinterprétation du statut de la ville, la tradition foncière et le mode d’habiter comme un savoir intemporel. Parmi les composants principaux des espaces endogénisés évoqués, certains éléments ont persisté plus que d’autres dans l’espace que nous examinons, par leur acculturation plus ou moins forte, plus ou moins appropriée, induisant à la fois des ruptures et des continuités. Ce sont notamment les schémas symboliques et la conception du pouvoir, spatialisés. Quant à la question de la faiblesse démographique, de la partition territoriale et du déplacement de la population, ce sont des problématiques qui ont été endogénisés comme éléments de modélisation spatiale bien avant notre période d’analyse récente.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 388 - CHAPITRE III Les dispositifs et les destins des villes et des territoires Approche globale et état des lieux d’aujourd’hui Les villes et les territoires laotiens auraient connu des destins parfois différents, comparés aux villes, ou aux territoires de la région proche. Certaines d’entre elles vont demeurer des villes traditionnelles qui fonctionnent encore sans changement significatif d’acteur économique et politique, dans des processus de production et de gestion spatiale qui ont peu évolué ; d’autres, des territoires en marge, abandonnant les facteurs traditionnels mais également dépourvus de facteurs émergents ; et d’autres encore tendent à rejoindre les réseaux de métropoles de l’Asie du Sud-est continentale comme aire émergente du point de vue économique et fonctionnel. Le premier chapitre montre qu’une ville ou un établissement d’aujourd’hui est un espace en construction, mais devant aussi gérer son espace hérité. Inscrit dans un territoire, cet espace hérité s’est nourri des conditions géographiques, économiques et culturelles favorables. Les établissements ne peuvent donc se former et se consolider en dehors du champ culturel (culte, rituel, symbole). Ils sont des faits et des productions de la culture et de l’histoire. A l’image de ses modèles culturels, l’espace des villes (formes et pratiques) se rend aussi visible, compréhensible et transmissible à travers le processus de modélisation, de production et de reproduction. Le terme “ modèle ” ne semble pas cependant approprié à la question spatiale, dans le sens où le modèle explicite une forme spatiale arrêtée et aboutie, à laquelle se réfèrerait la production spatiale ultérieure. Or l’espace ne peut être figé dans un état de modèle que très rarement, sa dynamique et son altérité résident dans le fait qu’il est en perpétuel devenir. De ce fait, nous avons limité l’idée de modélisation spatiale (dans le 2e chapitre) à certains éléments persistants dont les formes et les pratiques permettent son identification. Après une esquisse des modèles spatiaux, nous faisons maintenant l’état des lieux de l’espace en devenir avant qu’il entame une nouvelle période de mutation autour de la fin des années 1970. Cet état des lieux met en évidence une évolution spatiale caractérisée par le passage du traditionnel au moderne. Il s’agit de comprendre dans ce chapitre : quels étaient le mode et le processus ainsi que les facteurs qui ont guidé cette évolution et cette transition, quels étaient les liens formels et historiques entre les villes, pouvant influencer, voire, forger de manière significative les destins de certaines d’entre elles. III. I. L’évolution spatiale : modes et processus Quels sont les grands principes qui ont guidé les destins des villes et des territoires ? Aujourd’hui, l’évolution spatiale des villes laotiennes met en évidence le fait que la transition du traditionnel au moderne connait un mode et un processus particulier. Notamment l’organisation spatiale passe du système des limites aux systèmes des aires et des réseaux, de la primauté du composant humain à la primauté des composants territoriaux. Dans ce parcours transitoire, les villes et les territoires sont apparus sous quatre traits majeurs. Les traits explicitent d’un côté l’apparition des établissements émergents et ouverts reliés potentiellement aux réseaux régionaux des villes émergentes, et de l’autre, des établissements en marge et retranchés par rapport aux réseaux de développement régional. De quelle manière et sous quelle forme les villes peuvent-elles être qualifiées de traditionnelles et de retranchées, jouant un rôle marginal ou, au contraire, un rôle Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 389 - émergent, créant de multiples liaisons spatiaux. Les quatre traits, constituent les définitions localisées décrivant ces espaces en devenir. En fait, à travers des exemples, nous essayons de définir ce qu’est le territoire traditionnel, le territoire moderne. Pour se faire, nous considérons les espaces à l’échelle territoriale et comparons globalement les établissements entre eux, leur place et leur rôle réciproque. Nous mettons en évidence le ou les types de relations ou de liens qui peuvent exister entre les établissements et qui peuvent jouer un rôle déterminant. III. I. a. La définition : villes et territoires traditionnels, villes et territoires modernes Dans l’aire de notre étude, il semble d’abord que ce double qualificatif –traditionnel et moderne– n’est pas complètement contradictoire. Il relève plus du champ politique et culturel que morphologique. En d’autres termes, il relève de la gestion, de l’organisation et de la fonction, voire, du processus de fabrication de l’espace plus que de ses formes produites. Dans le contexte de nos lieux d’étude, ce qui caractérise d’abord le traditionnel, c’est l’instabilité de l’espace physique autant que l’instabilité du pouvoir qui le gouverne. Dans le sens où le pouvoir est incarné traditionnellement par la capacité d’un individu ou d’un groupe à mener les hommes et à former une communauté ; le pouvoir ne se repose pas encore sur un système, mais sur la capacité et le charisme du chef. Le système de pouvoir –s’il peut être ainsi nommé– se résume à la construction, à la consolidation et à la représentation du chef, selon des principes qui se renouvellent sans être modifiés. Il semble que nous pouvons également parler de territoire traditionnel à partir du moment où le pouvoir politique –le chef qui domine un territoire– commence à se consolider et à se perpétuer sur le même lieu géographique, mettant en évidence un phénomène de sédentarisation politique et sociale d’une oligarchie, avec ses projections symboliques (telle la période de Sethathirat). Et plus tard, lorsque le composant géographique devient secondaire par rapport au composant humain, notamment avec le phénomène de déplacement forcé des populations, dont les objectifs étant de construire ou de déconstruire un établissement, nous continuons à parler des établissements traditionnels. Le principe reste le même : la construction du pouvoir central se base sur les données humaines. Même si ces données sont conjuguées avec une importance accrue du territoire, le système traditionnel prône l’importance du composant humain plus que l’importance du territoire. Pour insister sur cette idée, nous pouvons voir à travers le droit coutumier, codifiant la conduite de la classe gouvernante traditionnelle, que la consolidation d’un établissement serait avant tout liée à l’intégrité et à l’homogénéité des populations, avant l’homogénéité du territoire luimême. La transition vers la modernité peut être expliquée par la recrudescence du phénomène de stabilisation et de sédentarisation physique et géographique des établissements en même temps que la recrudescence du phénomène de mobilité du politique. En d’autres termes, ce qui donnerait trait aux caractères modernes des établissements ce sont leur force de sédentarisation, leur capacité d’immobilité (stabilité) physique par rapport à la mobilité (instabilité) plus grande de leur pouvoir politique, où les hommes et le système politique passent mais le pays et l’espace physique demeurent.664 Cela correspondrait au moment où le pouvoir passe de la “ domination des âmes ” à la domination des territoires, du statut du monarque des vies au statut du monarque territorial : le pouvoir politique traditionnel passe son temps à grouper et regrouper, à endiguer les hommes plus 664 Pour une grande partie de la diaspora lao, la formule « les hommes passent et le pays demeure » serait douter. Elle part du principe que les mauvaises politiques ou la médiocrité des projets politiques, par leur manque d’indépendance peuvent remettre en cause la souveraineté d’un pays. Par exemple, dans la seconde moitié des années 1940 il était question de la disparition probable du Laos (durant la période de décolonisation). Et à partir de la fin des années 1980 la diaspora considère que « le Laos peut disparaître si le pouvoir politique lao continue à être dirigé par le Vietnam ». Bien que cette allégation ne soit pas infondée, elle a besoin d’être revisitée par des données actualisées sur le contexte régional et sur les institutions et les conventions internationales, notamment celles des Nations Unies et de l’ASEAN. Or, ce qui fonde la modernité c’est le fait qu’un État, à travers de multiples conventions et traités internationaux, ne peut disparaître de la carte politique aussi facilement au tant qu’il ne peut apparaître de toute pièce. La vision traditionnelle portant sur la question est sans doute due à la mémoire collective où on assistait au cours de l’histoire à la disparition des territoires et des groupes de population.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 390 - qu’à protéger son territoire. Et au contraire, le pouvoir moderne s’efforce de protéger le territoire plus qu’à endiguer les hommes. Historiquement, la modernité commence au moment où, dans la région du Mékong et de la Ménam, les deux grands établissements tai deviennent des pôles politiques et culturels relativement stables et distincts : l’un autour de Vientiane et l’autre autour de Bangkok. Les deux pôles qui sont respectivement le centre des deux États ont permis du point de vue physique aux autres petits établissements existants de se stabiliser et de se référer à eux. Ceci, bien qu’il y ait un déséquilibre historique entre les deux centres dès le début de l’âge du commerce au XVIe siècle. En d’autre terme, nous rentrons dans une certaine modernité à partir du moment où les petites villes ne peuvent plus se créer de toute pièce, que ce soit pour installer quelconques élites locales en sécession contre le pouvoir central (cas des trois royaumes du Laos et de ses chefferies), ou pour créer des circonscriptions territoriales pour les taxes comme cela se faisait durant la période siamoise. Et aujourd’hui, la disparition des unités politico-territoriales devient quasi-impossible, à moins de placer cette considération directement, sans transition, dans les champs politico-économiques du contexte de la mondialisation ; et encore, il faudrait rassembler toutes les conditions nécessaires (disparition des États, primauté du pouvoir supra national et transnational), ce qui n’est pas encore le cas dans la région. La modernité réside également dans le fait que les mutations et les changements tournent uniquement autour des remaniements ou des changements internes du politique et dans le fait que la forme politique elle-même connaît une inertie relative, définie souvent par l’incapacité des États à entreprendre des réformes et à s’engager dans les nouveaux défis, par exemple pour le cas du Laos. Ce pays est dans une incapacité à procéder réellement au partage institutionnel des pouvoirs, à la diversification des choix et d’orientation politique et de développement, à des pensées plurielles et non uniques. De même, comme la Thaïlande a du mal à équilibrer le pouvoir dans son apprentissage de la démocratie avec une population qui vit la politique partisane plus que le choix d’idée. Ce qui a trait aussi à la modernité dans ce contexte, c’est la primauté du territoire par rapport à la primauté des hommes qui était alors essentielle dans le système traditionnel. Déplacer de manière forcée et organisée une population pour déconstruire un établissement, aussi bien en tant que territoire physique que territoire politique, ou pour construire un autre établissement, relèverait par excellence du caractère traditionnel (C’est ce qui a été fait à partir du règne de Rama I jusqu’au règne de Rama IV, pour le Laos et le Laos occidental. Ici, le déplacement de la population serait vu comme un instrument politique et économique). A contrario, le déplacement libre de la population : “ migration ”, “ émigration ”, “ exode ”, signe de sa mobilité, incarnerait la modernité elle-même. En particulier lorsque les raisons de cet exode sont économiques, liées à l’emploi et à la sécurité civile. Soulignons cependant que la primauté du territoire et la liberté de déplacement de la population ne signifient pas que la mobilité des hommes a cessé d’être un enjeu territorial et politique. Car les États doivent coopérer pour traiter ensemble la question de mobilité des hommes : le flux migratoire ne connait plus de frontières et peut devenir des éléments déclencheurs de conflit entre les État. Dès lors qu’il est permis de considérer que l’identité des populations vivant dans un territoire peut être distincte de l’identité politique des territoires eux-mêmes, la question territoriale est alors devenue indépendante à la question de l’identité ethnique et culturelle des populations qui l’occupent. La modernité, c’est justement l’intégrité du territoire garantie par l’État avec un pouvoir souverain. Par exemple, combien même le Nord-Est de la Thaïlande est constitué de population d’ethnolinguistique et de culture différente de la culture thaïe officielle, formant une identité à part (issane), cela importe peu. Seule serait importante l’intégrité politique du territoire dans l’État Thaïlandais souverain, constitué et consolidé à partir des différents traités qu’il effectuait avec la France et la Grande-Bretagne au début du XXe siècle, durant la période coloniale et après la deuxième guerre Mondiale.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 391 - A l’échelle locale, la vision moderne et la vision traditionnelle sont caractérisées par la composition du pouvoir politique local et la vision qu’il suscite. Ce qui semble traditionnel, c’est de constater dans le corps gouvernant qu’il y a une indéniable continuité de la classe dominante héritée d’une souche sociale ancienne ou localement ancrée. Et au contraire, ce qui semble moderne, c’est de voir en ce corps gouvernant la rupture avec le pouvoir héréditaire. Le corps gouvernant est alors avant tout un groupe d’administrateurs, constitué à partir de logiques de compétence, ou de groupement d’unions politiques partageant ou pas les mêmes idéologies. Ceci, sans exclure le fait qu’une oligarchie ou qu’une élite intellectuelle, financière ou politique, puisse monopoliser le pouvoir et le transmettre aux successeurs appartenant au même groupe qu’elle, comme dans une monarchie héréditaire. Au Laos, nous pouvons par exemple parler d’une oligarchie consolidée autour du Comité Central du Parti. En Thaïlande, nous pouvons évoquer une oligarchie consolidée autour d’un noyau qu’est la monarchie bourgeoise et militaire. Et lorsque cette oligarchie se détache de ce noyau un problème pourrait éventuellement éclater, comme nous pouvons le constater à travers les conflits politiques actuels en Thaïlande.665 III. I. b. Les liaisons et les influences entre les établissements : les villes et les territoires modernes ou retranchés, les villes et les territoires historiquement en marge ou émergentes, leur schéma symbolique et leurs enjeux historiques sont-ils fondamentaux ? Les schémas symboliques et les données historiques des villes ont été des enjeux significatifs dans l’évolution spatiale des villes. Ceci, dans le sens où les anciens schémas symboliques ainsi que les liens culturels et historiques –voire les liens dynastiques des chefs des muang– qui reliaient les villes entre elles ont conditionné certains des aspects de l’évolution des villes d’aujourd’hui. Nous voulons souligner par là que les données du passé peuvent expliquer et justifier certaines situations du présent : par le passé, les établissements inter-agissaient entre eux et certains exerçaient même, des influences déterminantes sur les autres. Il s’agit maintenant de comprendre la place et le rôle de chacun de ces établissements, leurs types de liaison –ancienne et nouvelle, de comprendre les éléments qui pouvaient jouer un rôle déterminant dans le fait que certains établissements tiennent aujourd’hui une place importante et d’autres moins. L’aspect traditionnel d’un côté et moderne de l’autre qui qualifie la transition des villes ne peut être observé qu’à travers une analyse globale et comparative à l’échelle du territoire et du temps. Leur état de lieux, aujourd’hui, met en évidence le fait que les questions d’influence et de liaison historique qui subsistent encore peuvent remonter aux périodes historiques plus ou moins proches. En fait dans certains cas, les anciennes influences ou les anciens réseaux de relations, qu’ils soient politiques, culturels, économiques, pouvaient être des facteurs déterminants qui expliquent pourquoi certains établissements seraient en situation de retrait ou auxiliaire et d’autres en situation dominant ou de médiateur ; en fait pourquoi certains seraient émergents et d’autres en marge. En occurrence, interroger les anciens schémas et les anciens réseaux, peut non seulement expliquer le rôle et la place que les établissements occupaient par le passé et au moment où nous les observons aujourd’hui, mais cela peut aussi déboucher sur l’esquisse des caractéristiques spatiales, déterminant une ou des généalogies probables des villes. En prenant des exemples illustratifs dans les points qui suivent, nous rappelons en parallèle certains points historiques, sans les détailler. 665 Même si les slogans font taire des motifs réels et évoquent la lutte pour la démocratie, le coup d’Etat militaire contre Taksin Shinawat et ensuite les conflits entre les “chemises jaunes ” partisans de la monarchie et les “chemises rouges ” incarnant les aspirations populaires, cache le fait que les conflits sont en rapport avec le problème structurel, avec l’exercise du pouvoir de l’oligarchie gouvernante et en rapport avec les injustices sociales dans le pays que cette oligarchie suscite. Les conflits ne reflètent donc pas complètement le combat entre une aspiration démocratique et une aspiration dictatoriale.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 392 - Les villes retranchées et en marge Les villes qui sont retranchées et en marge aujourd’hui ce sont souvent celles qui conservent leur marginalité historique ou qui conservent certains aspects du passé spatial : la résistance des anciens éléments de formation par rapport aux nouvelles données territoriales, l’enclavement territorial, l’emprise psychologique d’une histoire politique mouvementée localisée. Ces aspects du passé spatial, confrontés à l’actualité du développement territoriale des villes, nous font constater plusieurs faits dominants : désertification et faiblesse démographique, investissements économiques faibles ou inexistants, absence d’activité salariale, périssement des patrimoines, population constituée essentiellement d’enfants, de très jeunes adolescents et des personnes âgées, les jeunes et les adultes en âge actif étant partis trouver du travail ailleurs, taux de croissance de la population négatif. Il en est ainsi pour la petite ville de Champassak, et de Muang Sing à une autre échelle et contexte, et pour de nombreuses petites villes et villages du Laos où il n’y a rien à faire à part le travail de la terre. Les villes et les territoires émergents Les villes et les territoires émergents aujourd’hui, ce sont souvent ceux qui étaient déjà importants d’une manière ou d’une autre, dans l’histoire proche ou lointaine. Les villes qui émergent ont une dynamique sur le plan des activités économiques, une population jeune et diversifiée, une internationalisation des fonctions. Leurs activités dépassent largement les besoins locaux, et les investissements locaux et étrangers sont significatifs. Les patrimoines fonciers privés et/ou publics sont mis en valeur. Quant aux habitants, ils ne quittent quasiment plus leur ville, au contraire, ceux qui étaient partis ailleurs revenaient. Le taux de croissance de la population est élevé, etc. Des villes émergentes, il en va de soit pour la capitale et les grandes villes régionales comme Savannakhet et Paksé et surtout comme Luang Prabang. Cependant ceci n’a pas été les règles dominantes Les villes qui étaient historiquement en marge ou peu dominant par le passé peuvent acquérir une position assez porteuse aujourd’hui. Et au contraire, les établissements qui avaient un rôle à jouer auparavant peuvent avoir du mal à retrouver son importance dans une reconfiguration nouvelle du territoire. En fait, ce sont des villes qui ne fondent plus leur existence sur leur passé, c’est-à-dire, ce sont celles dont les données ont changé pour aborder le développement autrement. Elles ont partagé des histoires politiques et sociales mouvementées, ont connu le développement à degré variable. Pour le premier cas de figure, deux villes sont à considérer : Muang Xay et Luang Nam Tha. La position marginale qu’elles occupaient, due certes à la guerre qui partitionnait le territoire, semble avoir changé. Les deux villes connaissent un développement grandissant et un taux démographique très positif même si –il est vrai– que leur démographie et leur développement sont liés à l’immigration et aux investissements chinois, et donc, ne sont pas liés à la dynamique interne et endogène de leur propre histoire sociale et économique. En occurrence, elles se situent sur des noeuds stratégiques du Nord traversés par deux réseaux internationaux : le corridor Nord (YunnanLaos-Thaïlande) et le corridor Est-Ouest (Vietnam-Laos-Thaïlande). Quant à la dynamique de leur démographie et de leurs activités économiques, au fait que les deux villes se situent sur les noeuds de deux corridors économiques s’ajoute le fait qu’elles sont sur la “ marche ” du poids de la Chine. Le fait rappelle surtout la liaison historique beaucoup plus ancienne. En effet il n’est pas inutile de rappeler que Luang Nam Tha et Oudomxay étaient historiquement les villes lü les plus importantes et les plus au Sud, ceci par rapport à leur centre situé dans le Sip Song Phanh Na chinois. Donc, mise à part la reconfirmation du poids de la Chine dans tous les domaines, la réminiscence historique des liens anciens entre les villes lü n’aurait pas été tout à fait absente. A contrario, les villes qui occupaient une position assez importante par le passé peuvent devenir aussi marginales, du moins demeurer des villes provinciales qui ont du mal à s’aligner aux autres de taille semblable, par exemple la ville d’Attapeu. Malgré son essor assez important, ces dix Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 393 - dernières années (plus de trente ans après la guerre), dû en grande partie aux projets d’exploitation des minerais dans sa région et aux projets de routes nationales de désenclavement et de liaisons qui reliaient plus rapidement la ville à Paksé (en quatre heurs) et au Vietnam, Attapeu semble devenir pas plus qu’un gros bourg, qui aura encore beaucoup de mal à acquérir un aspect citadin et de capitale de la province. Attapeu a pourtant été une ville importante durant la période coloniale : la liaison pour le transport des produits entre le Vietnam et le Sud de l’Issan passait par Attapeu de manière assez significative. Dans l’administration coloniale, la ville a occupé une position importante parmi les villes “ secondaires ” de l’époque : le tracé des trames viaires actuelles, les petits complexes administratifs, le marché, l’hôpital, dataient de cette époque. Si nous devrons conclure, dans les trois groupes de ville –les villes qui conservent leur marginalité ou au contraire celles qui émergent, les villes qui ne gardent pas les caractéristiques de leur passé, c’est-à-dire celles qui changent leurs donnes –qu’ont-elles de commun ou qu’ont-elles de différent : forme physique, forme d’évolution, histoire et gouvernance politique, culture, taux de croissance démographique, investissement économique ? Dans les trois situations et contextes différenciés, chaque groupe de villes partagent certains éléments communs : 1- Pour les villes ou les établissements qui conservent leur marginalité, les caractéristiques dominants (aussi bien, les caractéristiques actuelles que les anciens éléments de formation) étaient l’enclavement territorial, la désertification et la faiblesse démographique, les investissements économiques faibles ou inexistants, l’absence d’activité salariale, le dépérissement des patrimoines, la population composée essentiellement d’enfants et de personnes âgées, l’absence de jeunes et d’adultes en âge actif, taux de croissance de la population négatif. 2- Les villes qui émergent ont quasiment toutes en commun la dynamique des activités économiques, une population jeunes et diversifiées, une internationalisation des fonctions et des activités, des investissements locaux et étrangers significatifs, des patrimoines fonciers privés mis en valeur, un taux de croissance de la population plus élevé. 3- Pour les villes qui prennent des trajectoires différentes non conditionnées par leur contexte ou par leur passé historique, qu’elles aient été importantes ou pas dans le passé, ce sont les facteurs extérieurs actuels qui les déterminent et qui peuvent décider de leur devenir. Ce sont des villes qui ont partagé des histoires politiques et sociales mouvementées et qui en ont fait table-rase. Elles connaissent des développements à degré variable, selon leur capacité de réceptionner les facteurs extérieurs de développement et de s’intégrer dans les réseaux nouveaux. Elles peuvent être émergentes ou connaître un développement plus lent. Il s’agit des villes comme Sam Neua, Oudomxay et Luang Nam Tha. A part les faits évoqués, il semble que la transition du territoire traditionnel au territoire moderne a été induite aussi par des facteurs nouveaux et étrangers aux anciens facteurs qui fondaient les territoires traditionnels dont nous avons en parti décrit l’aspect (par exemple avec une forme particulière de la classe gouvernante). Les facteurs nouveaux et étrangers transforment non seulement les villes à l’intérieur d’un territoire national, mais transforment aussi les territoires à l’échelle transnationale, traversant les frontières et les systèmes politiques. Soulignons par exemple : si la loi thaïlandaise autorisait la construction des casinos sur son sol, il serait peu probable que les complexes de casino-hôtel de Ban Mom, celui de Savanh Vegas et de Botèn Golden City puissent voir le jour. Comme nous l’avons déjà noté, les villes se relient et partagent les facteurs de développement plus qu’auparavant à travers les réseaux territoriaux. Et si opportunément leurs données culturelles étaient historiquement liées il y a comme une sorte d’appropriation des nouveaux facteurs extérieurs, de manière plus rapide que lorsqu’il n’y a pas du tout de liaisons culturelles entre elles. Pour l’histoire récente des années 1960 et 1970, soulignons que la région du Triangle d’or –lao et thaï, avait partagé une histoire commune, celle de l’opium et du narcotrafic. Pour l’histoire plus ancienne, Nakhone Phranom avait partagé une histoire millénaire avec Thakkek, par le légendaire royaume de Sikhottabong. Le That Phranom et son pèlerinage Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 394 - témoignent aujourd’hui de la fréquentation de ce lieu par les populations des deux villes et des deux rives. Autant dire que les réseaux ne datent pas d’aujourd’hui, même s’ils ne constituaient pas l’armature des territoires (puisque les organisations anciennes étaient régies plutôt par des centres organisateurs qui émettaient un rayonnement), ils trouvent aussi leurs terrains de prédilection dans ce type d’anciennes organisations. III. II. Les facteurs d’évolution, de la ville traditionnelle à la ville moderne L’évolution des villes laotiennes a été qualifiée par leur passage de l’espace traditionnel à l’espace moderne, dont nous venons de donner l’un des aspects de la définition, de leur mode et de leur processus. Nous abordons maintenant les deux facteurs majeurs qui ont joué un rôle important dans cette évolution en particulier durant les deux derniers siècles : les acteurs de la construction spatiale et la programmation du bâti et leur évolution. III. II. a. Les acteurs de la constitution spatiale, leur renouvellement et leur complexité, avant, pendant et après la période coloniale Parmi l’analyse des types d’évolution spatiale, la mutation de la ville traditionnelle vers la ville moderne est une forme d’analyse essentielle aujourd’hui pour comprendre l’espace lao contemporain dans son ensemble. Comme nous avons pu le voir précédemment, la mutation est avant tout d’ordre historique avec trois moments importants. Il s’agit d’abord de la période siamoise et française qui a contribué à la constitution d’un modèle spatial exogène. Il s’agit ensuite de la période des années 1960 qui a constitué un tournant urbanistique majeur. Dans ce paragraphe, nous tentons de comprendre le processus de mutation de la ville traditionnelle vers la ville moderne, en termes conceptuels. Dans l’idée de traditionnelle et de modernité et à l’égard des antécédents historiques et culturels particuliers du Laos dont nous venons de décliner quelques traits, le territoire du Moyen et du Haut Mékong doit être regardé avec un certain particularisme. Très lié au contexte politique, le passage de la ville traditionnelle à la ville moderne du territoire laotien est un processus aléatoire et il n’est pas irréversible. Ceci, dans la mesure ou le changement de fonction et de certains usages de l’espace ainsi que le renouvellement des acteurs peuvent faire entrer les villes dans un processus de modernisation comme ils peuvent aussi les faire revenir dans une démarche plus traditionnelle. Bien qu’il y ait une grande disparité entre les villes, globalement ce passage se fait essentiellement à travers quatre processus : 1- la complexification des acteurs, 2- le développement des fonctions et de la programmation, 3- les enjeux politiques et économiques, 4- l’établissement du cadastre et la régulation foncière. Les processus 3 et 4 étant applicables à l’échelle nationale, nous ne les développons pas dans ce sous-chapitre. Le rôle des acteurs dans la constitution de l’espace peut être identifié dans l’histoire et inscrit dans l’espace dès l’installation des établissements tai. Trois périodes conditionnent le profil de ces acteurs. Avant la période coloniale, leur rôle était celui des groupes dominants, consolidé par la structure socioculturelle, économique et religieuse de ces derniers. Durant la période coloniale, le rôle et les manœuvres des acteurs étaient ceux du pouvoir colonial qui ont su susciter de nouvels types d’acteurs et initier les privés à jouer un plus grand rôle dans la production de la ville proprement dite, bien que le développement urbain et le nouveau programme étaient sous la directive du pouvoir colonial dicté depuis la métropole. La période après l’indépendance a vu apparaître de nouveaux acteurs. L’espace des villes, capitales et centres régionaux, connaissent alors une nouvelle transition urbaine.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 395 - III. II. a. 1. Les plus importants acteurs avant la période coloniale Pour la production de l’espace de la cité avant la colonisation française, on peut identifier les acteurs à travers trois approches : 1- La première approche est de considérer et focaliser arbitrairement les observations aux édifices construits en dur tels que les monuments (vat et stupas), les routes, les remparts et les digues. Ces éléments bâtis, par leur organisation complexe et aussi par leur durabilité, sont susceptibles de laisser leurs empruntes sur l’espace plus que les autres, du moins de livrer plus d’informations par leur matérialité. Cependant lorsque le nombre des commanditaires et des maîtres artisans décroit et se raréfie, les constructions deviennent rares. La connaissance et les fonctions spatiales qui ont permis leur production connaissent alors une rupture, en traversant l’histoire, ils tendent à devenir des éléments muets, décrochés de la réalité. En ce cas, ce n’est plus forcément les marqueurs spatiaux ou les matériaux les plus pérennes qui sont les plus parlants, mais les éléments qui peuvent être reproduits sans le concours des maîtres ou des commanditaires dominants, pourvus que leur usage demeure ou que ceux qui les utilisent subsistent. C’est le cas des éléments utilitaires et bâtis de la quotidienneté, telles les habitations du peuple avec leurs matériaux de construction périssables. Leur mode de production était soumis à un système communautaire et à l’auto construction, ne nécessitant pas de spécialiste. Ce mode de production, cette manière de construire, plus facilement transmissibles, possèdent une capacité de durer, dans la mesure où la production suit un processus par lequel un domaine du savoir matériel et symbolique d’une culture se perpétue et est reproduit sans être modifiés. C’est la “ production traditionnelle ”, contrairement à la “ production créative ” définit par Mihaly Csikszentmihalyi lorsqu’il note que « la créativité (…) est un processus par lequel un domaine symbolique de la culture se trouve modifié (…) Changer les traditions implique des efforts. Les mêmes, par exemple, doivent être appris avant d’être modifiés (…) » 666 2- La deuxième approche est d’accorder de l’importance aux caractéristiques du pouvoir en tant que groupe social et économique dominant, leur culture et leur croyance. Il s’agit de la classe régnant qui comptait le monarque et les membres de sa famille ainsi que les phraya des muang (khun, hauts dignitaires et administrateurs du royaume). Viennent ensuite la communauté du sangha et la communauté villageoise citadine et rurale. Le Sangha était en quelques sortes la communauté intermédiaire entre la population et le pouvoir régnant. 3- La troisième approche est d’accorder de l’importance aux organes administratifs traditionnels en tant que système : ceux de l’administration royale, des armées, des cultes et des constructions, ceux de la trésorerie et du commerce. Le roi, l’aristocratie et les gouvernants des muang Les monarques étaient les principaux commanditaires des monuments dans la capitale mais aussi dans les muang qui leur semblaient importants. Ils entretenaient également les corps de métier qui leur servent avec art : 667 « […] Ils dépensent tous leurs fortunes pour construire leurs temples […] » observait un visiteur européen au XVIIe siècle.668 La période flamboyante où l’autorité royale a su être des commanditaires éclairés de l’art et de l’architecture, mais aussi des projets de cité, a été repérée sous le règne de Sethathirat et de ses prédécesseurs, Vixun et Phothisarat. Les chao muang 666 Mihaly Csikszentmihalyi, La créativité. Psychologie de la découverte et de l’invention, Robert Lafont, 1996, édité et traduit en français en 2006. 667 C’est ce que l’on identifie comme l’art de la coure. Aujourd’hui, à travers les objets dits “ antiquités ”, on peut distinguer les œuvres fabriqués par un simple artisan ou par un artisan de la coure. Le simple artisan était plus libre dans la mise en œuvre de son art. Il n’était pas contraint par les règles de proportion et ne respecte pas les canons esthétiques qui ont été imposés aux maîtres. Notamment les statuettes de bouddha fabriquées par ces derniers doivent respecter la synthétisation et le symbolisme des canons esthétiques correspondant à la qualité spirituelle de bouddha. La proportion entre les parties du corps a été réglementée : représentation de la chevelue, allongement de lobe auriculaire, dessin de la torse, proportion, synthétisation et symbolique des mains et des pieds, etc. Ces critères permettent également de reconnaître les différentes écoles artistiques, souvent liées aux institutions et aux villes desquelles elles auraient été issues. 668 Van Wustoff, Le journal de voyage de Gerrit Van Wuystoff et de ses assistants au Laos. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 396 - avaient également un rôle important en particulier dans les muang de leur circonscription. Lorsque le monarque ne venait pas en personne construire ou embellir un monument en son nom, les chao muang pouvaient endosser ce rôle et y laisser leur nom : en tant que maître d’ouvrage ces derniers pouvaient aussi commanditer des grands projets. Nous avons vu notamment que le Prince Vangboury, chao muang alors de Vientiane669 était commanditaire de Vat Sihom et que le phraya Sri Thammataïlok l’était pour Vat Sissakhet, Vat Chanh et Phyavat.670 Avant la période d’affaiblissement, à partir du début du XIXe siècle, des premiers acteurs que sont la famille royale et l’aristocratie, la ville s’était constituée et développée, ou au contraire, avait disparu, en corrélation avec l’histoire de ces acteurs (nous avons déjà évoqué le rôle de l’aristocratie dans la structuration de l’espace). A partir du début du XIXe siècle, en tant que principaux commanditaires les actions du pouvoir devenaient considérablement limitées. Et encore plus limitées lorsqu’il s’agissait de créations de nouvelles implantations. Le pouvoir devait avoir l’aval du souverain de Bangkok pour entreprendre les grands travaux. Il ne devrait donc pas y avoir, durant la période siamoise, de grands travaux, à part ceux du roi Anouvong, à Vientiane et dans quelques sites sur les deux rives du Mékong ; ces projets étaient sans doute des exceptions.671 Plus tard, sous les gouverneurs siamois les villes lao sous-administrées se délabraient rapidement, sans parler de celles qui avaient été mises à sac par l’armée siamoise et les Hô, jamais rebâti jusqu’à la colonisation française. Sans dirigeants –monarques et princes locaux– le sangha et la population entretenaient les monuments religieux –monastères et stupas– qui faisaient partie de leur quotidien, mais n’avaient pas d’emprise, ni de vision entreprenante sur la ville et les édifices civiles structurants que sont les remparts et les routes. Par ailleurs, du fait qu’une partie de la population a été déplacée et d’autre soumise aux capitations –plus nombreuses et plus lourdes après les événements de Anouvong en 1829– leur rôle dans le maintien des centres et des ouvrages bâtis peut être considéré comme insignifiant. Avant le déclin du pouvoir royal et aristocratique, pour construire les projets publics on utilisait l’argent de la caisse publique (phrakang luang. rit7a’s];’), mais aussi les fortunes privées du roi ou de l’aristocratie. C’est pourquoi, s’ajoutant à l’aspect éclectique de l’empreinte des arts utilisés, les constructions prestigieuses étaient plutôt considérées comme des projets royaux, même si la contribution à leur construction n’était pas exclusivement royale, car les dons populaires 669 C’est le future Jaya Chakaphat Phaènphéo, roi du Lane Xang entre 1442 et 1480, succédant à Sam-Saèn-Tai. 670 Parmi ces quatre monastères trois subsistent de nos jours : Phyavat, Vat Chanh, vat Sissaketh. Vat Sihom était probablement le site sur lequel est venu se construire Choua Balong vietnamien aujourd’hui. Quant à Vat Sissaket, il aurait été nommé Vat Saèn au moment de sa construction, portant le titre de son constructeur le phraya saèn muang Thammataïlok qui était alors gouverneur de Vientiane juste avant le transfert de la capitale de Luang Prabang à Vientiane. Il est probable aussi que ce saèn muang ait été premier ministre, puisque le titre du phraya muang saèn (ou saèn muang) était en même temps le titre du Premier ministre, du Régent et du chef des provinces. 671 Car si Anouvong était en mesure de construire et restaurer un nombre important d’ouvrages au Laos et au Laos occidental sans attirer la méfiance de son suzerain, c’est sans doute parce qu’il avait su dans les premiers temps gagner la confiance de Rama II. Dans plusieurs ouvrages il est apparu que le roi de Vientiane entretenait un bon rapport avec le roi du Siam. Le royaume de Vientiane aurait possédé une armée et un roi vaillant. En tant que vassal il aurait apporté à maintes reprises secours à Thongbury et remporter de grandes batailles sur les Birmans. Durant le règne de Rama II, le rapport entre Vientiane et Thongbury était alors cordial, sans doute par la personnalité de Rama II qui semblait apprécier les valeurs chevaleresques de ses vassaux. Après sa mort, les relations devenaient tendues débouchant progressivement sur la guerre vers 1827. La personnalité décrite par les historiens lao comme “ vaniteuse et peu respectueuse ” des valeurs et des règles traditionnelles des monarques tai de Rama III y contribuait à cette détérioration ? Nous lisons deux anecdotes dans les annales historiques. Lorsque le roi de Vientiane et ses sujets venaient aux obsèques de Rama II à Bangkok, Rama III l’obligea à y laisser des centaines de ses sujets qui l’accompagnaient afin d’en faire une main d’œuvre pour l’exploitation du palmier royal. Et lorsque Anouvong demande à ce dernier le rapatriement de la princesse Gnotkham sa cousine, des troupes de danseurs et de marionnettistes de Vientiane qui avaient été amenées à la coure de Bangkok durant le règne de Rama II, sa demande a été rejetée. In. Souneth Phothisane. Cf. Bibliographie. Or selon les règles communes à tous les monarques tai, en temps de deuil d’un monarque son successeur doit s’abstenir de tout acte d’affronte. Au contraire il doit rendre justice et effectuer le boun (mérite) pour accompagner l’âme du défunt. En réduisant en esclave les sujets libres venus pour les obsèques de son père et en blessant l’honneur d’un autre roi, vassal ou non, cela peut effectivement mettre en relief l’arrogance et l’ignorance de Rama III par rapport à une longue tradition millénaire qu’un chef tai ne doit pas ignorer. Cette ignorance serait attachée à l’origine populaire et à la jeunesse de la dynastie Charkrit née avec Rama I, d’un général du roi sino thaï, Tarksin. N’étant pas issue d’une longue lignée des Thaèn que les grandes familles tai s’autoproclamaient traditionnellement, les Charkrit n’auraient pas accès aux principes moraux de ces monarques, considérés probablement aussi comme dépassés pour l’époque.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 397 - participaient aussi aux projets. Ceci, parce que la construction des édifices religieux et des statues de Bouddha est un acte votif, un boun [[6o], un mérite individuel. C’est en faisant don de ses biens personnels que le boun prend tout son sens. Et en de ça du boun, il y avait bien entendu pour les monarques et les grands du royaume la volonté de laisser leurs empreintes dans l’histoire. Par ailleurs, la richesse et la puissance des personnes se mesuraient et se voyaient à travers leur capacité de contribuer à la construction des édifices religieux. La communauté du Sangha Le Sangha est omnis présent dans différentes étapes de la production du bâti religieux, que la dévotion et la commande soient royales, élitistes ou populaires. Par le simple fait que la communauté du Sangha était le premier utilisateur de ces éléments bâtis, c’était elle aussi qui contrôlait dans la pratique leur programmation ; ensuite parce qu’elle possédait le savoir historique et sacralisé qui marquait la continuité dans le processus et le mode de fabrication de ces édifices. Par ailleurs, mise à part les maîtres artisans attachés à l’administration corporatiste royale, le sapa sang [ltrt-kJ’] (et encore, ces derniers ont été unanimement formés à la pagode avant de devenir laïc), et à l’exception des maîtres artisans indépendants que l’on pouvait aussi faire venir de l’étranger, il serait très probable que la grande majorité d’entre eux se recrutaient dans la communauté du Sangha. Dans le cas précis, lorsque le Sangha était le commanditaire direct de l’ouvrage, les contributions et les dons auraient été communautaires et élargis, toutes classes sociales confondues. Parfois, un nom royal ou des noms prestigieux pouvaient être associés, comme une sorte de parrainage. Il est à remarquer que le Sangha ne possédait pas de caisse à proprement parler. C’était le sala vat, 672 une personne ou un comité laïque attaché à l’autorité villageoise, qui gérait les fonds provenants des dons : royaux, élitistes et populaires et parfois, par-delà des frontières. La communauté villageoise, citadine et rurale Mise à part les dons auxquels elle pouvait participer au profit d’un édifice commandité par les grands du royaume, la population pouvait se rassembler pour former un groupe de commanditaire ou devenir individuellement commanditaire d’un projet de constructions de sanctuaire ou d’un élément architectural plus ou moins modeste qui compose l’enceinte du monastère : un hô kong, un stupa, une sala, une fresque, etc. Et ces dons auraient de sens que s’ils proviennent vraiment de leurs propres biens. Si ce dernier groupe d’acteurs en tant que commanditaire ne produisait pas forcement les édifices de grands prestiges, les productions qui en étaient issues sont nombreuses et ont mieux survécu aux destructions et à la guerre. Sans doute parce que leurs factures étaient moins convoitées. C’est également le groupe le plus pérenne parmi les trois groupes d’acteurs. C’est grâce à lui que les traditions perdurent, dans sa forme populaire, passée par une certaine acculturation. Ce constat souligne le fait qu’une partie de l’art populaire aurait été constituée à partir de la “ dégénérescence ” de l’art aristocratique des grands maîtres, et qu’une autre partie aurait été la pérennisation de l’art populaire lui-même. Nous aurons l’occasion d’évoquer cette question de manière plus détaillée dans le paragraphe traitant de la « question architecturale ». Certains organes administratifs traditionnels en tant que système Les organes administratifs traditionnels auraient été habituellement au nombre de neuf.673 A la tête de chaque organe il y aurait un phraya affecté par des charges. Un organe serait l’équivalent 672 Aujourd’hui le sala vat n’existe plus. Il est remplacé par le Néo-hom du village en concertation avec le grand vénérable de la pagode pour certains fonds que le village est amené à gérer dans le cadre des besoins de la pagode. Le sala vat était souvent une personne de qualité exemplaire pour avoir été choisi par la communauté, c’était parfois un groupe de personne. 673 D’après le Phongsavadan lao (op, cit), les neuf organes auraient été callés sur celui du Nan Zhao : 1-les armés, 2-l’état civil, 3-les coutumes et les cultes, 4-la justice, 5-les affaires intérieures, 6-les travaux et la construction, 7-les finances, 8- les affaires étrangères, 9-le commerce.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 398 - d’un ministère. Il nous semble que cinq organes auraient une implication directe sur le domaine de la production du bâti : l’administration royale, les constructions, les armées, les cultes, la trésorerie et le commerce. N’ayant pas de sources écrites, il serait difficile d’élaborer des liens ou d’établir des responsabilités de chacun des organes au cours d’un projet public. Les responsables ne sont jamais nommés dans les inscriptions et les dédicaces (trouvées en nombre limité dans les vestiges), seul le commanditaire prestigieux et parfois les donateurs sont mentionnés. Une analyse plus approfondie des missions et des charges de chacun de ces organes devrait permettre une approche de leur rôle dans la production de la ville historique, mais ces éléments à analyser nous font défaut par leur absence matérielle. Néanmoins, l’existence de ces organes, annotée dans le Phongsavadan lao, laisse transparaître le fait que le secteur de la production du bâti était organisé, voir régi par certaines règles. En particulier lorsqu’il s’agit des bâtiments religieux ou des habitations de grands prestiges, les codifications et les ordres architecturaux s’imposaient et seuls les maîtres appartenant à la corporation avaient les compétences requises pour diriger leur construction. Les maîtres d’œuvres - artisans, les producteurs et fabricants, la main d’œuvre Les maîtres et les artisans étaient anonymes : leur nom a été omis dans la quasi-totalité des dédicaces, alors que les noms des donateurs et des maîtres d’ouvrages étaient parfois indiqués. Les architectes, les maîtres artisans et artistes anonymes existaient pourtant socialement. Des titres nobiliaires de corporation, sapa sang [ltrt-kj’], leur ont été accordés. Il y avait par exemple le titre de meun-san [s,nJo-kj’]. A Luang Prabang dans les années 1950, le domaine des arts et de l’artisanat étant parrainé par le roi, on pouvait encore trouver les meun-san. 674 Il est probable que le titre des maîtres artisans n’aurait jamais atteint celui de saèn [clo] et de phraya [ritpk], deux rangs supérieurs de responsabilité plus politique. Ce qui suppose le rôle strictement corporatiste des meun san. Etant fonctionnaire et salarié du roi675 ces derniers auraient exercé des missions et des tâches dans le cadre de leur fonction et sous l’ordre de leur ministre (le phraya responsable) ou directement du roi, lorsque celui-ci était le commanditaire direct. Mise à part la conception des projets, ils auraient probablement été en charge de l’exécution, du suivi, du contrôle et de la sélection de la main d’œuvre et des matériaux. Vu le contexte de constitution de la main d’œuvre (que nous allons voir plus loin) dans le cadre de la construction de l’habitat privé du peuple d’une part, et dans le cadre de la construction des édifices communautaires et publics d’autre part, il serait quasiment certain qu’il n’y avait pas eu d’entreprise de construction. Par contre l’existence des fabricants de matériaux (brique, tuile) est attestée par les données archéologiques. A Vientiane le long de Nam Passak et autour des plans d’eau à Nong Chanh, on retrouve des fours à briques et des artéfacts d’objet d’atelier, etc. La main d’œuvre et l’habitation La construction de l’habitation du peuple, majoritairement rurale, se réalisait à travers un mode de production communautaire. La maison se construisait en quelques jours, avec l’aide et le savoir de toute la communauté villageoise : on ne dépensait pas de l’argent pour de la main d’œuvre et peu pour les matériaux. Lorsqu’un propriétaire a décidé de construire sa maison, il faisait appel à la communauté. Il aurait préalablement constitué depuis un certain temps une réserve de bois qu’il ramenait petit à petit de la forêt, ainsi que d’autres matériaux qu’il avait besoin. Il était rarement nécessaire de faire appel à un artisan extérieur, car les habitations se reproduisaient sur les mêmes principes constructifs, avec une technique connue et acquise par la communauté du village. A la différence des édifices religieux et des constructions de grande envergure, l’habitation du peuple 674 D’après Bounthien Siripaphanh, directeur de l’école des Beaux-Arts, son père était l’un des derniers meun-san du roi. 675 Le traitement salarial des fonctionnaires du roi serait établi en fonction de leur rang et leur fonction. Ils seraient payés en argent et en nature. A l’époque où Vixun était Régent du royaume, avant de devenir roi en 1500, on fixe le salaire d’un professeur à six cent monnaies par mois (on ignore de quelle monnaie il s’agissait) et à 600 000 poids de riz de paddy par an et de nombreux autres denrée alimentaires. Dans le système de poids et mesures traditionnels, 10 000 poids de riz équivalent à 12 kg. 600 000 poids de riz équivalent alors à 720 kg. Cf. Phongsavadan lao, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 399 - aurait connu une certaine inertie et n’aurait pas été le fruit de la circulation des savoirs des corporations. En revanche, sa production et le degré de sa complexité technique auraient été transmis et enrichis in situ à partir des contextes locaux favorisés par le temps, le climat, la spécificité géographique. L’habitation du peuple était donc le produit de l’esprit et du savoir local, de l’empirisme des besoins, qui variait et se différenciait d’une région à l’autre. Cependant, le fondement qui régissait les habitations de la même ethnicité dans différentes régions obéissait à des règles communes : le respect des esprits du foyer, la hiérarchisation spatiale des rôles de chaque membre de la famille habitant dans la maison, les emplacements et les orientations, etc. Pierre et Sophie Clément l’ont montré dans leurs recherches sur l’habitation lao, en prenant en compte tous les facteurs, à la fois les lieux communs et les variantes qui ont régi les caractéristiques des habitations tant à Luang Prabang qu’à Vientiane.676 Sur le point de vue économique et de main d’œuvre, la production de l’habitation des grands du royaume et de l’aristocratie se situait entre la maison du peuple et les temples ou la résidence royale. Tout en puissant dans le savoir local ses meilleurs atouts, l’habitation des élites mettait en évidence les interventions partielles du savoir extérieur. Par éclectisme dû à leur éducation et aux “ vues de l’ailleurs ” lors des voyages dans les autres muang, les plus riches seigneurs, à l’image de leur souverain, auraient aussi fait venir les artisans des autres muang. Les routes et les remparts, les digues et les barrages Les équipements publics du génie militaire et civil, tels les remparts et les routes relevaient du seul acteur : l’administration royale. Alors que les digues, les barrages étaient localement relevés de la responsabilité communautaire des villages. La mobilisation de la main d’œuvre pour la construction, la réfection et l’entretien de ces deux types de construction semblent relever de deux systèmes différents : le système de contribution sya-souay [glaP -;jp] d’une part, et le système d’appel collectif et de travail communautaire, ladom []tfq,] et souan-louam [l;jo];,], d’autre part.677 Le Syasouay ayant un caractère obligatoire s’apparente à une sorte d’impôt et de corvée que toutes les populations vivant dans ou à l’extérieur du muang, mais rattachés à lui, devraient « rendre au roi » répondant aux missions kep souay [gda[-;jp], sorte de prélèvement d’impôt, en argent, en nature ou en main d’œuvre, effectuées par les autorités administratives du roi (le chao muang ou une administration royale affairant, notamment l’organe de la trésorerie royal, le Phrakang luang). Il n’est pas certain que ce service obligatoire soit annuel. Mais il est fort probable que l’appel pouvait être fait à tout moment autant que besoin, sauf lorsque la population était en pleine saison de rizière. Car cette activité faisait partie de la richesse du pays et constitue la priorité, inscrite dans les rites religieux et dans le droit coutumier, que l’autorité royale elle-même avait dû respecter. C’est probablement aussi à travers cet appel que l’on faisait des levées d’arme pour une guerre ou quelconque action de nature militaire. La construction et la réfection des remparts et des routes bénéficiaient très probablement de ce système d’appel. Par contre les digues et les barrages dans les plaines agricoles semblent bénéficier du système d’appel et de travaux communautaires ladom []tfq,] et souan louam [l;jo];,], relevant des obligations morales, une sorte de consensus qui reliait chaque habitant à la vie communautaire du village. En ce cas, l’autorité royale n’aurait pas à intervenir directement, ce sont les deux pouvoirs locaux, le po ban (chef du village) et le tassèng (chef du canton), qui auraient joué un rôle essentiel. 676 Cf. Clément-Charpentier S. et Clément P., L’habitation lao, éditions Peeters, Paris, 1990, 2 vol. 677 Syasouay [glaP-;jp] désigne autrefois les tributs que le roi réclamait aux muang. Le terme plus complet est souaysa akone qui désigne aujourd’hui “ impôt et taxe ”. Il viendrait de son origine ancienne Syasouay. Dans le Phongsavadan lao (op, cit.) à l’époque de F’a-Ngoum, lorsque celui-ci exigeait aux chao muang qu’il a soumis de lui verser les tribut, le terme employé est syasouay. Ladom []tfq,] recouvre le sens “ appel collectif ” pour désigner la mobilistion les forces de travail des individus pour des travaux communautaires. Le terme souan louam [l;jo];,] désigne ici un mode d’action communautaire.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 400 - Les villages s’organisaient pour gérer leur rizière, leur réseau commun d’irrigation, leur terrain communal, leur petite forêt, leur route, etc. Ils géraient aussi les festivités et les rites religieux, ils faisaient appliquer dans toutes ses coutures le droit coutumier qu’ils appelaient « les 12 et les 14 règles » [Iufly[lv’ 7v’ly[luJ]. L’autorité royale pouvait aussi se saisir de ce système pour mobiliser la population à participer et à entreprendre des travaux d’exception qui n’étaient pas liés directement aux préoccupations quotidiennes des villages, à condition que l’on n’arrache pas cette dernière à ses travaux de rizière, au moment de picages et de récoltes de riz. Ce système relevait en fait des obligations morales et du volontariat. C’est sous les deux systèmes : syasouay et ladom souan louam que l’ensemble de la population aurait été mobilisée aussi pour la production des autres ouvrages en dehors des édifices religieux. Et apparemment, tous les habitants sont concernés, sauf probablement les moines et les seigneurs qui assumaient déjà une charge publique attribuée par le roi. Les esclaves Quant aux esclaves, il nous a semblé qu’ils n’étaient pas concernés en tant que tel par les travaux collectifs. S’il peut arriver qu’ils étaient mobilisés pour les travaux d’intérêt public, ils ne l’étaient non pas par le fait qu’ils étaient esclaves. Car s’ils étaient devenus esclaves ou serfs c’est qu’ils l’étaient auprès d’un créancier (que ce dernier soit une riche personne ou un noble) qui l’y aurait envoyé effectuer les travaux collectifs à sa place en guise de syasouay, ou qui l’aurait tout simplement utilisé pour faire diverses tâches et travaux personnels, notamment construire sa maison.678 En aucun cas, il ne pouvait être esclave auprès de l’administration royale, qui ne possédait pas d’esclave à proprement parler, mais seulement des prisonniers de droit commun auxquels le juge aurait affecté des travaux collectifs. En ce cas, tout paï f’a khra phaèn Dinh [wr2hk 0hkczjofuo] 679 pouvait être amené à le devenir lorsqu’il commis des fautes et jugé en conséquent. L’expression paï f’a khra phaèn Dinh désigne “ les sujets libres au service des chao f’a et du pays ”. Ce sont des “citoyens qui paient impôt et qui effectuent la corvée pour le service public ”. A ce propos, dans un des discours de F’a-Ngoum, dont on retrouve le contenu dans le droit coutumier, il mettait en garde en occurrence ses chao khun, administrateurs du royaume, contre les agissements immoraux que ces derniers pourraient être tentés, en faisant subir au paï [wrj, sujet libre] dans le but de les assujettir à eux par des dettes ou des amendes lourdes ou des jugements abusifs. 680 Il est indiqué aussi d’autres recommandations, comment un koun doit se comporter avec la population : « Lorsqu’une personne est appelée, au bout de trois fois pour les travaux du ban et du 678 Le droit coutumier donne une définition de ce qu’est un khra et khroy et dans quelles conditions une personne peut le devenir. Il y a deux manières pour qu’un praï (citoyen non noble) puisse devenir khroy (esclave) : « 1- Un praï endetté et ne pouvant rembourser ses dettes peut le devenir, 2- Un praï qui en partant faire la guerre a laissé les biens qu’il ne peut pas restituer à son retour, peut le devenir. […] Il y a six types de khroy : 1- Une enfante de parents esclaves d’un heuane bya (maison auprès de laquelle ils doivent de l’argent) qu’un homme libre a fait acquiter pour son service ; 2- Une personne sujette de rafle provenant d’un autre muang étranger ; 3- Une personne ou groupe de personnes qui ont commis des effractions contre les règles du ban et du muang, que le phraya réduit en esclavage en guise de punition et de réparation par rapport à la société ; 4- Un condamnée à mort qui désire vivre en sursis en se plaçant comme esclave, 5- Une Personne démunie sans famille sans protection qui demande volontairement à être esclave auprès d’une autre personne ou d’une autre famille, 6- Une personne mourant et souffrant de grave maladie à laquelle on a redonner vie par des soins peut aussi devenir esclave de la personne qui l’a soignée. » 679 Le terme praï f’a-khra phaèn dinh [wr2hk 0hkczjofuo] est composé de deux mots. 1- Praï f’a signifie “ personne libre non noble, sujet d’un monarque ”, praï désigne aujourd’hui le roturier, et f’a la lignée des chefs tai, ayant à peu près le même sens que tiao. 2- Khra phaèn dinh signifie serviteur du territoire, du sol, du pays. Le terme khra étant très usité pour désigner l’esclave et le serviteur non tai, on a tendance alors à comprendre khra phaèn dinh comme populations non tai réduit en serviteur des Tai Lao des muang, alors que les praï f’a désigne les Tai Lao sujet du roi, les citoyens. En ce cas, le terme complet aurait alors désigné deux catégories de population. Pour notre part, nous pensons que l’ensemble du mot praï f’a-khra phaèn dinh désigne l’ensemble de la population -excepté le roi et la haute aristocratie- qui doit soumission et tribut au roi et au service du pays. En ce sens le mot est proche de “ peuple, citoyen d’un royaume ”. 680 « […] Vous ne réduirez pas les paï [ wrj ] (les sujets libres) en esclave. […] Lorsque vous partez en guerre n’acceptez point les rançons. […] Les chao khun qui attribuent une amende à un paï une somme supérieure à 100, seront déshonorés et paieront la somme à sa place. […] Si un chao khun par vice punit ou rend coupable un innocent, qu’il paie une amende de 200 et subit des peines de réparation de 5 bath. […] Un koun qui usurpe le paddy d’un paï sera démis de ses fonctions et de ses titres et subira une peine lourde. […] Lorsqu’un paï se rend aux travaux de service public, il est interdit qu’un khun lui fasse faire des travaux personnels chez lui […]». In. Rajasat kotmaï bouran lao, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 401 - muang, et qu’elle n’est pas venue se présenter, il faut l’amener de force à sa responsabilité, mais il ne faut pas lui prendre son argent ni ses biens. Vous les khun, contrôlez et gérez sans causer le malheur au paï et ne donnez jamais une amande à un ‘serviteur libre’.681 Lorsque la saison de culture arrive, il faut le laisser partir à ses rizières, il ne faut pas le retenir inutilement, c’est contre la coutume. Lorsqu’un paï a des difficultés et vient emprunter de l’argent au chao muang, celui-ci ne peut lui réclamer les intérêts qu’au-delà de trois années. Un khoun ne peut faire travailler un paï pour ses rizières et ses jardins personnels. » Bien que ces recommandations expriment en première lecture une prévention contre la corruption et les abus de pouvoir des chao muang, elles met en évidence en seconde lecture une distinction claire entre obligations de services publics, que toute la population doit rendre, et différentes formes d’abus qui pourraient leur être apparentés, mais qui ne le sont pas, vus à partir de l’angle de vision locale. Quant au cas des populations non tai que les Lao désignaient en permanence par le terme d’“ esclave ”, ils étaient soumis comme les autres Lao au système syasouay, et il ne semble pas qu’ils auraient été soumis au système ladom souan louam, puisque leur organisation villageoise n’était pas forcément la même que les autres Lao dont l’organisation sociétale était structurée autour de la vie et des devoirs communautaires et du hid sip song - khong sip si. 682 Cependant, il était récurrent de voir dans un certain nombre de cas que les populations dites “ esclave ” en général de parler môn-khmer avaient été affectées à l’entretien des grands monuments. En ce cas, ils étaient complètement exemptés de corvée. Ce sont des kha that [0hkmkf], textuellement “ esclave du that ” qui n’avaient ni le statut, ni les obligations semblables à ceux des esclaves pour dette que nous venons d’évoquer. Ils seraient même des privilégiés affectés aux services religieux uniquement. III. II. a. 2. Les acteurs durant la période coloniale Les acteurs qui allaient vraiment intervenir pour changer le paysage urbain étaient, de fait, liés au contexte de la ville coloniale. Nous pouvons dresser la liste des acteurs en trois groupes et décliner leur organisation et leur rôle dans la renaissance de la ville : 1- les acteurs indigènes, 2- les acteurs publics, 3- les principaux acteurs économiques. Les acteurs indigènes L’organisation sociale locale qui a survécu aux événements historiques du début du XIXe siècle entretenait un minimum d’espace afin de maintenir la vie sociale et politique. Ce maintien vital ne permet pas vraiment aux villes de redécoller, même si la cohésion sociale lao à petite échelle a su se reconstruire assez rapidement. La population locale avec ses organisations sociales et politiques est apparue en petites entités et en petits groupes dispersés de manière quasi-autonome, dans la mesure où le lien structurel entre les groupes et les lieux n’était pas organisé dans l’ensemble du pays et restait très parsemé dans les dix premières années ; bien que chaque groupe entretienne à la mesure de sa capacité un minimum d’espace et d’organisation de leur quotidienneté. On pouvait constater par exemple à l’époque que la population de Vientiane ou de Xieng Khouang n’était pas en mesure de reconnaître le roi de Luang Prabang ou le roi de Champassak avec leur administration comme des entités qui sauraient les représenter ou sous l’autorité desquels ils auraient cherché à se placer. De même, les deux structures royales n’étaient pas en mesure de s’occuper d’autres muang que leur propre circonscription. Les faits historiques internes répétés, 681 Dans le texte le terme utilisé est : khra tai [0hkwm]. Tai signifiant “ citoyen libre ”, que peut signifier alors “ esclave libre ” ? Nous avons des doutes pour le sens du terme : khra tai pourrait désigner soit la personne libre mais réduite en serviteur par dette, soit l’esclave qui est au service d’un citoyen libre, soit des personnes de parler Môn-Khmer libres. P 72, Rajasat kotmaï bouran lao, op, cit. 682 Hid sip song - khong sip si [Iufly[lv’ 7v’ly[luJ] fait partie du droit coutumier qui régit la société lao dans son ensemble. Le Hid sip song [Iufly[lv’] est composé de 12 codes, le khong sip si [7v’ly[luJ] de 14 codes. Ces codes sont pratiqués par la population comme des codes moraux transmis oralement, alors qu’ils ont été transcrits clairement dans le Rajasat kotmaï bouran lao, op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 402 - faits de scission et de trahison, de soumission et d’humiliation forgeait toute une génération de princes qui ont failli à leur devoir traditionnel d’unificateur à la veille de la colonisation : les premiers observateurs français les désignaient de “ roitelet ”. Malgré leur défaillance, certains princes se préoccupaient pourtant fort bien du peu qui reste de leur muang et de leurs sujets. Aymonier note avec étonnement avec quelle rigueur morale le petit roi de Champassak a su régner avec justice et droiture dans son petit royaume déchiqueté et sans pouvoir afin d’y faire instaurer la paix et la sécurité, alors qu’il note que les autres muang limitrophes, échappant à son autorité, vivaient dans un climat d’insécurité où vols, crimes, exactions du pouvoir y régnaient. Concrètement quels sont les acteurs indigènes et qu’avaient-ils contribué dans la construction et dans l’évolution spatiale à l’aube du XXe siècle. C’est une structure décomposée, un ensemble de lambeaux de pouvoir que les Français trouvent à leur arrivée dans le pays. Les acteurs locaux peuvent être classés en cinq groupes : 1- Les rois étaient au nombre de deux : le roi de Luang Prabang et le roi de Champassak. L’administration royale dans les deux muang a plus ou moins conservé l’organisation ancienne du Lane Xang, avec quelques variantes, bien que l’occupation siamoise ait apporté quelques traits nouveaux. Les rois ne régnaient pas durant la période coloniale, ils occupaient une charge et des prérogatives reconnues par les indigènes, mais pas par le pouvoir colonial, ou du moins, seulement de manière partielle. Ce dernier les considérait comme des chao muang, chef du muang, statut facilement intégrable dans son administration. Des nuances sont à observer pour le cas du roi de Luang Prabang : son statut de roi a été reconnu et Luang Prabang a été placé sous le système protectorat. De ce fait, une certaine autonomie interne lui a été accordée. Le terme “ règne ” utilisé pour Luang Prabang n’est donc chargé de son sens originel que de manière partielle. Nous l’utilisons pour le faire correspondre au terme lao khong muang [7v’g,nv’] qui veut dire régner dans un muang par une personne de sang royal. Si le chao muang n’est pas de sang royal on emploierait davantage le terme Pokhong muang dans le sens d’administrer un muang. Néanmoins, les termes demeurent symboliques. 2- Les princes qui gouvernent selon le droit dynastique existaient dans certains muang : les princes Phouans de Xieng Khouang, les Chao F’a de Muang Sing. 3- Les chefs dynastiques qui ne sont pas reconnus comme tels existaient dans plusieurs muang. Au Sip Song Chou Tai il y a les chefs tai de muang Lay,683 les chefs tai de Houa Phanh, les chefs des hauts plateaux de parler Môn-Khmer du Sud, etc. Que ces chefs dynastiques soient tai ou appartenant aux ethnies non tai, ils ont été intégrés dans le système féodal lao depuis plusieurs siècles, certaines familles ont même été instituées par l’autorité du roi du Lane Xang. Par exemple les chefs de Muang So-oy (Sam Neua) ont été crées à l’époque de Sethathirat. La majorité de ces familles est affiliée, d’une manière ou d’une autre, à la parenté des rois lao, sauf celles qui étaient de parler Môn-Khmer. Mais à la veille et durant la période coloniale la raison de la disparition de certaines d’entre elles était souvent liée au fait que leur statut n’avait pas été reconfirmé par l’autorité royale. 4- Les chefs de clan, les grandes familles qui puisaient une certaine forme d’autorité, à partir des hautes charges assumées dans le passé par un ou plusieurs ancêtres. C’était l’aristocratie de province, ou l’élite locale. C’était aussi l’intelligentsia religieuse ou laïque. 5- La population parsemée et bigarrée des anciennes chefferies, voire de la capitale, pouvait tout au plus constituer une main d’œuvre difficilement utilisable par le pouvoir colonial. S’occupant de sa propre survie et des séquelles passées dues à la guerre siamoise et hô, comprenant l’organisation 683 Déo Van Tri qui a mis à sac la ville de Luang Prabang était souvent assimilé aux pirates Hô (qui l’avaient rejoint) et était devenu le “ brigand ” par excellence dans la mémoire coloniale, alors qu’il était issu d’une vieilles familles de chefs coutumiers de Muang Lay, soumises à Luang Prabang. Son histoire ne semble être rien d’autre que le résultat de l’incapacité des monarques lao à reconfirmer le statut et le rôle des chefs coutumiers. C’est l’une des manifestations de la désintégration politique d’une ancienne unité politique fondée pour beaucoup sur les alliances et les pactes traditionnels.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 403 - coloniale comme une exploitation abusive, la population recherchait sans cesse à s’y soustraire. Dans les dizaines premières années de la colonisation et du protectorat, s’écartant de l’édification des villes qu’ils considéraient comme un fait colonial (sauf le cas de Luang Prabang), la population participaient à l’édification des centres urbains par contraintes. Lorsqu’elle le pouvait ou avait les moyens, elle payait les corvées qu’elle ne voulait pas le faire. L’achat de corvée a été tel que l’administration était contrainte de formaliser pour éviter tous abus et corruptions. 684 Le fait est que le mode de production ainsi que le processus de production coloniale étaient bien différents de ceux qui ont mobilisé traditionnellement les Lao. La centralité de l’espace colonial n’était pas capable de rassembler la population lao. La centralité sociale et symbolique traditionnelle manquait au savoirfaire de la gouvernance coloniale dans les premières années. Il a fallu quelques décennies d’acculturation pour que peu à peu, les communautés lao se rapprochent de la ville. C’était ses élites émergentes qui effectuaient les premiers pas, la majorité de la population, quant à elle, restait en retrait. Les acteurs publics C’est avec le protectorat français qu’il y a émergence réelle des nouveaux acteurs de la ville, et leur rôle se complexifie. Parmi les six organes administratifs, on peut retenir trois : le service des finances et de la trésorerie pour les fonds dispensés dans la construction et pour la répartition et la gestion des domaines publics ; le service des impôts et des douanes et régies pour les recettes nées des activités commerciales et des productions et exploitations, ou nées des domaines imposables dont les taux ou les montants étaient déterminés par zones ; le service, vraiment affairant était nommé « Circonscription des travaux publics du Laos » pour toutes ses attributions dans la construction, l’entretien, la gestion et le contrôle des travaux, etc. L’administration coloniale installée au Laos se lance dès le départ à l’édification de la ville : réparation, construction de nouvelles routes, pistes et rues afin de désenclaver le territoire laotien, relier les établissements à l’intérieur du Laos entre eux et réorganiser les villes. Elle procède aussi à la construction des équipements de base nécessaires pour installer le bureau des administrations, pour loger son personnel. Rassembler la population, ramifier et organiser la structure administrative locale en décomposition et l’intégrer dans celle de l’Indochine, constituer le personnel, en somme créer des conditions favorables pour que le pays et les villes revivent. L’administration coloniale est constituée essentiellement de six organes ou directions : 1- finance et trésorerie, 2- éducation publique, 3- travaux publics, 4- eaux et forêts, 5- justice, 6- contributions et les douanes et régies. En ce qui concerne les maîtres d’œuvre, ils étaient attachés à l’administration des travaux publics. Ils ne sont plus anonymes comme l’étaient les époques anciennes. Mais leur travail de conception se fondait dans des démarches impersonnelles imposées par le standard des programmes publics dictés depuis la métropole, ou du moins depuis Hanoi, centre décisionnel de l’Indochine. Pour construire la majorité des équipements publics, l’administration ne faisait pas appel forcément aux sociétés de constructions, surtout dans les premières années, sans doute parce qu’il n’existaient pas. C’est le bureau des travaux publics qui dirigeaient et contrôlaient les constructions avec des corps d’ouvriers et d’artisans qu’ils faisaient venir du Viêtnam et qu’ils payaient en partie avec les fonds provenant de l’achat des corvées. 684 Dans le « Rapport au Conseil Supérieur de l’Indochine sur la situation au Laos, 1909-1910 », le rapporteur souligne les problèmes liés à la levée des corvées : les domaines de la construction et du développement n’ont pas avancé. L’administration coloniale reproche aux chefs de province de ne pas avoir su organiser la levée des corvées auprès de la population indigène pour les travaux collectifs. Les levées qui ont été faites n’ont pas apporté de grand résultat, la population préférait payer au lieu d’aller aux corvées, et souvent, la « réquisition de corvées entrainait beaucoup d’abus », notait le même rapporteur. L’administration préférait alors pousser la population vers l’achat de corvée. Avec cette ressource elle allait pouvoir payer de vraie main d’œuvre venant du Vietnam. Cf., Fond GGI, cote D3 (Administration générale), CAOM.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 404 - Les acteurs économiques Les acteurs de la ville et de l’économie étaient, liés aux nouvelles données économiques et politiques. Ils ont émergé grâce à l’installation coloniale des villes qu’il s’agissait de reconstruire. La mise en place des services administratifs et des organes publics, la création de nouveaux programmes d’équipements allaient révolutionner les acteurs économiques. L’administration coloniale essayait sans cesse de mobiliser et de solliciter les acteurs économiques à tous les niveaux. Des politiques incitatives pour favoriser leur émergence ont été mises en place, car cela aurait induit la constitution des acteurs de la ville de manière plus durable. Inciter les commerçants lao et étrangers à venir s’installer dans les communes et centres urbains en proposant des allègements fiscaux, inciter les ouvriers et les artisans de toute l’Indochine avec proposition d’emploi et salaire avantageux, proposer des plans de concession dans différents secteurs pour attirer les investisseurs de la métropole, etc.685 Les deux dispositifs, conjugués à la faiblesse démographique et au fait que peu de Laotiens étaient attirés par la ville, étaient un appel aux investisseurs et à une main d’œuvre extérieure. Mais les réponses étaient, dans leur ensemble, mitigées. En finalité, les commerçants lao étaient quasiment inexistants, la main d’œuvre lao peu nombreuse ou difficilement intégrable dans le système colonial. Les commerçants chinois y venaient en nombre important, mais pas assez au regard de l’administration ; les investisseurs et exploitants venant de la métropole étaient peu nombreux comparés au Cambodge et au Viêtnam. Malgré tout, les nouveaux acteurs publics qu’étaient les administrations et les nouveaux acteurs privés qu’étaient les investisseurs et commerçants, même s’ils n’ont pas été nombreux comme ce fut le cas dans les autres parties de l’Indochine, avaient permis la réalisation d’un certain nombre de nouvelles constructions et de donner un peu de vies aux petits centres urbains de tailles variables crés autour des années 1915. Pour les plus originaux, il y avait la petite ville de Paksong avec son centre thermal et ses exploitants de café, Saravan et Attapeu avec ses tentatives de concessions d’or et d’autres minerais. III. II. a. 3. Les acteurs après l’indépendance, le retour du prince ou de son avatar ? Le rôle des acteurs privés Après l’indépendance, les acteurs de la ville avaient évolué rapidement. Les maîtres d’ouvrage publics n’avaient plus le monopole dans la construction des équipements, car les privés interviendront également : les équipements éducatifs avec la fondation des écoles privées, les équipements culturels et de loisir, tels les cinémas et les parcs d’attractions. Ces deux derniers programmes corollairement à l’émergence de nouveaux investisseurs, étaient tout à fait inauguraux. Une nouvelle culture de loisir et une nouvelle approche de la vie citadine avaient bouleversé la société lao de l’époque. Quant aux maîtres d’œuvre, ils devenaient indépendants et sortaient enfin de l’anonymat stylistique. Le fait qu’ils ont commencé à travailler avec beaucoup plus de libertés, explique la diversité et l’intensité des constructions des décennies qui ont suivi et jusqu’à les années 1970. Le domaine de la construction devenait fructueux, les entreprises nombreuses et la main d’œuvre abondante. Les acteurs publics et institutionnels La Circonscription des Travaux Publics du Laos qui avait été instituée durant la période coloniale a été transférée aux autorités du Gouvernement Royal du Laos au moment de la décolonisation, par le biais de l’annexe du 6 février 1950 de la Convention Générale franco- 685 « Concessions domaniales aux Européens et aux indigènes - statistiques », cf., Documents du Fonds GGI, CAOM, « M-Colonisation, travail, régime foncier » ; cf. fond GGI, Cote D3, Rapport Circonscription Territoriale des Travaux Publics du Laos 1941-1942. « Exploitation de sable à Pakson, concession accordée à M. Fivaz (1500 m3 / an) » ; « A Savannakhet en 1941-1942, à M. Malpuech pour le gypse (société de ciment Portland, en raison de 3000 m3 / an) ». Sur les travailleurs susceptibles de venir au Laos, in : Dossier de « Conférence des Gouverneurs Généraux. Paris 03 novembre 1936 ». Fond GGI, coté D2. Dans la lettre de l’Ingénieur Principal, chef de l’Arrondissement des Travaux Publics du Laos, adressée au Résident Supérieure, il est mis en évidence que le Laos est le mieux placé pour accueillir l’immigration et la main d’œuvre venant du Tonkin et du Nord d’Annam surpeuplé.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 405 - laotienne du 19 juillet 1949, signée entre le Haut Commissaire de France en Indochine et le chef du gouvernement royal du Laos. 686 La Circonscription des Travaux Publics du Laos devenait alors de Service National des Travaux Publics du Royaume du Laos. Par la suite, sa mission allait s’élargir, plusieurs appellations ont été adoptées. En 1950, on retrouvait sur les en-têtes des circulaires administratives le « Ministère de la Reconstruction et de l’Urbanisme / Service de la Reconstruction et de l’Urbanisme du Laos / Subdivision des bâtiments civils. La Subdivision des bâtiments civils s’occupait alors des dossiers des permis de construire. Un ministère affairant étant créé, le Service de la Reconstruction et de l’Urbanisme, l’un de ses services, avait alors un nom tout à fait évocateur : le pays doit se reconstruire après la colonisation. En 1952, c’était sous le titre « Ministère des Travaux Publics, du Plan et de la Communication / Direction du Service Royal des Travaux Publics du Laos » que le service avait exercé sa mission. En 1960, le titre « Ministère des Travaux Publics et des Transports » remplaçait le précédent. En 1971, il devenait « Ministère des Travaux Publics / Service de l’Habitat et de l’Urbanisme. En 1975, il devenait « Ministère des Communications, des Travaux Publics et des Transports / Direction du Service National de la Construction et de l’Urbanisme ». Dans les années 1990, de nouveau, il change de nom, en devenant « Ministère des Communications, Transport, Postes et Constructions ». A partir des années 1990, il était alors le plus grand ministère du pays, ses différents services assumaient des missions très larges. Il était aussi confronté aux tâches immenses qui devaient être réalisées au niveau local dans les provinces, corollairement au développement urbain à l’œuvre. Le partage des tâches était alors devenu nécessaire. Les permis de construire, par exemple, étaient sortis définitivement de ses responsabilités, placés alors dans les missions spécifiques de deux organes administratifs. D’abord c’était le Département des Communications, des Transports, des Postes et des Constructions (DCTPC), département déconcentré à la Préfecture de Vientiane qui instruisait seul les dossiers. Ensuite ce dernier allait partager les tâches avec le Service des permis de construire de l’Autorité Administrative pour le Développement Urbain (UDAA) nouvellement créé. Ceci, avant de laisser ces missions à la responsabilité exclusive du UDAA pour les zones les plus urbaines des villes. Dans les mêmes périodes, l’Institut de Recherche en Urbanisme (IRU), en charge des études urbaines, attaché au MCTPC en tant que l’une de ses directions avait joué un rôle très important. A travers les réseaux de coopérations internationales qu’il a su se lier, il a permis d’initier dans la fin des années 1990 et dans la première moitié des années 2000 la recherche urbaine au Laos. Comme son ministère, en changeant de nom et en renouvelant ses coopérations avec les organismes de recherche, opérateurs et bailleurs de fond internationaux, l’IRU qui devient l’Institut des Transports et des Travaux Publics (ITTP) change aujourd’hui de cape. Plus axé sur les transports et les travaux publics, l’habitat et l’urbanisme ne semblent plus être au cœur de ses préoccupations. Vers 2010, le ministère tutelle s’est scindé en deux : d’un côté, le ministère des télécommunications et de l’autre le ministère des Transports et des Travaux Publics. Il est clair que le secteur de la production urbaine (aussi bien au niveau des responsabilités décisionnelles, politiques, institutionnelles, qu’au niveau des opérateurs et acteurs directs, et au niveau de la planification et de la recherche) est toujours à la recherche d’une bonne adéquation structurelle et fonctionnelle pour clarifier ses missions. L’aspect particulier des acteurs urbains : le retour du Prince ou de son avatar ? A partir de l’année 2007, où on commence à penser la ville par les grands monuments, par les symboles historiques, par l’appropriation des espaces sensibles (les projets de fêter des 450 ans de la ville et les projets qui l’accompagnent), nous nous posons la question s’il n’y aurait pas aujourd’hui un retour du Prince qui serait en train de doubler la volonté de légitimation du pouvoir dans l’histoire nationale. Cette question peut être surtout posée à Vientiane, lieu de décision, vitrine 686 Léon Pignon était le Haut Commissaire de France en Indochine et le Prince Boun Oum de Champassak était le Chef du gouvernement royal du Laos.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 406 - de la politique urbaine et de la stratégie de développement. Rappelons que le Laos a connu au XVIe siècle la ville rayonnante du Prince. Ceci, dans le sens où cette dernière mettait en avant les prérogatives princières, son goût éclectique, sa connaissance et son savoir, son désir de pérennité et d’éternité qu’il affectionnait à relier à l’universel et à la sagesse suprême (l’image du prince bodhisattva) à travers ses dons, son architecture et ses programmes de construction, teintés de religiosité et de grandeur pieuse. A cette image de grandeur du passé, de nombreux et grandioses projets d’équipement, par leur taille, donnent une nouvelle figure à la ville de Vientiane. Sans préjudice stylistique, leurs expressions architecturales mettent en avant un langage commun. Celui que le régime prône pour les bâtiments officiels « doit incarner avant tout l’architecture lao authentique, inspirer le respect et la fierté nationale et historique. » C’est à travers cette image et ce désir de grandeur évoqué que les commanditaires des projets publics d’aujourd’hui se rapprochent du Prince, du moins ils en deviennent son avatar. Car le caractère éclectique et la générosité du mécène manquent à toute opération pour qu’il y ait retour véritable à l’œuvre du Prince. III. II. b. Le développement d’une nouvelle programmation urbaine après 1954 Le renforcement des grands équipements publics Après les acteurs, ce sont les nouveaux programmes urbains à partir des années 1950 qui allaient acheminer la transformation de la ville traditionnelle vers la ville moderne. Par rapports à la programmation ancienne d’avant la colonisation française, nous avons déjà vu à travers les programmes des équipements publics coloniaux, que les villes laotiennes passent à une autre échelle et à un autre rapport du tissu urbain. Mais c’est avec la programmation liée à l’indépendance que l’évolution de la ville va vraiment prendre de l’ampleur. Si le programme colonial contient encore les villes dans leur enceinte (Vientiane), celui après l’indépendance explore l’extérieur des enceintes avec les grands équipements. Pour les autres villes de province, nouvelles ou sans enceinte, l’exploration spatiale s’est faite en dehors de la zone homogène qui constituait la ville coloniale. Nous allons voir dans ce paragraphe le programme des constructions après l’indépendance. En 1954, les administrations étant transférées au gouvernement royal, celui-ci devait prendre le relais et tenir les rênes du développement du pays. Habitué à une gestion traditionnelle de l’ancien temps, et ensuite habitué à une domination extérieure où la structure traditionnelle ancienne a été mutilée, puis à une assistance quasi-totale avec la colonisation, les jeunes élites formées essentiellement par la France ont peu d’expériences dans la gouvernance et la gestion d’un État moderne. Ils se retrouvaient par ailleurs devant des difficultés budgétaires et des ressources humaines pour gérer le pays. Certains anciens hauts fonctionnaires qui ont connu cette période parlaient de l’indépendance comme un “ cadeau empoisonné ”. Malgré tout, le pays doit “ montrer au monde son honneur et sa grandeur ”, let motive de tous les jeunes États indépendants. Cette volonté politique va se traduit dans l’espace de manière flagrante. C’est l’émergence et la confiance des acteurs de la ville, publics et surtout privés, qui allait rapidement imposer les nouveaux programmes d’équipements urbains. Les programmes provenant des maîtres d’ouvrage publics étaient majoritairement liés à la politique et aux idéologies du gouvernement du royaume du Laos, un jeune État enthousiasmé par l’indépendance qu’il venait d’obtenir et par la “ liberté à disposer de lui-même ”. Les équipements les plus significatifs vont voir le jour (Assemblée Nationale, Hô kham, Place Nam Phou, Anousavary, casernes militaires, nouveaux bâtiments ministériels et de Services administratifs provinciaux, agrandissement des hôpitaux, extension de l’aéroport, construction des nouvelles écoles et des marchés.) Les uns densifiaient les équipements existants (cas de l’hôpital Mahosot), les autres sortaient de la petite enceinte (Lycée de Vientiane, Marché du matin), et d’autres encore prolongeaient les axes existant et conduisaient une nouvelle urbanisation (l’axe Lane Xang). Dans les premières années seules la capitale et les villes les plus importantes (comme Paksé, Luang Prabang, Savannakhet, Thakkek, qui sont devenues des villes secondaires d’aujourd’hui) se réjouissaient de ces équipements. Dans les autres petites villes, tout au plus on reconstruisait les bureaux de l’administration provinciale. Dans les premières années, la Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 407 - construction de ces équipements traduisait les premiers besoins du pouvoir, sa volonté de conforter son autorité, de montrer qu’il assumait pleinement son rôle et sa responsabilité. L’économie de moyen et de temps était de rigueur. L’apparition des équipements de loisir et de vie nocturne Les programmes susceptibles d’être réalisés par les privés étaient plus lisibles près d’une décennie plus tard, vers la fin des années 1950, début des années 1960. Les acteurs publics déléguaient peu à peu certains équipements publics aux soins des privés. Les maîtres d’ouvrage privés intervenaient de manière importante. Ils investissaient dans les équipements éducatifs en construisant de nombreuses écoles privées, des équipements sportifs, culturels et de loisir, tels les lieux de sport, les parcs d’attractions, les cinémas, les night-club, les hôtels, etc. Trois groupes de programmes d’équipements sont corollaires à l’émergence de nouvelles formes d’investissement et de nouveaux investisseurs. Les promoteurs devenaient plus nombreux en ville avec leurs immeubles et immeubles en compartiment, leurs villas privées, à vendre et à louer. Le vieux quartier Anu (ancien quartier Annam) dans le centre de la ville avec ses trois cinémas, ses night-club, ses immeubles et compartiments commerciaux, puis le nouveau quartier du marché du soir –Talat Lèng, avec son cinéma, son marché et ses groupes de boutiques et restaurants, constituaient les quartiers les plus animés et les plus nocturnes de la ville. Ceci était tout à fait inaugural. Une nouvelle culture des loisirs, une nouvelle approche de la vie citadine et nocturne, faisait son apparition et avait bouleversé la société lao de l’époque. L’apparition d’habitats précaires, à faible coût et à faible loyer Comme nous l’avons noté pour le grande tournant de l’espace urbain des années 1960, les nouvelles programmations urbaines suscitent une approche nouvelle de la ville. Celle-ci se démarque de plus en plus de la campagne. Distincte, on trouvait en ville ce que l’on ne trouvait pas à la campagne : les loisirs et la consommation et surtout le travail. Bien que les villes laotiennes les plus urbanisées dans les années 1960, demeuraient très rurales du point de vue des critères urbanistiques habituels, la campagne étant aussi présente en ville suscitée par l’existence de nombreux villages à caractère rural, elles ne demeuraient pas moins un milieu urbain et citadin par ses programmes et ses fonctions. C’est cette ville en développement qui attirait la population de la campagne, car elle croyait y trouver son compte. De cet enchevêtrement des fonctions : travail, services, loisirs, offres de consommation, etc., la ville devenait le mirage des plus pauvres, car seuls ceux qui avaient les moyens y étaient à l’aise. Malgré tout, la ville n’allait pas seulement accueillir des populations dotées d’emploi salarial, les investisseurs, les gens aisés de l’aristocratie de province qui occupaient des places dans la fonction publique, mais aussi des populations pauvres venues de la campagne, d’immigrés et de réfugiés chassés par la pauvreté et la guerre. Ils venaient former ainsi en grande partie les quartiers insalubres. Le cas du quartier Nong Chanh - Khroua Dinh, formé dès les années 1950-1960 sur une vieille structure de villages ruraux, était démonstratif.687 Tout le quartier s’était constitué par greffe dans une zone humide, située entre le rempart et Ban Fay - Dong Palane - Sala Dèng, à travers un processus d’auto construction, sans le concours d’aucunes autorités publiques. Certains habitants des quartiers limitrophes y construisaient des logements en bois rudimentaires, à faible coût et à faibles loyers. Le quartier portant alors en lui de multiples pathologies. 687 Les études sur les habitations de Nong Chanh ont été réalisées par les étudiants de l’Atelier Map au début des années 2000. Du fait qu’il était en cours de démolition, et que près de la moitié de la population qui y habitait était partie, les études ne rendent compte que partiellement de ce qu’elle a pu être dans les années 1960 - 1970. Cf. Mémoire d’étude de Laurent Hertenberger, 2002. Les études urbaines de Vientiane réalisées par le BCEOM en 1963 pour le plan directeur d’urbanisme de la ville avaient déjà repéré ce quartier comme insalubre. Cf. Ville de Vientiane : étude au plan directeur d’urbanisme et des aménagements urbains, pour le compte du Royaume du Laos, BCEOM, 1958-1963. Une autre étude sur le thème du « développement d’une rue commerçante, cas de Dong Palane » a également abordé les problèmes du quartier insalubre de Nong Chanh, dans le cadre du PRUD. Nathalie Lancret, Emmanuel Cerice et Karine Péroni. Rapport d’étude 2004. Fig. 95. La place du Nam Phou a été construite au début des années 1960, remplaçant les deux pavillons du marché qui date de la période coloniale Fig. 94. Equipements de loisir et de commerce des années 1960 dans le centre de Vientiane : les Cinéma Vieng Samaï et Sèng LaoDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 408 - Conclusion Comme on a pu le constater, la deuxième partie de la recherche a tenté d’approcher les principes et les modèles fondamentaux de fondation, en explorant les données immatérielles : données anthropologiques, mythes et rites religieux et païens, pratiques habitantes, etc., en rapport avec les fondations. Ces approches se sont beaucoup appuyées aussi sur les données historiques – constituées par les historiens ou inédites (traitées pour la première fois ici dans l’angle de vue spatiale), avec lesquelles nous avons essayé d’être le moins affirmatif possible. De ce fait, les approches ont ainsi été théoriques : les éléments matériels persistants dans les espaces contemporains, ayant des liens directs avec les fondations, sont fort lacunaires, alors que les éléments immatériels sont plus prégnants. Néanmoins, l’identification des éléments de formation primitive, dans le premier chapitre, a permis de constater que les établissements qui ont préexisté à l’espace lao tai sont nombreux et forts anciens. On a pu identifier quatre structures majeures avant la structuration de l’espace lao tai au XVIe siècle : 1- Les occupations les plus anciennes et méconnues avant l’émergence des Tai. Celles-ci se trouvent temporellement et culturellement à l’extérieur du monde môn-khmer que les anthropologues désignent de proto indochinois. 2- Les fondations mônes que l’on continue à découvrir de manière fragmentée, et dont les contenus culturels et conceptuels ne semblent pas sans lien ou éloignés des établissements lao tai. Les connaissances les concernant restent –à ce jour– dépendantes de la découverte archéologique, mais que l’histoire et l’archéologie des sites comme Xieng Saèn, Chiangrai et Vieng Phu Kha pourraient apporter un éclairage nouveau sur ce lien spatial môn-tai, encore très négligé par l’historiographie. 3- Les établissements khmers, monumentaux et marqueurs du territoire. Cependant, les établissements khmers qui renvoient aux fondations des monuments et des grands établissements politiques et territoriaux, restent “muets” sur les établissements urbains et d’habitat qui font l’objet privilégié dans notre observation. 4- Les occupations lao tai primitives qui ont préexisté à l’émergence des espaces lao tai contemporains. Ces occupations à l’échelle temporelle sont importantes, car elles justifient notre hypothèse sur la formation des établissements lao tai avant le XVIe siècle. Ceux-ci ont été longuement préparés sur deux périodes : la première entre le VIIIe et le XIVe siècle –c’est la période des chefferies dispersées ; la seconde entre le XIVe et le XVIe siècle –c’est la période des cités-État où la configuration politique et spatiale devient plus structurée. Ensuite les deux dernières parties du chapitre, qui explorent la période de structuration de l’espace lao tai opérée autour de la fondation de la capitale par Sethathirat au XVIe siècle, ont mis en évidence une organisation sociospatiale très structurée. Durant cette période, les principes d’implantation se sont révélés à travers la persistance des pratiques spatiales, la permanence des caractéristiques des sites, les mythes et rites de fondation comme un élément d’identité des espaces primitifs. La restructuration politique de l’espace qui caractérise aussi cette période s’est réalisée de manière plus formelle pendant et à partir du règne de Sethathirat. Ceci est identifiable à travers les différents actes et dispositifs politiques réalisés, pouvant être considérés comme une inscription de la pensée spatiale dans le territoire. Car, effectivement, il semble qu’il y ait un parti pris idéologique pour restructurer l’espace non seulement territorial mais aussi social et religieux. La constitution de l’espace lao tai est ainsi lisible à travers des faits culturels et idéologiques. Elle est analysée dans sa strate de cité-État et à travers la structure du pouvoir politique constituant, Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 409 - d’où découleraient la conception spatiale et son mode d’organisation. De ce fait, la constitution de l’espace reste –toute proportion gardée– endogène, générant son propre modèle historique. 688 Le deuxième chapitre qui explore la capacité des espaces lao à réceptionner les modèles spatiaux extérieurs et à se les approprier par acculturation, a montré d’abord que les villes siamoises précoloniales ainsi que leurs structures administratives, installées surtout comme des lieux de capitations au Laos et dans le Laos occidental au XIXe siècle, sont artificielles et ne peuvent constituer un modèle. Elles ont induit deux éléments importants pour l’espace contemporain des villes : 1- Ces établissements de capitations ont complètement déstructuré, atrophié la forme sociale et politique du muang pour leur bon fonctionnement futur. 2- Ils ont contribué à faire naître dans le territoire le sentiment “localiste” qui a géné tout le long du XXe siècle le développement et l’intégration de la région Issane dans l’unité nationale thaïlandaise. Le deuxième chapitre a aussi mis en évidence le fait que les villes coloniales, contrairement aux établissements de capitation siamoise, ont formé un modèle nouveau qui dure et qui est devenu significatif pour l’espace contemporain, du point de vue administratif, programmatique, de la gestion des sols et de la démographie. La culture administrative et le tissu urbain de ce passé forment ainsi aujourd’hui une variante spatiale et urbaine des villes laotiennes. Ceci, sachant qu’au moment de leur installation, les villes coloniales ont tenu une position ambigüe, voire, ont ignoré les espaces anciens antérieurs (forme urbaine, limite, mode ancien de production et de gouvernance, etc.) Les deux types de ville restent dans leur ensemble des modèles exogènes pour les villes laotiennes futures : mise à part la forme de l’administration locale, peu d’éléments ont été endogénisés pour un développement conceptuel et formel postérieur. La capacité des espaces lao à réceptionner les modèles extérieurs est donc moindre par rapport à leur capacité à gérer leurs propres modèles endogènes. Quatre principes semblent le démontrer : 1- Le modèle spatial en rapport avec la forme de la gouvernance. On constate que l’organisation de l’espace lao est reposée sur trois échelles et principes spatiaux : le ban le tassèng et le muang. Ces principes ont perduré et ont assuré à l’organisation laotienne une pérennité, malgré les ruptures et les transformations diverses que l’histoire a enregistré. 2- Les ancrages culturels de ces principes spatiaux ont été tels qu’ils génèrent une conception idéalisée du muang. Dans le Syasavat, le muang –défini comme une cité-État par excellence– donne la perception du cadre de vie, de penser et de gouvernance de la société lao. 3- Dans la pratique, les ancrages culturels des principes spatiaux donnent des règles au droit des sols, stigmatisé dans le droit coutumier, auquel le droit foncier actuel se réfère encore. 4- La domestication des espaces naturels, en liaison avec le mode d’habiter, comme savoir intemporel constitue une caractéristique des espaces et des villes lao. La conception et la perception de la nature participent à la construction et aux fonctions des établissements. La nature fait partie de la cité, en tant que paysage, en tant que lieu de production, ou en tant qu’altérité de vie, ici divinisée. La troisième partie du chapitre a tenté d’identifier, dans l’espace contemporain des villes laotiennes autour des années 1975, les caractéristiques dominantes qui explicitent la permanence et l’adaptabilité des structures spatiales anciennes héritées. Afin de voir s’il y a une rupture ou une 688 Dans l’idée de modèle constitué, notre étude ne prend pas en compte l’espace des minorités, celui-ci n’ayant pas d’implications directes sur la constitution du monde urbain, même s’il peut constituer un élément d’équilibre. Leurs structures, passant de l’empreinte tribale à l’empreinte rurale ne sont pas intégrées aujourd’hui dans la ville et sont même menacées dans leur existence. A l’exception des Tai Lü qui seraient les seuls à posséder une tradition urbaine avec l’exemple de Muang Sing. Du point de vue morphologique et conceptuel cette tradition urbaine septentrionale est un modèle exceptionnel, pouvant expliquer l’origine du xieng [-P’].Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 410 - continuité, face aux conjonctures socioéconomiques internes et externes, en rapport avec l’évolution des aires urbaines régionales et avec leur propre cycle de transformation. En cela, on constate que : 1- Les modèles spatiaux hérités ont connu une acculturation : les schémas symboliques et les cultes se retrouvent encore souvent dans l’usage de l’espace. La forme ancienne du pouvoir laisse aussi des traces sur la structure urbaine et les lieux sensibles de la ville. La faiblesse démographique traditionnelle est prise en compte dans la modélisation de l’espace et continue à être prise en compte comme un handicap dans la gestion et l’économie des villes. Le déplacement de la population, une pratique traditionnelle est encore d’actualité dans la restructuration spatiale de la ville. Et le mythe de la ville imaginaire continue à “hanter ” ceux qui la construisent mais aussi ceux qui la vivent. 2- La partition territoriale parallèlement à la partition politique du Laos est une question induite par le contexte politique de la Guerre froide, mais elle ne reflète pas moins une réalité géographique et humaine inscrite dans la formation et dans l’évolution territoriale du pays. Cette partition s’est calée sur le schéma de l’opposition entre zones vides montagneuses moins développées et zones basses, peuplées, développées et faciles d’accès. La partition ne s’est pas calée, par exemple, sur la partition politique ancienne des trois royaumes, mais sur la configuration historique plus ancienne de la répartition des hommes et des richesses. Sans oublier bien entendu l’influence certaine de la piste Hô Chiminh Nord-Sud qui constitue aussi la ligne de cette partition. 3- Le grand tournant spatial des années 1960 enregistre plus une transition qu’une rupture. Les éléments traditionnels pris en compte comme une acculturation, comme une endogénisation acquise, deviennent quasiment des éléments dépassés par rapports aux nouvelles données spatiales qui apparaissent dans le contexte des années 1960 et de la Guerre froide : des établissements naissants sont très liés à la guerre. Il est de même pour la nouvelle répartition des hommes sur le territoire. Quant au développement et à la production architecturale et urbaine, dans bien des cas, l’urbanisme et l’architecture des années 1960 ont révélé la dynamique de la structure symbolique ancienne en s’appropriant d’elle comme une structure urbaine révélée. Enfin, le troisième chapitre fait l’état des lieux des villes et identifie les années 1960 comme le commencement d’un nouveau cycle de transformation spatiale. Et on identifie ce cycle de transformation comme le passage de l’espace traditionnel à l’espace moderne. Ceci caractérise les traits dominants de la transition urbaine des villes laotiennes. Tout en cherchant une définition adéquate à l’espace traditionnel et à l’espace moderne, on a identifié les facteurs dominants qui ont conduit cette transition. Ceux-ci ont été essentiellement la complexification des acteurs urbains et le développement d’une nouvelle programmation urbaine.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 411 - Troisième partie 1975 – 1995 : période de transition, racine de la fragilisation du rôle spatial des centres historiques et des établissements anciens Regards rétrospectifs Dans la première partie de notre réflexion, nous avons mis en évidence que le développement urbain et territorial à l’œuvre à partir de 1995 était accompagné par un processus de transformations spatiales fortes au cours duquel le rôle de matrice structurante et identitaire des centres historiques et des occupations anciennes avait commencé à se fragiliser. Pourtant, durant de longues périodes et jusque dans les années 1970, les établissements avaient été marqués par des persistances et des permanences spatiales liées à des pratiques anciennes, aux centres et aux aires de fondations anciennes. Les bases fondatrices des villes et leur centre, ainsi que les pratiques habitantes en tant que modèle avaient pu être définies comme un espace et une culture autoréférencée se nourrissant de modèles endogènes et exogènes par un long et complexe processus d’acculturation. Celui-ci renforçait les facteurs de permanence et consolidait l’adaptabilité des établissements. En fait, malgré une longue période où les espaces étaient soumis à de multiples transformations, les implantations lao connurent malgré tout une évolution endogène et une idiosyncrasie.689 C’est ce qu’a principalement traité la seconde partie de notre recherche. Nous pouvons alors nous demander quels étaient le contexte et les enjeux entre 1970 et 1995 pour que la matrice structurante, liée à la fondation des villes et à des pratiques habitantes, soit ainsi altérée. C’est l’objet de la troisième partie de notre recherche, qui est traité en trois parties, couvrant près de vingt années. La première décrit les enjeux humains, spatiaux et économiques à l’insvestiture du régime, ainsi que les bouleversements qui en étaient issus. La seconde étaille les dispositifs mis en place pour construire le monde nouveau. La troisième dresse les bilans sur la politiques et les dispositifs qui ont été planifiés et mis en application durant la première et la deuxième période et qui force le régime à entreprendre les réformes. Nous cherchons à montrer dans quelle mesure, durant ces périodes, les facteurs de changement et de transition ont-ils été formés, expliquant le processus d’altération de la base de fondation des villes, des occupations anciennes et de leurs pratiques spatiales – jusqu’à perdre leur rôle et leur fonction, leur force et leur capacité de renouvellement. L’approche sociopolitique devrait nous confronter à de nouvelles données spatiales, qui se mirent en place lors de l’installation du nouveau régime politique en 1975. Mais avant d’aborder celle-ci, évoquons brièvement dans quel contexte politique et économique, à la sortie de la guerre, le nouveau régime accéda au pouvoir et eut à mener le pays. Le Laos dans le contexte général de la sous-région, à la fin de la guerre du Vietnam 689 Une manière d’être particulière, induite par un processus d’appropriation et d’acculturation des modèles à la fois endogènes et exogènes.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 412 - En avril 1975, la guerre du Vietnam prend fin avec la prise de Saigon et avec la chute de Phnom Penh. S’ensuit un changement de données politiques, économiques et sociales qui a bouleversé toute la région de l’Asie du Sud-Est. Laos, Cambodge et Viêtnam sont passés dans le bloc communiste. Ce basculement idéologique a profondément transformé les sociétés de ces pays. Il allait exclure pour un temps la péninsule indochinoise690 du reste de la communauté des nations de l’Asie du Sud-Est, gouvernées par des régimes politiques divers, entre autoritarisme et apprentissage de la démocratie. Le Laos a été désigné comme « victime du péril rouge » par la Thaïlande voisine, qui avait su enrayer les communistes de son territoire.691 Ceux-ci se recrutaient dans le milieu des artistes et des intellectuels imprégnés de marxisme,692 mais surtout parmi les députés de l’Issan. Certains d’entre eux faisaient cause commune avec les séparatistes ou du moins y étaient assimilés. Ils revendiquaient l’identité et l’autonomie de l’Issan, un certain localisme teinté de culture laotienne. Les revendications des députés “régionalistes” de l’Issan693 se réfèreraient à une période historique particulière mettant en évidence leurs liens culturels avec les Laotiens. La Thaïlande – dont le système politique reposait sur un appareil militaire puissant – était dirigée par un gouvernement anticommuniste proaméricain soutenu par les États-Unis.694 En éliminant le communisme de son territoire, elle s’était en même temps débarrassée de ses opposants séparatistes. D’après les dirigeants politiques thaïs, ces derniers menaçaient l’unité nationale et risquaient d’entraîner les autres communautés et territoires, notamment ceux du Sud et du Nord-Est, à agir dans le même sens.695 La Thaïlande, comme la porte occidentale du Laos Depuis près de deux siècles, la Thaïlande est confrontée sans cesse au problème d’identité locale des territoires au sein de son ensemble national.696 Certaines de ses communautés, de cultures différentes, adhèrent peu à la conception officielle d’État-Nation thaïlandaise, héritière de la pensée pan-thaï née au début du XXe siècle.697 690 L’expression “péninsule indochinoise” est ici considérée du point de vue géographique et culturel. 691 Par l’exil forcé ou l’assassinat d’une partie des promoteurs du communisme. 692 Pour fuir la traque du gouvernement dans les années 1970, une partie d’entre eux se réfugie en Europe pour ne revenir en Thaïlande que vers la fin des années 1980 ou au début des années 1990. 693 Issan (Sk), l’Orient, désigne le territoire de l’Est et du Nord-Est de la Thaïlande. Dans l’ouvrage de Dararat Methanikanonh, les expressions “ localiste Issan” ou “ régionaliste Issan ” ont été préférées à “nationaliste Issan”, sans doute pour écarter toute notion “séparatiste”. L’expression “nationaliste Issan” aurait rattaché les aspirations politiques des populations Issanes à l’État lao voisin, ce qui n’est pas exact, même si à l’époque ces populations s’opposent farouchement au gouvernement central de Bangkok. Dans les deux cas, la “laocité” de la région Issane marque l’identité culturelle de ces groupes de députés. In. Methanikanonh D., La politique des deux rives du Mékong, le regroupement politique des députés Issans entre 1933-1951, éd. Art and Culture, 2546, Bangkok, en thaï. 694 Durant la guerre du Vietnam, la Thaïlande a autorisé l’installation des bases américaines sur son territoire, à partir desquelles l’armée américaine conduit des bombardements aériens sur le Nord-Vietnam et l’Est du Laos. Udon Thani, à une heure de route de Vientiane, constituait une alternative lorsque les bases du Laos étaient mises en veille. Le Laos étant à l’époque un pays supposé neutre, les États-Unis ne pouvaient y créer ouvertement ses bases militaires. Les bases d’Udon Thani représentaient donc une alternative idéale pour calmer l’opinion internationale. L’ouverture de son espace aérien et de son territoire aux troupes américaines démontrait l’adhésion de la Thaïlande à la politique américaine de lutte contre la propagation du communisme en Asie du Sud-Est. 695 Les territoires dont les composants culturels se différencient des thaïs concernent la région du Sud peuplée de Malais et de musulmans, la région du Nord peuplée de Gnouans et celle du Nord-Est peuplée de Lao et de Lao Phouans. Seuls les Malais sont ethnolinguistiquement différents. Les Gnouans, les Phouans et les Lao partagent les mêmes origines Tai avec les Thaïs. Concernant le séparatisme, les informations ont été recueillies auprès des Thaïs d’origine d’Issan qui ont quitté la Thailande vers 1975 et qui ont vécu à Londre, à Paris et en Belgique. J’ai rencontré quelques uns de ces militants vers la fin des années 1980 dans le milieu des mo lam. Ils envoyaient régulièrement des lettres d’information aux réfigiés laotiens d’Europe. Ces lettres –écrites parfois en lao, parfois en Thai– énonçaient une certaine laoicité et surtout des idées anti gouvernement royal thaïlandais. J’ai eu entre les mains plusieurs de ces lettres. 696 Dararat Méthanikanonh étudie le mécanisme qui permettait le regroupement politique des députés Issan s’opposant au gouvernement central de Bangkok, tout en participant activement à la vie politique thaïe. Sa recherche souligne aussi les liens entre le mouvement politique Issan et le mouvement politique formé au Laos pendant et après l’indépendance. In. La politique des deux rives du Mékong, le regroupement politique des députés Issan entre 1933-1951, op, cit. 697 Après avoir évincé le démocrate Pridi Phranomyom, le maréchal Phibounsongkham ultra-nationaliste instaure une dictature militaire et proclame la création de la Thaïlande en 1939. Le changement d’appellation du Siam, aurait pour ambition la proclamation d’un État dans lequel tous les peuples Tai de toute l’Asie du Sud-Est se seraient reconnus. La proclamation de la “terre des Thaïs” symbolisant la fédération des peuples Tai, aurait inquiété le gouvernement français Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 413 - De par cette communauté de culture lao et thaïe à cheval sur les deux rives du Mékong – frontière politique entre le Laos et la Thaïlande,698 le fleuve constituait une frontière perméable jusqu’au milieu des années 1970. Les villes de la vallée et du Haut Mékong, ainsi que les hommes qui les habitaient, gardaient un lien avec le reste de la population du Laos, du moins à travers leur culture, leur langue et parfois les liens de parenté. Le Mékong était une voie de circulation, un trait d’union, plus qu’une ligne de séparation. Les riverains du Mékong se considéraient différents des riverains de la Ménam : pendant longtemps, la population de la vallée de la Ménam se sentait étrangère, autant par la langue que par les us et coutumes, lorsqu’elle venait dans ce territoire, pourtant siamois depuis plus de deux siècles et intégré définitivement dans la Thaïlande depuis plus d’un siècle.699 L’intérieure du Laos, un monde clos À l’investiture du nouveau régime, le 2 décembre 1975, cette frontière devint une réalité politique autant que physique. Dans un climat de méfiance et de défi durant toute la période de fermeture du Laos aux pays occidentaux et à leurs zones d’influence, le Mékong – devenu la frontière entre le Laos et le “monde libre” – devint quasi infranchissable. Pourtant, d’une rive à l’autre, les hommes et les produits continuaient de circuler, dans la plus grande clandestinité. Le blocus officiel de la Thaïlande sur les produits transitant par son territoire vers le Laos renforçait encore la dépendance économique du pays vis-à-vis du bloc socialiste et par rapport au système informel de circulation des produits. La pénurie générale des produits de consommation, l’insuccès de la première réforme agraire700 et de la production collective701 planifiée, de la rationalisation,702 d’alors, car une bonne partie de son territoire indochinois était peuplée de Tai. D’après les administrateurs français, les Lao-Tai auraient pu être attirés par cette nation nouvelle, ce qui aurait pu entraîner la désintégration de l’Indochine française. À propos de Pridi Phranomyom, chef du mouvement séri Thaï, il est utile de rappeler ici qu’il y a un lien significatif dans les années 1940 entre le mouvement Séri Thaï et le mouvement Lao Issara. Cf. Vanida Thongchanh, Savèng Phinith, Phou-Ngeun Soukaloun. 698 Exceptés la province de Xayaboury et l’Ouest de la province de Champassak qui se trouvent sur la rive droite. Cette frontière remonte à la période coloniale. La France et le Siam se partagent les territoires du Cambodge et du Laos, se référant aux intérêts politiques et négligeant les réalités historiques, ethniques et culturelles. Près d’un siècle plus tard, Laos, Thaïlande et Cambodge doivent encore régler les problèmes de frontières, sources de conflits incessants. 699 Le traité franco-siamois de 1893 marque la reconnaissance par le Siam de la souveraineté de la France sur la rive gauche, et la reconnaissance par la France de la souveraineté du Siam sur la rive droite du Mékong. Le traité francoanglais de Londres, en janvier 1896, qui faisait du Siam une zone tampon entre l’Empire britannique et l’Indochine française, rappelle la garantie des intérêts des deux empires dans le commerce avec le Yunnan et le Sichuan (déjà mentionnée dans les traités de mars 1894 et juin 1895). Ce traité consolide la position du Siam dans le Laos Occidental. Après la Deuxième Guerre mondiale, le traité franco-thaï de Washington (1946), qui restitue à la France le territoire de Xayaboury, Champassack et Xédaun, marque la fin de toute légitimité du pouvoir laotien sur le Laos Occidental. Aujourd’hui, la démarche de délimitation de frontière entre le Laos et la Thaïlande est encore à l’ordre du jour concernant la province de Xayaboury. 700 La réforme agraire a été mise en place indirectement à travers des dispositifs généraux, dès 1976, pour la « construction du régime de dictature prolétarienne ». Nous retrouvons sa mise en application dans la définition du rôle des ouvriers agricoles. La réforme agraire proprement dite est plus explicite dans le plan de trois ans mis en place entre 1978 et 1981. 701 La réforme agraire impose une collectivisation du travail et de la production, une redistribution collective du riz. Traditionnellement les travaux agricoles sont communautaires, les agriculteurs pratiquent la main-d’œuvre tournante : après avoir terminé les travaux de ses propres champs, on va aider les voisins. La moisson se termine par une fête de la récolte commune, boun kong khao [[6odv’g0Qk] ; chaque propriétaire conserve le produit de ses rizières. Les semences sont parfois échangées pour les saisons suivantes. Ceux qui ne possèdent pas de rizière peuvent la défricher ou la louer, en contrepartie, ils donnent un tiers de la récolte au propriétaire. Si les paysans laotiens ont un sens fort de la communauté et de la solidarité, ils ignorent le sens du collectivisme que le socialisme propose. L’expression “régime communisme” est traduite par latthi kong kang []afmydv’dk’], littéralement “régime ou l’on cumule un tas au milieu”. Cette traduction n’est pas due au hasard, mais au pragmatisme de la culture paysanne. Le mot kong [dv’], tas, se réfère au tas de riz après avoir été séparés de leurs panicules. Par cet emprunt lexical au monde agraire, le monde paysan domine la sémantique en interprétant à sa manière l’idéologie du régime. En occurence, le paysan est le premier à refuser le régime tel qu’il se présente et pratiqué au Laos. 702 La rationalisation est pratiquée au sein de la structure de l’État. Les fonctionnaires reçoivent, dans les premières années, des tickets pour échanger contre les produits dans les magasins de l’État : le lait en poudre, le sucre, la viande, etc. Les produits proviennent majoritairement des pays socialistes (notamment l’URSS et Cuba). Dans les villages on rationne autrement : pour tuer un coq ou un cochon de son élevage de subsistance, on doit demander l’autorisation aux autorités locales. Passer outre équivaut enfreindre les règles du collectivisme. Ces écarts peuvent être sanctionnés par des séjours en “séminaire” ou des séances d’autocritique, qui dévalorisent l’individu devant la communauté. Le Laotien de base vit l’autocritique comme une menace pour son honneur et sa dignité. “Perdre la face” a une grande importance malgré un Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 414 - induisait inévitablement un système de distributions parallèles : le marché noir alimenté par la Thaïlande et par la “ débrouille ” locale. Le kip connut une dévaluation spectaculaire : la population transportaient dans des sacs de riz cette devise pour aller l’échanger contre le nouveau kip potpoy, “kip de libération” [du[xqfxvjp], monnaie du nouveau régime. Parallèlement et malgré les chocs pétroliers des années 1970,703 l’économie thaïlandaise a poursuivi un développement rapide avec des investissements étrangers et locaux significatifs, et a connu un taux de croissance élevé. Ses villes au bord du Mékong et dans la région Issan, qui étaient plus pauvres que les villes du bassin de la Ménam, ne cessaient de se développer. Le gouvernement thaïlandais, de peur d’un rapprochement entre la région Issan et le Laos communiste, révisa ses anciennes politiques en Issan, qui consistaient surtout à “exploiter” ses ressources naturelles en se préoccupant peu de sa population, laissée dans la pauvreté (du point de vue des habitants de l’Issan). Sous l’impact de ces nouveaux investissements, la région Issan commençait à se développer davantage et les villes connurent une période d’extension et de croissance économique importantes. Le taux d’urbanisation était progressif, même si l’exode rural – des provinces vers Bangkok – atteignait des records durant cette période. Pour leur part, après avoir absorbé un très important exode rural à la fin des années 1960 et au début des années 1970704 – en proportion de la population du pays –, les villes du Laos se vidèrent de leur population, et ceci de manière assez brutale. Une partie de la population fuit le nouveau régime et partit à l’étranger. Il fallut attendre quelques années, bien après l’introduction d’une deuxième réforme agraire, pour que l’exode de la population paysanne ralentisse705 ; celui des habitants de la ville vers l’étranger continuant jusqu’au milieu des années 1980. À cette période, les investissements intérieurs et extérieurs étaient quasiinexistants. C’est durant ces années que sont apparus les premiers écarts entre les villes et territoires des deux rives du Mékong, qui avaient pourtant, à l’origine, des caractéristiques semblables. Ceci aura des conséquences importantes sur l’aspect des villes et leur développement futur. C’est dans ce contexte difficile, faisant face à des enjeux politiques et économiques, des défis spatiaux et humains multiples, que le nouveau régime a dû mener le pays vers le “monde nouveau” qu’il se promettait de construire. Ce grand projet de société, avec sa nouvelle représentation, était une hétérotopie qu’il a fallu confronter à la réalité de l’histoire du Laos, celle de la société et des hommes. Avant que le projet de société n’ait pu être conduit à son terme, cette confrontation força le régime à mener une réforme au sein de son appareil institutionnel et à adopter une nouvelle orientation politique et économique. Outre cette confrontation interne, les impératifs de la réforme étaient surtout dus aux conséquences de l’effondrement du bloc socialiste, dans l’ex-Union Soviétique et en Europe. La période de transition que constitue la période 1975-1995 peut être analysée en trois temps : le premier est marqué par les enjeux que le nouveau régime a rencontrés et les défis qu’il a dû relever au moment de sa proclamation ; le deuxième est caractérisé par la représentation et la perspective nouvelle que le régime avait formulées pour la nouvelle société qu’il se proposait d’édifier ; le troisième est le temps des bilans et de la réforme suscitée tant par les facteurs internes qu’externes. régime qui feint de l’ignorer, surtout dans une période où l’intégration sociale est fixée en référence à la vertu révolutionnaire. 703 Le 1er et 2e chocs pétroliers ont lieu sur la période 1973-1980. In. Hugues Tertrais, Asie du Sud-Est : enjeu régional ou enjeu mondiale ? éd. Gallimard, coll. Folio/Actuel, Paris, 2002 ; Asie tiers du monde, IRASEC, éd. ERES, coll. Outre- terre Revue française de géographie, 2003. 704 L’exode rural des années 1960, 1970 concerne les réfugiés qui quittent les zones libérées et les zones de combat pour rejoindre les zones contrôlées par le gouvernement de Vientiane. Les réfugiés s’arrêtent d’abord dans les villes les plus proches, souvent des capitales régionales, puis lorsqu’ils y trouvent du travail et de la famille installée avant, ils y restent, sinon, ils rejoignent Vientiane. 705 La 2e réforme agraire a lieu vers 1980, lorsque prend fin le plan de trois ans. In. Le développement de l’État Lao, Phongsavat Boupha, Imprimerie Nakhone Luang, Vientiane 2005. En Lao.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 415 - CHAPITRE I Temps un : les enjeux spatiaux, humains et économiques, un défi pour le nouveau régime Le nouveau leadership politique, à sa prise de pouvoir, trouve un pays désorganisé par les guerres, civile et internationale, que ce dernier et ses habitants venaient de traverser. Les enjeux étaient de réussir à reconstruire le pays et d’en rétablir la cohérence territoriale à partir d’une nouvelle base idéologique et politique et avec des hommes nouveaux. Le défi à relever était ainsi à la fois spatial, humain et économique. I. I. Les enjeux et les défis spatiaux : faire table-rase, légitimer, durer Les données humaines dans ce contexte sont liées à l’espace et à sa représentation. L’espace est porté et légitimé par les hommes, et à leur tour les hommes sont représentés dans et par l’espace. L’acte de déformation des hommes porteurs d’un espace que l’on voulait abolir participe clairement à la destruction de cet espace. La table-rase de l’espace de représentation de l’Ancien Régime doit donc être accompagnée de la table-rase sociale, du moins la table-rase des valeurs que portait cet espace de représentation afin que le nouveau pouvoir puisse instaurer et construire sa propre représentation. C’est ce qu’a entrepris le nouveau régime dès son arrivée au pouvoir : la destruction des anciens symboles. Cependant, que ce soit les données spatiales ou humaines, les représentations nécessitaient un processus de construction ancré dans l’histoire de ceux pour qui étaient réalisées les représentations. Autrement dit, ces représentations appelaient une phase de légitimation. Or si le nouveau régime possédait le pouvoir de déconstruire et de construire, il ne portait pas la légitimité de représenter. L’espace fort est une construction de l’histoire que l’on ne peut remplacer instantanément. L’instauration d’une nouvelle représentation devient dès lors ardue devant les réalités constituées par l’histoire, ancrées dans les mentalités. La réappropriation de l’espace a été préconisée dès les premières années du régime, la vision globalisante a été choisie à la vision particulière, afin de pouvoir contrôler et s’approprier l’ensemble du territoire sans distinguer l’ancien « fief de l’ennemi » du « territoire des libérateurs ». I. I. a. La destruction des symboles anciens et la création de nouveaux La société bourgeoise, liée aux capitaux et au pouvoir de l’Ancien Régime, n’ayant pas un enracinement très profond dans la société laotienne ; elle peut disparaître assez rapidement avec l’abolition du système sur lequel elle reposait. Les séminaires politiques, les emprisonnements et la confiscation des biens, qui symbolisaient le pouvoir économique et politique que ses membres détenaient, entérinent la destruction de cette société, considérée comme paria après 1975. Cependant, la société laotienne de l’Ancien Régime n’est pas uniquement bourgeoise. Elle est hiérarchisée mais pas stratifiée. Elle est surtout marquée par un système de lignage ou de cousinage qui peut relier des individus issus de la paysannerie aux membres de l’aristocratie, des commerçants aux lettrés, et ainsi de suite. Dans une telle société, la monarchie, qui symbolisait l’histoire et l’unification du pays et de son peuple plus que la hiérarchisation sociale, est difficile à faire disparaître. Pour construire les nouvelles représentations et les nouveaux symboles, il faut avant tout abolir les anciens symboles, réunis et représentés par le pouvoir monarchique. Mais cela ne suffit Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 416 - pas, il faut que tous les signes qui lui sont liés soient également détruits. Dans ce contexte, une question importante a été soulevée dans le milieu révolutionnaire nationaliste : « Comment construire une société juste pour laquelle la révolution était sensée faite ? » 706 La réponse à cette question a toujours été différée. Aujourd’hui, elle n’est toujours pas débattue bien qu’elle ait été soulevée, discrètement, testant le degré d’ouverture du régime.707 L’abdication du roi et la disparition du symbole Après avoir forcé le roi Savang Vatthana à abdiquer et prononcer l’abolition de la monarchie constitutionnelle, ainsi que l’instauration de la République démocratique populaire, le nouveau pouvoir nomme l’ancien monarque comme conseiller suprême du Président de la RDPL ; il déchoit le Prince Souvanna Phouma de son poste de Premier ministre, dissout son gouvernement de coalition et le nomme conseil du nouveau gouvernement. Cependant malgré l’abolition du système monarchique et de toutes les institutions qui l’accompagnaient, l’ancien monarque ne peut pas se travestir en “camarade Vatthana” aux yeux de la population. Il demeure le symbole d’une histoire ancienne qui gêne la marche du régime communiste dans son projet de fondation d’un monde nouveau. Le nouveau pouvoir craint que la visibilité de l’ancien symbole ne soit le déclencheur d’un mouvement de restauration, d’autant plus que les opposants au régime s’organisent à la frontière thaïlandaise et entretiennent une guérilla au sud et au nord du pays. Coupable d’être le représentant d’un système que le pouvoir combattait, l’ancien roi est placé en résidence surveillée à Luang Prabang et, en 1977, le couple royal – Savang Vatthana et Khamphoui – ainsi que le prince héritier Vong Savang sont discrètement arrêtés et envoyés au camp de rééducation à Viengxay, d’où ils ne sont jamais ressortis comme beaucoup d’autres “séminaristes” La transformation de la communauté religieuse Il s’agit pour le régime de tenir un discours clair et précis sur la religion : c’est un vrai “débat” idéologique. L’endoctrinement est préconisé à la place des camps de rééducation en ce qui concerne les affaires religieuses ; et c’est à l’intérieur de la communauté du Sangha elle-même que la transformation se réalise, puisqu’il n’y a jamais eu de camps de rééducation pour les religieux. Dans de rares cas, lorsque certains religieux tiennent un discours gênant pour l’idéologie du régime, ils doivent être défroqués avant d’être envoyés au séminaire. L’image de moines envoyés aux camps de rééducation aurait été trop choquante pour la population. Les séminaires sont organisés dans les pagodes, où la formation politique est inscrite au programme de formation des religieux. Les travaux collectifs sont aussi attribués à toute la communauté monastique. En théorie, beaucoup de jeunes idéologues laotiens marxistes-léninistes ont tenté de démontrer à la communauté religieuse que le communisme pouvait se rapprocher du bouddhisme, voir le remplacer.708 La transformation du rapport interpersonnel : l’institution familiale Dans l’ancienne société laotienne, la famille et la parenté sont quasiment une institution. La cellule familiale peut incarner ou faire naître un certain nombre de valeurs sociales. Probablement pour cette raison, elle doit être revue. Le comité populaire, à travers l’autorité du village et à travers 706 Discussion avec un ancien révolutionnaire retraité, membre du PPRL. Il nous dit : « En effet, je n’ai pas fais trente ans de révolution pour enfin retrouver ma maison mais constater en même temps que tous les membres de ma famille sont partis ou exilés ou vivant dans la peur. » (Vientiane 2004) 707 Notamment, il s’agit d’une allocution en juillet 2011 à l’Assemblée nationale d’un député de Vientiane, Khampheuy Pannemalaythong – qui siège au secrétariat du PPRL (vue sur YouTube). Il questionne, entre autres, la morale de combattant révolutionnaire et l’idéologie marxiste-léniniste dans la construction de la société laotienne. Il appelle à une relation apaisée et réconciliée à l’intérieur de la communauté nationale, sans distinguer les Laotiens de l’intérieur de ceux de la diaspora. Il dénonce le fait de traiter d’ennemis et de réactionnaires ceux qui ne partagent pas l’idéologie du régime. 708 Les idéologues font un parallèle entre la vie communautaire du sangha et le communautarisme, le collectivisme communiste, entre le renoncement aux biens matériels individuels des religieux – du moins dans le fait que les avoirs traditionnels des moines sont réduits au strict minimum – et la privation communiste du droit de propriété privée. Cf. Martin Stuart-Fox.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 417 - l’école, s’immisce dans la vie privée des familles. L’embrigadement à l’école permet aux enfants d’avoir un autre regard sur la famille, par exemple de prendre la responsabilité “d’éduquer” aussi leurs parents. Les enfants gardent en fait un œil sur leurs actions pour s’assurer qu’elles sont conformes à la nouvelle morale. Sur les recommandations des maîtres d’école et des professeurs, ils peuvent empêcher leurs parents de quitter le pays ; d’acheter des produits au marché noir, surtout avec des dollars ou des baths ; d’avoir des contacts avec les “réactionnaires” qui viennent semer le trouble sur la rive gauche ; d’écouter de la musique occidentale ; de garder chez eux des images ou des objets illicites qui appartiennent ou symbolisent l’Ancien Régime. Le Nouveau Régime mène en quelque sorte des actions pour “affranchir” les enfants de l’emprise familiale. Dans le cas où les rapports parents-enfants sont déjà fragiles, l’embrigadement réussit souvent. Dans certaines grandes familles de l’Ancien Régime, on voit parfois des adolescents s’engager dans l’armée populaire ou devenir fervents défenseurs des séminaires politiques, alors que les autres membres de la famille peuvent tenter de quitter le pays clandestinement ; en ce cas, la délation des membres de leur propre famille arrive fréquemment. On voyait aussi les cas contraires, où des parents demandent au comité populaire du village d’envoyer les enfants les plus turbulents faire leur éducation dans les camps pour la “jeunesse dépravée” ; d’après eux « cela ressemble au camp de scouts ». Ainsi, les valeurs propres à chaque famille peuvent être bafouées et l’éducation fondamentale remise en question.709 La transformation du corps enseignant et le rapport qu’il entretenait avec la jeunesse Le corps enseignant rajeunit à vue d’œil. Certains jeunes sont dévoués et enthousiastes pour participer à la construction de la nouvelle société. Beaucoup d’entre eux se portent volontaires et s’engagent dans les écoles de campagne après avoir reçu des formations politiques rapides. D’autres, volontaires ou pas, sont envoyés dans les provinces éloignées de leur famille. L’image sévère et paternaliste des maîtres d’école disparaît pour laisser la place aux jeunes institutrices et instituteurs que l’on appelle désormais euil khrou et aï khrou (grande sœur et grand frère instituteur). Ce sont des camarades qui sont plus âgés et qui guident les élèves pour des activités collectives plus que des instituteurs qui enseignent.710 La transformation des rapports sociaux Le rapport hiérarchique et relationnel est également modifié. La hiérarchisation sociale ancienne, fondée beaucoup sur l’âge et la connaissance, puis sur le statut social et la fonction des personnes, a été refondée sur de nouvelles bases. Idéologiquement, le nouveau pouvoir veut instaurer une société égalitaire. Mais il n’a ni le temps, ni les nouveaux programmes politiques pour le réaliser. Les actions sont menées dans l’urgence et portent sur le nivellement social. La morale révolutionnaire, imprégnée de marxisme-léninisme, introduit les notions de « camarade » et de « compagnon ». Ce sont des notions inconnues pour les Laotiens. D’après eux, elles frôlent le ridicule et prêtent à rire du point de vue linguistique.711 Effectivement, si les villageois acceptent, voire revendiquent, le principe d’une société plus juste qu’apporterait le nouveau régime, voir un vieux chef de village interpelé d’un « camarade ! » par un jeune agent administratif de l’État en détachement à la campagne est considéré comme ridicule. Sur ce fait, les “personnes de souche” considèrent que « les jeunes révolutionnaires sont odieux et mal éduqués, ils ne distinguent pas ce qui est haut de ce qui est bas. Ils ne savent pas utiliser le langage comme il faut ». 712 709 Notons par exemple que les tatouages, le port de jeans ou de cheveux longs pour les garçons sont considérés comme dépravés. Ayant des frères et beaucoup de cousins adolescents à l’époque, ma famille a beaucoup de souvenirs de cette période : deux frères convoqués plusieurs fois pour leur tatouage, un autre (âgé de 16 ans en 1976) emprisonné durant une semaine pour avoir accompagné chez elle en vélo une camarade de classe à 9 heures du soir. 710 Cf. Note ibid. Vers 1976-1977, j’ai moi-même connu de très jeunes institutrices qui venaient de province. 711 Encore aujourd’hui, on pourrait recueillir les termes et les expressions qui ont fait l’objet de parodie à l’époque et constituer un véritable lexique. 712 Propos du vieux chef de village de Ban Donoune (la plupart des Pô ban sont des thit ou des chane, titres portés après avoir quitté la robe monastique), furieux de se faire traiter de « camarade ».Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 418 - Dans de telles situations, la mise en place du nivellement social rencontre des difficultés. Au lieu d’une société parfaitement nivelée, on constate qu’il y a beaucoup d’irrégularités, d’éléments de résistance, liés aux habitudes. Si la société laotienne peut se réjouir d’obtenir l’égalité des droits et des chances devant la loi, elle ne peut se consolider avec la disparition de la hiérarchisation sociale qui la constituait car elle repose beaucoup sur ce principe (c’est probablement encore le cas aujourd’hui). Pour la changer, il faut alors la déstructurer et remettre en cause ses anciens fondements. C’est ce qui a été tenté à l’époque, même si vingt-cinq ans après, le régime revient sur certains de ces fondements. Malgré les résistances, le nivellement social symbolisé par la notion de camaraderie transforme peu à peu les rapports sociaux existants. La hiérarchisation sociale traditionnelle, qui structurait la vie des villages et qui indiquait le niveau de civilité de leurs membres leur assurant une bonne cohésion, change peu à peu de nature. La personne la plus respectée ou la plus crainte n’est plus le vieux chef du village, le médecin, l’ancien phraya ou l’ancien phya, le médium phô lam ou le maître de cérémonie, mais celui qui a participé à la révolution, capable d’animer les réunions politiques, celui qui tient une place importante dans la hiérarchie du PPRL, détaché à l’échelon villageois. Ainsi apparaissent de nouvelles valeurs. I. I. b. La réappropriation de l’espace : d’une vision partiale vers une vision globale Il faut contrôler et s’approprier le territoire dans son intégralité ; de zones partitionnées et multiples, il faut passer à une pensée du territoire unifié et unique. Tout en concevant le Laos dans son intégralité, le nouveau pouvoir gère le pays en privilégiant la campagne, d’où les dispositifs à supprimer l’autorité administrative de la ville pour rattacher cette dernière au pouvoir administratif provincial, nouvellement créé. Par exemple à Vientiane, on supprime l’administration de la préfecture urbaine pour la rattacher à l’administration de la province. Avant d’évoquer la réorganisation administrative et les situations frontalières du territoire dans les premières années du régime, notons des faits portant sur la place qu’occupent les campagnes et les villages dans la politique territoriale du régime. Influencé par le marxisme-léninisme, il considère que les villes sont la production et les faits des sakdina, des bourgeois, qui exploitaient la campagne. De ce fait, les villages et le monde rural doivent constituer le territoire de prédilection pour propager l’idéologie du communautarisme et du collectivisme. Or, comme nous l’avons noté, la campagne et le monde villageois appartenaient à l’entité du muang. On retrouvait dans la société villageoise traditionnelle ce que l’on trouvait dans la société du muang, entre autres les mêmes acteurs du pouvoir, et la société villageoise était aussi hiérarchisée que la société du muang. La distinction sociale entre le village et la ville, dans le principe de la gouvernance, est une conception occidentale née dans la société industrielle, situation que le Laos n’avait pas connue. Le fait que le marxisme-léninisme laotien oppose exagérément ville et village éloigne l’analyse de la réalité. À cause de cette idéologie, le nouveau régime s’occupe beaucoup du milieu rural ; il en fait même l’apologie. Dans les spectacles, on montre que la campagne est laborieuse et productive. Ne rencontrant pas vraiment de prolétaires, le nouveau régime trouve dans la paysannerie les justificatifs de ses idéaux. C’est pour le peuple, le paysan, que la révolution a été faite. La réorganisation administrative Pour comprendre l’organisation générale de l’administration que le nouveau régime met en place, nous renvoyons le lecteur au paragraphe traitant de la réforme administrative (II. I. a.). Dans cette section, nous voulons souligner la difficulté pour le régime de mettre en place une administration en mesure de gérer tout le territoire. Les provinces du Laos connaissent une réorganisation générale après la prise en main du pays par le PPRL pour mettre en place l’administration locale. Entre 1976 et 1980, certaines provinces et districts sont supprimés, d’autres créés. C’est le cas de Muang Vang Vieng et Muang Paksan, redevenus des muang de la province-préfecture de Vientiane ; de Muang Hom et Muang Kéo Oudom, nouvellement créés ; de Muang Kasi, détaché de Luang Prabang pour être rattaché à la province-préfecture de Vientiane ; de Muang Phanthaboun et Thadeua, supprimés. L’administration Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 419 - locale, inerte dans les premiers mois du régime – les efforts étant concentrés sur l’abolition de l’ancien système –, fonctionne de nouveau dans une nouvelle structure basée sur les décisions prises par le comité populaire. Le comité administratif populaire est instauré à ce moment-là à tous les échelons : de la province au village, remplaçant l’ensemble de l’administration locale ancienne. C’est en affectant les agents de l’État à tous les échelons administratifs que le nouveau pouvoir mesure l’ampleur de la restructuration du pays et constate le manque de ressources humaines. C’est seulement en réussissant cette affectation que le nouveau régime peut prétendre contrôler la totalité du territoire, prenant ainsi en compte les spécificités des régions qu’il ne contrôlait pas auparavant. Aussi, il consacre beaucoup d’efforts pour installer cette administration locale. Une des réussites du régime a été la bonne répartition du pouvoir de l’État jusqu’à la cellule du nouay – nouvelle unité, composée de dix maisons au maximum – afin de bien diffuser les décisions et recommandations centrales. En ce qui concerne l’administration centrale, le travail du pouvoir exécutif est plus concentré sur les questions politiques et moins sur le système administratif du pays, qui a recours à l’arbitrage et aux décisions prises de manière consultative, au cas par cas. La rencontre de la planification théorique avec la réalité et le travail de terrain, rend celle-là souvent caduque, obligeant à organiser des consultations collectives chaque fois pour permettre la prise de décision. Cette méthode, adéquate dans la zone libérée en temps de guerre, se révèle inadaptée en temps de paix pour gérer l’ensemble du pays. Quoiqu’il en soit, cette méthode utilisée au début perdure et s’ancre dans le système administratif du régime ; elle a subsisté jusqu’à aujourd’hui. Par exemple, pour faire appliquer une loi, prendre des décisions ou trancher dans une affaire, les juristes disent que, parmi les difficultés à surmonter, il y a les habitudes de l’appareil décisionnel intermédiaire calées sur la pratique des hauts dirigeants du régime. Cela consiste à convoquer des responsables en réunion pour prendre une décision à main levée, permettant à celui qui est habilité à les prendre de s’y référer713 – et cela, même si les articles de loi et les décrets d’application existent. Quelle place tiennent les provinces frontalières après 1975 par rapport à la région ? La situation physique des provinces à l’investiture du nouveau régime dépendait entièrement de la situation politique entre le Laos et les pays voisins. Elle était à l’image des relations politiques des pays, de leur rôle à la fin de la guerre du Viêtnam et dans l’accession au pouvoir du PPRL. La région frontalière avec la Thaïlande Comme nous l’avons déjà souligné, les territoires de la vallée du Mékong et les villes proches de la frontière avec la Thaïlande sont dans une situation ambiguë. Ils sont coupés du monde occidental et de la Thaïlande ; ils conservent cependant un lien avec ce pays du fait du marché noir et de l’exode d’une partie de la population laotienne, recueillie dans les camps de réfugiés sur le sol thaïlandais. Par ailleurs, la Thaïlande donne asile aux opposants du régime, qui forment des groupuscules de guérilla. Les provinces frontalières occidentales constituent ainsi les marches de la guérilla. Pendant les dix premières années du pouvoir communiste, les incursions armées des résistants sont fréquentes, provoquant des affrontements. Le PPRL et l’armée populaire concentrent leurs efforts pour sécuriser ces provinces et mettre les opposants hors d’état de nuire. Lorsque les conflits frontaliers éclatent entre le Laos et la Thaïlande – à propos de trois villages à Sayaboury – les groupuscules de résistants, les Laotiens bloqués en Thaïlande (dans les camps de réfugiés ou dans les maquis) doivent faire profil bas pour y rester. Ces derniers, comme la diaspora lao, soutiennent la politique du gouvernement communiste de défense de la frontière occidentale, même s’ils s’opposent idéologiquement, politiquement et militairement au gouvernement communiste. La 713 « La gestion du Laos est encore l’affaire des combattants, c’est comme ça que nos aînés gèrent le pays. Il faut attendre une autre génération, celle qui est née avec la loi et les structures administratives pour que le pays soit gouverné avec des règles, des codes et des lois, sans recours à des décisions ad hoc à main levée, qui rend responsable tout le monde et personne. » Discussion en 2004 à Vientiane avec un juriste de 35 ans qui désire garder l’anonymat.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 420 - chasse aux résistants laotiens stationnés en Thaïlande commence alors pour le gouvernement thaïlandais. Puis, lorsque le traité de paix est signé entre les deux pays, la politique thaïe change de cap : la “chasse” aux résistants devient quasiment officielle, pour réactiver les liens politiques avec la RDPL et entamer une nouvelle relation fondée sur les relations commerciales et économiques. Le gouvernement thaï préconise le renvoi des réfugiés et la fermeture des camps, différée sous la pression du HCR, mais qui devient effective au début des années 1990 ; il ferme aussi les yeux sur les assassinats des membres de la résistance lao sur son sol.714 La région frontalière avec la Chine La frontière avec la Chine est de bon augure, conformément à l’entente cordiale que le gouvernement lao entretient avec ce pays. Les échanges fructueux se traduisent par des échanges culturels très importants, prolongeant les soutiens que la Chine donnait au gouvernement de la zone libérée.715 Cependant, le conflit entre la Chine et le Viêtnam, qui a lieu en 1979, refroidit la relation politique entre la Chine et le Laos, ami déclaré du Viêtnam. L’armée vietnamienne stationne en nombre dans les deux provinces nord du Laos, à la frontière avec la Chine. Cela lui permet de s’engager jusqu’à plus de 50 kilomètres dans le territoire chinois durant les affrontements armés. Si l’armée laotienne ne participe pas directement aux affrontements, le territoire du Laos sert et avantage incontestablement l’armée vietnamienne. Cependant, la Chine n’intervient pas militairement au Laos. En revanche, durant cette période de crise, elle propose l’asile aux réfugiés laotiens des camps de Thaïlande en les installant dans des fermes d’État. Près de 5 000 réfugiés auraient ainsi été recueillis en Chine.716 Beaucoup d’entre eux font partie de la résistance. L’un de leurs objectifs est de pénétrer par le Nord du Laos, armés par les Chinois, pour libérer les personnes retenues dans les séminaires dans le Nord du Laos. Malgré ces incidents, le Laos maintient sa relation diplomatique avec la Chine. Dans le rapport du IVe congrès du PPRL, le gouvernement laotien place la Chine dans une position différente du Viêtnam : ce n’est ni une relation spéciale, ni une relation cordiale et de partage idéologique que la Chine lui inspire en 1986 ; la Chine est une grande puissance membre permanent du conseil de sécurité des Nations-Unies qui joue un rôle majeur dans la paix et la sécurité en Asie : « Nous espérons que notre pays et la République populaire de Chine retrouveront une relation normalisée sur la base du respect réciproque […] ». Cet énoncé rappelle que les relations diplomatiques entre la Chine et le Laos sont maintenues et que le Laos espère retrouver le niveau de relations étroit d’avant le conflit sino-vietnamien.717 Il tente en fait de corriger la politique provietnamienne de 1979, identifiée dans de nombreux rapports politiques. Par exemple, dans un document officiel édité en 1980 par le Comité de propagande et de formation du Comité central du PPRL, on lit : « En trahissant notre régime marxiste-léniniste, en trahissant la révolution mondiale, les expansionnistes territoriaux Chinois se sont clairement rendus complices des impérialistes [américains] pour 714 Les opposants de la diaspora attribuent l’assassinat des Laotiens en Thaïlande au service de sécurité de la PPRL. C’est ainsi que les dernières personnalités de la résistance rejoignent leur famille en France et aux Etats-Unis, après plus de dix ans passés à sillonner la frontière, aidées par les villageois thaïs frontaliers, majoritairement d’origine lao. Ce phénomène est avéré dans la région de Oubon Rajthani, face à Champassak, et de Moukdahane, face à Savannakhet. 715 Un consulat chinois sur le mont Phu Fa à Phongsaly, installé au début des années 1960, rappelle encore le soutien et les relations diplomatique et militaire passées entre la Chine et le gouvernement Néo Lao Hak Sat. C’est aujourd’hui un hôtel. 716 Il aurait été possible militairement que la Chine intervienne au Laos, d’une part pour régler les problèmes avec le Vietnam, d’autre part pour démontrer l’occupation du Laos par l’armée vietnamienne. Elle tenait probablement à garder une relation politique claire avec le Laos, car il n’y avait pas eu de différend entre les deux pays. D’après Fabrice Mignot, 2 700 personnes furent recueillies en Chine dans ce cadre. À celles-ci s’ajoutent les « 1 250 réfugiés venus directement au début des années 1980 (Bamber 1992) ainsi qu’un millier d’opposants thaï lao équipés par l’armée chinoise, la ‘division Lan Na’ ». In : F. Mignot, « Le rocher de la prospérité. La réinsertion des réfugiés au Laos. » Horizon. Documentation. Ird. fr Sur cette question, j’ai revu dans le camp de réfugiés (en 1978 ?) mon ancien maître d’école Naï khou Phet avant qu’il ne parte pour la Chine avec quelques-uns de ses anciens élèves du primaire. Nous leur avons offert des broderies sensée représenter le drapeau du Laos : ce sont des broderies d’enfant avec des têtes d’éléphant tricéphale. 717 Rapport du IVe congrès du PPRL, 1986.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 421 - détruire la révolution laotienne dans l’espoir d’annexer tant le Laos que le Viêtnam et le Cambodge. » 718 La région frontalière avec le Viêtnam Le Viêtnam a joué un rôle majeur dans l’instauration du nouveau régime. Il était son principal instigateur à travers le PPRL et à travers son armée, qu’il soutenait. Le PPRL inculque à toutes les générations que le Laos a une dette morale et matérielle vis-à-vis du Viêtnam et du PCV. Ces derniers ont combattu à ses côtés et l’ont aidé à gagner la guerre contre les “impérialistes”. Bien que la liaison géographique entre les provinces laotiennes et vietnamiennes n’est pas aussi aisée (sauf à Sam Neua) que celle reliant le Laos à la Thaïlande, la frontière entre les deux pays est très perméable, favorisée par une fraternité combattante et une idéologie commune. Pourtant, un certain nombre de personnes – se définissant comme nationalistes – défendent aujourd’hui l’idée que la frontière orientale du Laos n’était pas aussi ouverte qu’il y paraît. Ils affirment qu’il y a souvent eu des affrontements entre les armées vietnamienne et laotienne, celle-ci défendant ses frontières devant l’expansionnisme des Vietnamiens, malgré le lien sacré entre le PPRL et le PCV.719 Ces nationalistes se résignent probablement à accepter que la frontière est une « limite établie en fonction d’un rapport de forces à un moment donné », comme le considèrent les Vietnamiens, et dans le rapport de forces actuel, c’est le Viêtnam qui l’emporte.720 À l’échelle urbaine : l’état des villes Que devient la ville, compte tenu de l’intérêt du nouveau pouvoir pour la campagne ? C’est la question posée pour comprendre la pratique habitante dans ce nouveau contexte, la place qu’occupe la ville dans les toutes premières années du régime. Le sol à l’échelle parcellaire, l’habitat à l’échelle individuelle et les lieux de loisirs ressemblent à un espace abandonné, la majorité de la population urbaine ayant quitté leurs habitations, les laissant vacantes un laps de temps avant qu’elles ne soient réoccupées par une nouvelle population venant de la campagne et de la zone libérée. Les lieux de loisirs urbains (club, dancing, cinéma, restaurants, etc.) ferment leurs portes. Les habitants sont mobilisés pour les travaux collectifs et concentrent leurs efforts sur la production – mot d’ordre du gouvernement. La ville devient laborieuse : l’image qu’elle offre est pittoresque. Des centaines de personnes s’affairent sur les routes des villages et dans les rues des villes ; les week-ends, ils sont des milliers dans les canaux de Vientiane ou dans les rizières na sèng, 721 affectés aux travaux collectifs d’entretien des ouvrages urbains et de la production agricole. Mise à part, cette manifestation collective obligatoire dans les lieux publics et communautaires, qui ne peuvent remplacer les services techniques et urbains malgré leur importance, les villes ressemblent à des villes fantôme. Les équipements ne sont plus entretenus, les feux tricolores restent inutilisés, l’éclairage public ne fonctionne presque plus. Les compartiments commerciaux des centres urbains, s’ils ouvrent encore leur devanture, sont privés de produits à vendre. Les rues sont noires dans la nuit, et le jour, on voit de rares voitures et beaucoup de vélos. Seules, les voitures des corps diplomatiques et des experts 718 Page historique de la lutte héroïque du peuple lao, comité de propagande et de formation du Comité central du PPRL, édité par l’imprimerie de la RDPL, Vientiane 1980. 719 Ces incidents n’auraient jamais été divulgués pour des raisons politiques. Ces informations ont été recueillies auprès d’anciens révolutionnaires à la retraite (à Vientiane en 2000) et auprès d’un Laotien ancien étudiant en Tchécoslovaquie (à Paris en 1994). En 1979 lors des manœuvres militaires, l’animosité et la tension chez les militaires laotiens, auprès desquels il effectuait son stage de « travaux pratiques de terrain », sont clairement exprimées vis-à-vis des militaires vietnamiens, à propos de la question des frontières. Les militaires disent par exemple que Lak Sao (kilomètre 20) est une dénomination codée pour que les Laotiens n’oublient jamais que le Vietnam a déplacé sa frontière en empiétant de 20 kilomètres sur leur territoire. Nous n’avons pas trouvé de sources écrites qui confirmeraient ces allégations. Les recherches de Savèng Phinith et de Bernard Gay, s’appuyant sur les sources officielles (les derniers traités) et les cartes, manquent de précision cartographique pour les confirmer ou les infirmer. 720 Cf. P-B. Lafont (éd.), Les frontières du Vietnam. Histoire des frontières de la péninsule Indochinoise. Ouvrage collectif. Ed. L’Harmattan, Travaux du Centre d’Histoire et Civilisation de la péninsule Indochinoise, Paris 1989, 268 pages, 14 cartes. Cf. aussi Antunes Paul. Compte rendu de l’ouvrage in : BEFEO. Tome 78, 1991. Pp. 358-359. 721 Rizière irriguée effectuée comme deuxième récolte de l’année.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 422 - des Nations-Unies, le minimum maintenu dans le pays, traversent encore les rues désertes de la capitale. Citons le cas de Savannakhet et son quartier de cinémas situé dans l’ancien centre ville coloniale. Abandonné – probablement pillé dans les deux premières années du régime –, le complexe construit à partir de la fin des 1950 est aujourd’hui encore à l’état d’abandon, devenant une friche foncière en plein cœur de la ville. Le centre de la ville est inanimé, tout se développe à l’extérieur. La ville garde quasi-intact le souvenir de son délaissement après la révolution. Les enjeux spatiaux en milieu urbain, pour l’État, sont de récupérer le plus possible des habitations abandonnées par leurs propriétaires ou d’en confisquer à ceux qui en possèdent trop. Les espaces vacants sont tels qu’ils économisent à l’État des moyens considérables, s’il avait eu à construire des logements pour les nouveaux habitants des villes. L’enjeu est également d’instaurer un sentiment d’appropriation et de maîtrise de ce territoire qui avait appartenu aux réactionnaires, d’y assurer une sécurité interne. La ville est considérée comme un lieu de diversité, de contradiction, de liberté et d’exploitation des prolétaires ; d’argent et aussi de pauvreté, d’orgueil et de vanité ; faits considérés comme appartenant aux « réactionnaires bourgeois ennemis du peuple ». L’anonymat, propre à la ville plus qu’à la campagne, contribue probablement à donner au nouveau pouvoir le sentiment de mal contrôler la population. L’instauration du couvre-feu se justifie en partie pour cela. Mais, de fait, les villes laotiennes avec leurs villages traditionnels – constitués par des familles – facilitent le contrôle. Le fait de refuser l’anonymat conféré par la vie citadine et le fait de créer des nouay au sein des villages, où le chef connaît aisément les habitants de son nouay et leur activité, marque la volonté de méconnaître le caractère citadin lui-même. Il n’y a aucun mouvement de production architecturale et urbaine avant le début des années 1980. C’est alors que des équipements sont construits, même si la ville n’a pas encore la priorité. La ville, les habitations et les espaces vacants sont à réoccuper ; on n’en tire aucune leçon spatiale particulière ; les espaces vacants deviennent une économie de moyen. La pagode, lieu communautaire de base, est la plus occupée et la plus utilisée dans sa fonction sociale et politique, les réunions politiques s’y déroulent. I. I. c. À la recherche de nouvelles expressions et de nouveaux langages culturels La reprise du pays par le PPRL étant basée sur la transformation de la société, elle passe par l’endoctrinement idéologique pour que la politique imposée soit comprise et acceptée par la population. La nouvelle culture est instaurée dès la première année du régime. Conscient de la difficulté éventuelle du fond culturel lao à l’assimiler, le nouveau pouvoir poursuit ses efforts pour que les idées soient reçues. Averti qu’il ne faut pas imposer, mais plutôt faire adhérer, le pouvoir cherche à instituer son propre langage, en rupture avec celui de l’Ancien Régime, tout en essayant de se lier à certains aspects de la culture laotienne. Les expressions esthétiques, le langage parlé et l’écriture, l’utilisation des signes, etc., toutes les formes d’expression font l’objet d’un travail de recherche considérable et servent à construire la nouvelle culture. Les principes culturels du nouveau régime La culture et l’information sont des domaines profondément liés à la révolution. Dès la création du PPRL, la culture est utilisée dans l’objectif de sensibiliser la population aux idéologies de la révolution “prolétarienne”. C’est la propagande et l’endoctrinement par excellence. Les archives photographiques et cinématographiques, ainsi que les traités doctrinaux du régime qui apparaissent dès la fin des années 1950, montrent que le travail de propagande a été rodé bien avant la prise du pouvoir en 1975, en particulier dans les zones libérées. Il est plus avancé et plus élaboré que celui du gouvernement de Vientiane.722 Les traités retrouvés dans les allocutions des dirigeants 722 Dans les territoires hors du contrôle du PPRL, les expressions artistiques et la culture sont plus exposées aux influences occidentales. Étant un régime plus libéral, il y avait plus de liberté d’expression, bien que le gouvernement royal ait tenté de formuler une culture officielle afin de donner une identité au jeune État indépendant. La culture et les Fig. 96. Le cinéma « fanthome » de Savannakhet.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 423 - du PPRL tout au long des trente dernières années montrent que la culture et sa manipulation ont été le fer de lance du régime. D’après Khamtaï Siphandon « […] notre parti considère de manière permanente que ce travail est un autre terrain de combat. Il constitue notre devoir. Et nous considérons que les acteurs de la culture, tels les artistes, sont les combattants du parti, que la culture est le moyen et la finalité du développement économique et social de notre pays (…) ». Soulignons, d’après le manifeste du PPRL, les trois caractéristiques essentielles de la culture du nouveau régime : 723 - La culture doit être de caractère nationaliste : elle devrait se développer tout en se basant sur l’héritage historique et culturel de la nation. C’est-à-dire « se développer de manière endogène en préservant l’héritage et le patrimoine culturel de la nation ». - La culture doit être une culture de masse : la masse populaire est actrice de l’histoire. La culture est la mission et le devoir de la masse populaire. Dans le sens où la culture ne peut exister et perdurer que par le peuple, pour le peuple et appartenant au peuple, servant le peuple, reflétant ses aspirations et sa volonté. - La culture doit être progressiste : la culture est corollaire au fondement progressiste du régime marxiste-léniniste. Elle constitue la force et la richesse du pays et contribue au bonheur du peuple pluriethnique de la société laotienne dans le progrès et dans la valeur civilisatrice. La vertu du travail dans la culture de la paysannerie À la valeur de la terre et aux vertus du travail dans la culture de la paysannerie locale, le pouvoir tente de relier la valeur prolétarienne et la pensée révolutionnaire. Le marteau et la faucille sont les symboles appropriés. Au travail communautaire par la pratique de la main-d’œuvre tournante et à la jouissance de la propriété privée traditionnelle des récoltes, le nouveau régime substitue les travaux collectifs et la propriété collective. Il fait leur apologie et leur attribue de nouvelles vertus. À la campagne, le régime instaure la production collective à travers la coopérative agricole. Les rizières irriguées sont cultivées deux fois par an. Pour celles qui n’ont pas de réseau d’irrigations, ou un réseau défectueux, la population est mobilisée pour tenter de les mettre en fonction. Le travail collectif de la terre est imposé non seulement de manière autoritaire mais instauré aussi comme un moyen d’intégration sociale dans le nouveau régime. De ce fait, il s’impose comme une nouvelle morale. L’autosuffisance est déclarée pour tous afin de prémunir contre la pénurie alimentaire, le travail de production collective devient vital. Les cultures ethniques liées à la politique du brassage culturel La vision d’un État unifié autour d’un peuple pluriethnique est un des leitmotifs des gouvernements laotiens depuis l’indépendance, en 1953. Pour l’Ancien Régime, l’État est unifié autour d’une société nationale composite, respectueuse des identités des différentes communautés ethniques dans leur forme sociale.724 Pour le nouveau régime, les minorités ethniques occupent quasiment la même place que la paysannerie dans la politique nationale, considérant que l’ancienne société sakdina exploitait depuis longtemps les minorités ethniques comme elle exploitait les paysans. Pour y remédier, le nouveau régime commence par intégrer la représentation des minorités dans la culture nationale. Mais la conception de cette intégration est réalisée à travers le nivellement de la société et donc le nivellement des expressions culturelles et artistiques, sans soucis identitaire. arts du régime de Vientiane connaissent une certaine continuité avec les fonds culturels anciens. Ses caractéristiques globales sont conservatrices et nationalistes, en accord avec le fond culturel des indépendantistes Lao Issara. 723 Résolution du CC du PPRL portant sur la pensée culturelle, édité par le Département de l’imprimerie, des bibliothèques et des devantures, Ministère de la Culture et de l’Information, Vientiane 1994. Op, cit 724 À quelques nuances près, cette idée peut remonter loin dans l’histoire du Laos. Comme nous l’avons déjà suggéré, les communautés ethniques ont joué un rôle important dans la prospérité de la société lao dominante, son unité et sa richesse. La politique du royaume du Laos, après l’indépendance, vise l’intégration des communautés ethniques tout en poursuivant la préservation de l’intégrité des communautés dans la tradition ancienne ; régulièrement les chefs des communautés sont anoblis et affectés à des postes de haute responsabilité, localement ou dans l’administration centrale. Fig. 97. Panneau de propagande et de sensibilisation Les années 1975-1980Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 424 - En cela, elle diffère sensiblement de la conception de l’Ancien Régime. Dans le Nouveau Régime, il n’y a pas eu de véritable intégration de la culture des ethnies dans la culture nationale. L’intelligentsia révolutionnaire n’a quasiment jamais eu de connaissance approfondie des cultures ethniques du fait qu’il n’y avait pas d’études très poussées pour effectuer une intégration respectueuse des identités et des cultures de ces ethnies. L’abstraction des identités ethniques fait partie du nivellement social : il s’agit d’effacer les cultures des minorités pour les assimiler dans la culture majoritaire lao et dans celle du nouveau régime. Le gouvernement cherche à faire des ethnies et de leur culture une des composantes progressistes du peuple révolutionnaire multiethnique. Il promeut des installations nouvelles où par exemple les Khmu seraient voisins des Hmong, les Tai noirs des Phounoy, et ainsi de suite, en leur donnant accès aux postes administratifs ou en facilitant l’accès à l’école pour tous. Cela peut être également considéré comme un processus de laoisation puisque, dans la morale révolutionnaire, l’essentiel de la culture lao n’a pas disparu mais se trouve seulement modifié. Le nouveau langage Que ce soit pour exprimer l’ensemble de la nouvelle culture, chanter la vertu du travail collectif et de la paysannerie ou promouvoir le brassage culturel et ethnique, le régime a besoin d’expressions et de langage nouveaux. Cela commence par la reformulation du langage parlé, de l’écriture et de la littérature. La transformation des différentes formes artistiques suit peu à peu. Du point de vue du langage oral, il y a un retour vers un certain purisme. La manipulation des mots et leur contorsion extrême pour exprimer les concepts idéologiques révolutionnaires passent par la simplification des mots, débarrassés des lourdeurs intellectuelles de leurs étymologies pali-sanskrit. Le lao étant une langue plus descriptive que conceptuelle, elle aide à simplifier les concepts les plus complexes du marxisme-léninisme. Leur capacité de simplification des idées et des choses est si forte qu’on retrouve avec le parler révolutionnaire la pureté originelle des mots. Ils dévoilent avec simplicité les idées qu’ils véhiculent. En exprimant les idées avec des images, cela simplifie beaucoup leur compréhension. Les plus belles expressions de cette littérature du parler, dont les sens sont réinventés, peuvent être lues sur les banderoles, dans les slogans ou dans les rapports et manifestes politiques. 725 Le langage révolutionnaire dévoile la beauté de la langue lao, sa simplicité et sa capacité à porter les discours et à traduire les idées complexes par des images simples. Du point de vue de la grammaire et de l’orthographe, il en est autrement. La langue lao révolutionnaire tend à abandonner les étymologies (g7Qkrklk) sanskrites et pali pour n’utiliser que le lao monosyllabique. Cet abandon ne peut être total puisque beaucoup d’idées conceptuelles et fondamentales sont corrollaires à ces deux langues anciennes. La suppression officielle des étymologies, et donc de la manière d’écrire qui préservait leur trace, était préconisée et utilisée depuis quelques années déjà dans les zones libérées par Phoumi Vongvichit. Elle est étendue à tout le pays à partir de 1975. L’objectif est de faire en sorte que les personnes qui savent à peine lire puissent lire et écrire plus facilement726. La purification de la langue lao révolutionnaire, débarrassée du sanskrit et du pali, ne pose pas de problème particulier à la communication et au développement de la langue et de la littérature véhiculaire et propagandiste. Cependant, du point de vue didactique, c’est une vraie catastrophe qui pose encore problème aujourd’hui. Les langages, scientifique, technique et conceptuel se sont considérablement appauvris. Les fonds pali et sanskrit dans la langue lao permettaient des néologismes conceptuels et scientifiques corollaires au développement des sciences, de leur enseignement et de leur diffusion. L’absence et la 725 Par exemple les expresssions « Dicter la voie à suivre » [-U oeF si nam] pour dire gouverner ou « peuple multiethnique » (xt-k-qo [aofkgzqJk. pasason-bandaphao) pour désigner simplement la population. 726 Par exemple, dès l’école primaire, ce qui était une faute d’orthographe lorsqu’on écrivait thamma (me,t) au lieu de dhamma (ma,,t) ne l’est plus en 1975. Écrire (ma,,t) signifie dès lors écrire à la manière des lettrés de l’Ancien Régime, conservateur et antirévolutionnaire.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 425 - méconnaissance de ces fonds linguistiques dans l’enseignement empêchent l’accès à la connaissance, le langage la véhiculant est aussi appauvri. Ce constat n’était apparemment pas méconnu de l’intelligentsia communiste. Cependant, le choix étant porté sur la démocratisation de la langue et son nivellement pour la masse – du haut vers le bas – comme pour la vulgarisation des discours politiques, la suppression des étymologies pali et sanskrites a été une priorité.727 Les expressions esthétiques et les arts plastiques Pour les expressions esthétiques et les arts plastiques, le régime communiste a également introduit un fond nouveau, sous l’influence chinoise et soviétique. L’École des Beaux-Arts de Viengxay existait depuis les années 1960 ; ses professeurs ainsi que certains élèves ont été formés en Union Soviétique, en Chine et au Viêtnam. Dans le domaine des arts corporels et de la musique, les professeurs de danse, de théâtre et de musique ont été formés en Chine et en Union Soviétique. Avant le conflit sino-vietnamien, les échanges avec la Chine étaient fructueux dans le domaine des arts de la scène : les luttes révolutionnaires sont théâtralisées et illustrées dans des pièces chorégraphiées. L’apologie des travaux collectifs des rizières et les chants vocaux paramilitaires à la manière chinoise sont introduits au Laos. Ces nouveautés apportent à la vie culturelle et artistique du pays une nouvelle expression bouleversante. La pédagogie de l’école des arts corporels et de musique est entièrement révisée. Le nouveau pouvoir trouve un nouveau langage pour exprimer sa sensibilité par l’expression picturale, musicale, corporelle et chorégraphique. L’école de musique s’enrichit des instruments de l’orchestre occidental et la danse classique lao de certaines compétences acrobatiques avec la création de l’école de cirque. La mise en scène et les thèmes changent de registre : versée complètement dans la propagande, l’influence chinoise est incontestable. Du point de vue morphologique, ce nouvel art révolutionnaire bouscule le conservatisme habituel du domaine des arts au Laos. Cependant, si l’on peut ressentir comme un nouveau souffle, les deux ou trois premières années, le contenu devient vite ennuyeux, voire absurde. L’emprise idéologique et le manque de liberté thématique emprisonnent très vite toutes les formes d’art. Pour les arts plastiques et l’architecture, touchant la question spatiale, l’influence est plutôt vietnamienne et soviétique. L’École des Beaux-Arts du nouveau régime est jumelée avec celle du Vietnam. Certains élèves, qui deviennent par la suite des enseignants, sont formés au Viêtnam où l’enseignement est beaucoup plus avancé, notamment en peinture, en sculpture et en art graphique. L’enseignement artistique lié à la pratique artisanale locale, qui a été conservé à travers l’association Chanthaboury jusqu’en 1975 et qui concernait les arts appliqués (orfèvrerie, vannerie, gravure et sculpture sur bois et l’enseignement du graphisme qui leur est lié) s’est retrouvé davantage chez les maîtres artisans, en-dehors de l’école, où le savoir-faire se transmet et se conserve mieux. L’École d’Architecture est créée vers 1982. Conjoint au fait qu’il n’y avait pas d’activité de construction dans les cinq premières années, l’enseignement après la création de l’école est marqué par les enseignants russes, qui participent au programme d’enseignement. Cette influence disciplinaire remarquable n’a pas été prolongée au-delà de la coopération des premières années, ni replacée dans le contexte du Laos. Comme nous l’avons évoqué dans le paragraphe traitant de « la production architecturale », l’architecture des équipements qui a été produite dans les “années russes” sont les plus intéressantes. Elles prolongent l’architecture moderne occidentale dans un contexte différent. Pour s’en rendre compte, il suffit de regarder les immeubles de logement des professeurs et le campus de Sok Paluang, l’hôpital de l’Amitié, le cirque, etc. 727 La langue lao est très idiomatique et codifiée selon la hiérarchisation sociale, parentale et l’aînesse (fonctions sociales, degré et lien de parenté, âge). Les vocubulaires peuvent indiquer la provenance sociale de celui qui les utilise. De même, la place sociale et le degré de parenté ou l’âge indiquent le vocabulaire à utiliser. Une utilisation inadaptée marque non seulement l’impolitesse, mais constitue de réelles fautes de langage. Aujourd’hui, la démarche en cours est de permettre à certains termes de recouvrir leur étymologie pour développer des termes scientifiques, mais la réforme grammaticale nécessaire pour cette fin n’est toujours pas à l’ordre du jour. Le débat était lancé depuis plus de dix ans déjà. Fig. 98. Souphanouvong, à la présentation de l’emblême nationale..Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 426 - I. II. Les enjeux et les défis humains et économiques Le défi humain est récurrent à tous les pouvoirs politiques, mais pour le nouveau régime il semble qu’il est particulièrement lourd : le nouveau pouvoir, avec ses idéologies révolutionnaires, est confronté pour la première fois aux problèmes de tradition et de conservatisme qui qualifie la société laotienne. « Les Lao ne seront jamais communistes ». Cette phrase a été à mainte reprise prononcée par les hommes politiques de droite, mais c’est aussi ce que se dit et croit la majorité des Laotiens. 728 Dans quelle mesure, cette opinion peut-elle avoir un sens alors que tout le Laos est devenu une République Démocratique Populaire depuis plus de trente ans ? Ce paradoxe serait à approfondir, mais il serait laborieux et situé en dehors de notre compétence. Néanmoins tentons de trouver un sens à ce propos et limitons-nous au fait que “ l’homme nouveau ” tel que le nouveau régime voulait semble incompatible à “la nature du Lao” dans sa dimension culturelle et anthropologique. Nous exprimons ci-contre les traits de caractère qui ne sont pas des exceptions lao, mais qui semblent constituer des éléments réfractaires à la réalisation du marxisme-léninisme : - Un Lao de souche (un Lao Tai de religion bouddhiste et animiste) ne croit pas au salut collectif, mais aux efforts individuels et au karma que chacun doit assumer, et ce, de manière inégale selon le karma de chacun. Ceci aboutit dans la vie courante à une acceptation plus facile des inégalités et des différences sociales : il conçoit une société sans la “ lutte des classes ”. - Pour évoluer socialement un Lao fait plus confiance à l’esprit du clan et au lignage qu’à la logique des droits et des devoirs. - Un Lao a une notion forte de la jouissance privée des terres, défrichées par ses soins ou par ses ancêtres. La jouissance de son terroir est son identité, ses racines et sa liberté. - Un Lao aime son image du paisible, de l’heureux ou du malheureux tranquille (probablement vision pittoresque et caricaturale). Un député de Vientiane ne dit-il pas récemment devant l’assemblée : « lorsqu’on représente les Vietnamiens on les voir en chapeau conique portant les paniers à l’œuvre au travail, les chinois en laboureurs infatigables. Les Lao, on les représente en train de danser le lamvong. Pourquoi alors dans notre éducation et dans nos discours révolutionnaires, nous apprenons aux enfants que nous avons des ennemis partout, et surtout au sein de notre propre communauté, alors que cela n’est pas de notre nature ». 729 En 2008 lorsque nous posons des questions individuelles et orientées à la jeune génération730 pour avoir une perception sur ce que les Laotiens pouvaient avoir du régime politique de leur pays. Sur le terme « communiste » il y a une mauvaise réception par le commun des Laotiens. Apparemment, le terme est péjoratif, souvenirs probables des luttes anti-communistes de l’Ancien Régime. Aux yeux de la population, le nouveau pouvoir ne peut donc pas être désigné par le même terme tant galvaudé et rendu péjoratif par l’Ancien Régime. Les Laotiens disent quasiment tous qu’ils ne sont pas communistes et préfèrent le terme « révolutionnaire » pour se désigner lorsqu’ils ont participé à l’édification du régime. C’est probablement la raison qui explique 728 On entend par les « Laotiens », plutôt la « nature du Laotien du base ». 729 Propos de Khampheuy Panemalaythong. Vus sur Youtube. 2011. 730 Sachant que le régime politique d’un pays ne définit pas l‘orientation politique personnelle des individus, nos questions ont été les suivantes : « Est-ce que votre pays est sous régime communiste ? ». Nous avons la réponse positive. Les plus jeunes disent que « non, nous ne sommes pas sous un régime communiste, nous sommes sous un régime démocratique populaire avec un parti unique ». « Est-ce que vous êtes vous-même communiste ? », la réponse est catégoriquement « non, je ne le suis pas ! ». « Pourquoi vous ne l’êtes pas, si vous êtes dans un pays dont l’État est luimême communiste, et il n’y a pas un autre parti, ni au pouvoir, ni en dehors du pouvoir ? ». Les questions ont été posées à une dizaine de personne entre 30 et 40 ans, de professions différentes, la moitié ayant fait des études supérieures. Nos questions sous-entendent que le peuple avait peut-être choisi le parti unique communiste, puisque le régime s’installe de manière durable. Le peuple serait donc aussi communiste, car ceux qui ne l’étaient pas s’étaient enfuits pour manifester leur refus. En guise de réponse à ces sous-entendus, nous avons droit aux sourires un peu ironiques.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 427 - pourquoi la section lao du Parti Communiste Indochinois devenait complètement abstraite pour la population, désignée par l’expression « Parti Populaire Révolutionnaire Lao. » D’après nos interviews, il s’agit en rien d’idéologie. Toute proportion gardée, les gens qui restent au pays ne sont pas partisans du régime et ceux qui le quittent ne le font pas pour déclarer leur non-adhésion, mais tout simplement parce qu’il était difficile d’y vivre dans les premières années du régime : « Nous avons eu peur de tout le monde : les voisins, les amis, et même les enfants. Nous étions choqués par ce qu’ils apprenaient à l’école, par les questions qu’ils nous posaient. Si cela continuait ainsi, ils auraient pu nous dénoncer. Nous avons peur d’être arrêtés en pleine nuit comme les voisins. Nous avons peur de n’avoir rien à manger, de ne pas avoir des médicaments pour soigner les enfants. » 731 Ces raisons étaient le leit motiv de tous ceux que nous avons interviewés de la diaspora. Quasiment aucun ne tient un discours idéologique. Pour les Laotiens de l’intérieur, ils nous disent : « Ceux qui nous gouvernent sont marxistes-léninistes, et alors ! Nous ne le sommes pas, il n’y a pas de problème ». 732 Pour eux, seul le danger peut faire fuir, pas une idéologie. Et seule une adhésion confessionnelle peut être concevable, mais une adhésion politique semble dénudée de sens. Un Lao de base ne serait donc pas sensible aux idéologies. Il serait un être fortement social, possédant un sens très affirmé du communautaire et du solidaire, inscrit dans la base de sa culture. Il ne peut exister en outre que dans une échelle interpersonnelle hiérarchisée et structurée, dans une société où il est important de reconnaitre la place des plus grands des plus petits, des plus vieux des plus jeunes, des particuliers des communautés, des différences et des semblables, etc. Autrement dit, savoir ménager le rapport entre les personnes, connaître les choses à leur place et les gens à leur statut auraient fait partie de l’éducation d’un Lao de base. La non-adhésion idéologique au système communiste des Laotiens en général ne signifie pas pour autant leur refus ou leur révolte, comme cela aurait pu l’être ailleurs. Ils laissent faire les choses dans la force du courant : « Quand le vent souffle fort, il ne faut pas aller contre » [g,njv]q,,kcI’ 1jkwx8hko]q,], un vieux proverbe que les Lao utilisent pour “ se préserver ” de tout acte de violence (commettre ou subir). C’est ainsi que les Lao vivaient la révolution qui leur a été imposée : « Ce qui a commencé en 1975, est ce vent fort qui souffle et ravage le pays, résister serait la mort, alors allons dans le sens du courant, un jour il se calmera ». Autrement dit, si le régime a pu durer plus de trente ans, c’est que la population une fois surmontée la période la plus dure aurait su “ gérer ”, voire “ digérer ” le système ? Le Laos illustre la cohabitation entre une population et un système auquel elle n’adhère pas mais qu’elle tolère et accepte par instinct de survie (comme probablement au Moyen-Orient et en Birmanie). Dans ce raisonnement et de fait, ce peuple se soumet indéniablement à tous les systèmes qui s’installent dans le pays, dans une contradiction durable. C’est le paradoxe de ce pays : il y a une sorte de consensus qui a fait durer le régime dans une société peu enclin au sens collectif, mais plus communautaire, imprégnée par le bouddhisme et croit plus au salut individuel (de son propre karma) qu’à la providence du salut collectif que propose le communisme. Nous évoquons dans ce long préliminaire les fonds culturels du Laotien que le nouveau pouvoir tentait de remouler. Nous essayons de comprendre comment les fonds culturels pouvaientils accompagner ou résister à cette transformation. Nous nous plaçons de ce fait dans un contexte particulier de la transformation de la société qui passait par la volonté du remoulage de l’homme nouveau, plus connu sous l’expression « lavage de cerveau » pour désigner la rééducation politique. Nous essayons de comprendre les différents dispositifs et processus que le nouveau pouvoir mettait en œuvre. 731 Propos de Khamtanh Souidaray, mère de neuf enfants. Ce même propos peut être recueilli chez la majorité des anciens réfugiés politiques qui ont vécu quelques mois ou quelques années dans le nouveau régime avant de quitter le pays. Paris 1990. 732 Vientiane, 2005. Propos d’une personne qui a connu, jeune, l’ancien régime.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 428 - I. II. a. Imposer l’homme nouveau Le régime mettait en perspective la nouvelle société en imposant le modèle de l’homme nouveau. Contrairement à l’homme de l’Ancien Régime, 733 il devait être surtout l’homme éclairé pour mener les autres vers la lumière, le monde nouveau où le socialisme proposait de construire. A travers les discours des dirigeants du Parti et à travers les manifestes politiques, le régime expliquait également comment l’homme nouveau devrait-il être formé et comment son cadre de vie devrait-il être construit. Et surtout, il montrait comment se débarrasser de ce qui était à bannir de ce nouveau monde : les idées subversives et les ennemis du régime. I. II. a. 1. Le modèle de l’homme nouveau Qui était cet homme nouveau ? Il y avait deux types d’hommes dans le régime communiste laotien : le dirigeant –Pounam [z6ho=k] et le dirigé –l’homme nouveau [xt-k-qoz6jobJ’F xt-k-qo z6jvvdcI’’ko]. Ce dernier avait besoin de dirigeant, son guide –quasiment spirituel– pour accéder au nouveau monde égalitaire [z6ho=kgxaoz6j-vj’cl’co;mk’ g1Nv’mJk’cdj[5d7qo]. Du point de vue de la structure politique nous retrouvons le même schéma, mais à la place du dirigeant nous avions le parti [rad], à la place de l’homme nouveau nous avions le « peuple éveillé et combattant » [xt-k-qoz6j8nJo8q;,u,6og-Bv 8+l6h] : « le parti dirige, le peuple est maître de lui-même » [radoerk xt-k-qo gxaog9Qk].734 Dans ces définitions, le « peuple prolétarien » était rarement évoqué, c’est plus souvent le « peuple éveillé et combattant ». Le modèle de dirigeant qui inspirait l’homme nouveau était incarné en premier plan par la personnalité de Kayson Phomvihan et en second plan par le Prince Souphanouvong.735 Leur biographie respective était différente, mais elle se racontait sur le même ton : une jeunesse instruite, sensibilisée au sens de l’injustice commise par les « réactionnaires bourgeois locaux » (« Patikan, sakdina thong-thin » xt8ydko ladfyokmvh’4yJo), les « colonialistes et impérialistes occidentaux » (r;d]hksq;g,bv’0NoF r;d9addtraf) ; consciente de la nécessité de libérer la patrie de la « domination étrangère, où règnent la stupidité et l’ignorance ». Kaysone Phomvihan était pourtant issu d’une famille aisée lao-vietnamienne et Souphanouvong, d’une illustre famille de Vice-roi de Luang Prabang, Tchao Vang Na [g9Qk;a’sohk], « les princes du palais de devant », en charge historiquement des affaires politiques du royaume de Luang Prabang.736 Quant au modèle de peuple éveillé et combattant [xt-k-qoz6j8nJo8q; ,u,6og-Bv8+l6h], le régime tentait de le placer dans la continuité du tempérament Lao. Mais comme nous l’avons fait remarquer, l’homme nouveau semble culturellement éloigné de ce que l’on peut concevoir comme le « Lao de base ». Mise à part les facteurs historiques et politiques, c’est la raison qui explique l’image figée de l’homme nouveau que nous pouvons constater à travers le culte de la personnalité de Kaysone Phomvihan. Ici le culte de la personnalité est bien différent du phénomène de l’édification du héro, qui ne cesse de passionner, même ceux qui ne sont pas nationaliste : la personnalité du roi Anouvong de Vientiane notamment. Dans l’idée de l’homme nouveau autoproclamé, les deux personnalités politiques semblaient aussi surréalistes l’une que l’autre, par contre leur existence respective peut être reliée à une dimension historique plus large. Kaysone Phomvihan était un 733 L’ancien régime n’avait pas établi de modèle de l’homme qui lui serait propre. Mais le nouveau régime établit un portrait de l’homme de l’ancien régime qu’il combat et dont le moral serait antinomique de l’homme nouveau. 734 Cf. Les cinq leçons. 735 La place de ces deux personnages dans le nouveau régime fait objet de controverse : il y a une sorte de mise en concurrence entre les deux. On dit que le véritable pouvoir du régime était incontestablement entre les mains de Kayson Phomvihan, et que Souphanouvong était un paravent qui cachait le vrai visage du régime qui ne sera dévoilé qu’en 1975. 736 Dans ces deux portraits, nous savons qu’il y avait pourtant un tabou respectif. Effectivement, l’origine vietnamienne de Kaysone Phomvihan était un défaut pour la fraction des révolutionnaires nationalistes, et les origines princières de Souphanouvong en étaient un autre pour les révolutionnaires antimonarchistes. Mais c’était sous le visage de ce Prince que le communisme se cachait entre la fin des années 1940 et 1975, pour être dévoilé à partir de cette date sous le visage et la personnalité de Kaysone Phomvihan. Fig. 99. Le buste de Kaysone Phomvihane.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 429 - personnage issu du contexte politique et social de l’Indochine française, puisque c’était avec les installations coloniales que les centres urbains (dont celui de Savannakhet d’où était originaire la famille Phomvihan) ont été peuplés de familles vietnamiennes (fonctionnaires, commerçantes ou ouvrières) venues pour les besoins de l’administration coloniale. D’un contexte social indochinois Kayson Phomvihan émergeait dans un contexte d’édification politique nationale du Laos. Ce personnage ne serait sans doute pas intégré dans la longue continuité de l’histoire nationale, mais en constituerait une rupture, du moins une parenthèse. Tout en étant aussi le produit de la colonisation de par son éducation et la place qu’il tenait dans l’administration coloniale, le personnage du Prince Souphanouvong serait plus en phase avec l’histoire nationale. Comme ses deux frères, Phetsarath et Souvanna Phouma, et comme son éloigné cousin Boun Oum de Champassak, il se situerait dans le contexte politique où le rôle des familles et des chefs traditionnels aurait été clairement remis en question ainsi que tout le système qui l’aurait accompagné à l’approche de la décolonisation. En effet, quel rôle, quelle place, ces princes devraient-ils occupés dans une société et dans un cadre politique où ils n’étaient plus des êtres sacralisés, des chefs de guerre qui ne dirigeaient plus la politique du pays, mais devenaient les gardiens des traditions sous la Constitution. L’instinct de survie et d’existence de ces chefs traditionnels se serait manifesté par leur désir d’avoir toujours un rôle à jouer dans la vie politique, quelle que soit sa nature : circonstancielle ou réelle conviction. Dans cette vision, le personnage de Souphannouvong serait au cœur de la question. Il incarnait le parfait cas d’une vieille tradition où les chefs voulaient exister autrement que dans un cadre défini. C’est une histoire classique d’une sécession dynastique ou clanique qui coïncide avec un contexte politique et social en pleine mutation.737 Ce ne serait pas le révolutionnaire que la postérité retiendrait, mais un prince entré en sécession qui avait précipité l’extinction de son clan et du système dans lequel il appartenait, comme les autres l’ont fait avant lui dans l’histoire de ces grandes familles tai. L’histoire de ces quatre princes qui incarnaient les quatre fractions politiques après la décolonisation ne serait finalement qu’un dernier sursaut d’un vieux monde qui disparaît.738 I. II. a. 2. La formation de l’homme nouveau D’après le nouveau régime, après la période de domination des impérialistes, la société laotienne toute entière avait besoin d’être reconstruite. A l’arrivée au pouvoir le régime dressait alors trois types d’hommes : ceux qui ne pouvaient être reconstruits, ceux qui pouvaient être reformés, et enfin, ceux qui étaient à “ mouler ”. L’homme irrécupérable, ennemi du peuple L’homme réactionnaire, Patikane [xt8ydko], était l’ennemi du peuple. Figurant sur la liste rouge des persona non grata, ils ont été bannis du pays. Pour Souvanna Phoumma, ce sont « ceux qui n’aiment pas la paix ». Par la suite, le régime a constaté que l’ennemie n’était pas seulement à l’extérieur du pays, mais pouvait être aussi à l’intérieur. Cependant, il était politiquement incorrect d’annoncer cette idée : cela aurait sous-entendu que le parti n’était pas souverain, que le pouvoir mis en place n’était pas légitime. Plus tard, à partir des années 1990, le régime a désigné ces ennemis intérieurs, non plus de réactionnaires, mais de « mauvaises personnes », Khon Bo Di [7qo[+fu], termes qui se rapportent à des jugements de valeurs moraux et qui n’avaient aucun lien et 737 Souphanouvong a été très critiqué par le reste de sa famille et par la diaspora. Il est considéré comme un pathétique personnage qui épouse la révolution pour se construire autrement par opposition à sa famille, dans laquelle il occupait une place peu importante, étant fils de la onzième femme du Vice-roi. Cf. propos du Prince Mangkra Souvannaphouma. 738 De source informelle émanant des proches du Prince Souphanouvong, ce dernier se serait senti coupable pour la postérité concernant la question de la famille royale dont une partie des membres était morte en captivité. La nomination du roi Sri Savang Vathana, Conseiller du Président de la République et du Prince Héritier Vong Savang, Conseiller du gouvernement, aurait été issue d’une négociation par le Prince auprès du Parti. Mais leur emprisonnement une année après puis leur mort en captivité aurait été une amertume sincère que Souphanouvong aurait beaucoup de mal à vivre avec. Peu à peu mis à l’écart du pouvoir son « rôle de paravent » n’aurait plus été nécessaire.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 430 - aucun sens du point de vue politique. Cependant, c’est uniquement à travers ce concept que les ennemis de la Nation existent et sont désignés. La commodité dans laquelle les opposants politiques du régime ont été identifiés est déconcertante. Le régime a bien compris que dans la vision laotienne, profondément bouddhiste, il ne peut y avoir d’ennemis idéologiques et politiques ; les ennemis du régime ne peuvent être que des personnes qui ont commis des mauvaises actions. L’introduction des concepts moraux dans les actions politiques est ainsi un des traits de l’acculturation du régime communiste au Laos. L’homme à reformer Au début du régime l’homme à reformer aurait été celui envoyé au séminaire qui aurait un jour la chance de s’intégrer dans la nouvelle société s’il a bien appris, s’il a accepté l’autocritique. Du moins, c’était ce que semblaient comprendre les personnes concernées. Mais la durée et la méthode avec laquelle ils ont été formés montrent que les séminaristes n’étaient pas en fait des hommes à reformer. Ces derniers étaient des irrécupérables qui n’avaient pas su quitter le pays à temps. Qui aurait été alors l’homme à reformer ? Nous pensons que c’était le peuple lui-même. Sous la lumière des dirigeants, ce peuple docile aurait été peu à peu remodelé. Il aurait appris à connaître le nouveau monde et la vertu révolutionnaire, il aurait à défendre et à mettre en marche la nouvelle société. Le moulage d’une nouvelle jeunesse La jeunesse, c’est l’avenir de la nouvelle société, la future élite dirigeante du pays. Idéalement, elle n’a pas de clan, pas de famille, c’est l’enfant du parti, éduqué dans le moule. Cette jeunesse a été envoyée, en deuxième et troisième vague,739 faire des études dans les pays socialistes qui ont déjà atteint certain niveau de « civilisation » propre au monde socialiste. Dans la réalité, notre entretien avec les anciens étudiants des pays de l’Est740 a montré que la sélection pour les bourses était rude pour ceux qui n’avaient pas de parents qui ont participé à la révolution. Les places étaient donc d’abord réservées aux enfants des membres du parti et de ceux qui avaient participé activement à la mise en place du régime, et qui occupaient en conséquent une position importante au sein de l’État. Ensuite, c’étaient les jeunes qui avaient des mérites personnels : ils étaient bien absorbés par les idéologies du parti-État, ils ne manquaient jamais les séances d’autocritique et les travaux collectifs. Enfin, en troisième position, ceux qui travaillaient exceptionnellement bien à l’école. Autrement dit, les bonnes notes pouvaient tout de même être reconnues. Cependant, si la qualité politique n’était pas acquise [0kf75olq,[af xt8y;af] le simple bon élève ne pouvait espérer une bourse à l’étranger que rarement. « D’une manière ou d’une autre, nous avons dû nous battre comme des acharnés pour parvenir jusqu’ici. », nous dit un grand nombre d’anciens étudiants. I. II. a. 3. Le Sangha, un cas particulier 739 La première étant ceux qui étudiaient déjà dans les pays de l’Est avant 1975 ; la deuxième étant ceux qui étaient envoyés juste après 1975. Ceux-ci avaient connu le lycée de l’ancien régime et étaient soit un peu francophone ou un peu anglophone comme ceux d’avant 1975, et certains d’entre eux étaient déjà fonctionnaires. Ils avaient en général un bon niveau de compétence ; la troisième génération étant ceux qui arrivaient dans les pays de l’Est dans la première moitié des années 1980, à l’approche de la réforme ou après la réforme. Ils finissaient leurs études secondaires au début et au milieu des années 1980, connaissant donc les années de lycée difficiles, ne parlant que rarement une langue étrangère et possédant un niveau d’étude bien inférieur aux générations d’avant. Ces derniers ont du passer un an ou deux à apprendre la langue du pays duquel ils ont obtenu une bourse. Apprendre deux ans de russe par exemple avant de débarquer dans une université russe, cela paraît aujourd’hui invraisemblable. D’après les étudiants de l’Europe de l’Est rencontrés entre 1991 et 1995. 740 Les groupes que nous avons rencontrés entre 1991 et 1995 en différents pays sont près de 100 personnes. Ils ont étudié en Allemagne de l’Est, en Tchécoslovaquie, en Pologne, en Hongrie. Au moment de la Perestroïka, depuis l’Europe de l’Est certains d’entre eux ont dénoncé le régime en place au Laos pensant que celui-ci allait aussi faire son « perestroïka ». L’inertie du régime politique du Laos, de ce point de vu, empêchait ces anciens étudiants, maintenant devenus « dissidents », de revenir au pays. Ces derniers ont demandé l’asile politique, rejoignant les anciens réfugiés politiques lao de l’Europe et ne sont plus revenus au pays.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 431 - Dans un premier temps, le régime estimait que les hommes du Sangha n’étaient pas directement des ennemis du peuple, mais ils « le droguaient » et l’empêchaient de s’élever. C’étaient des individus qui ne devaient tout simplement pas exister en tant que tel. C’étaient « des parias de la société, qui ne travaillent pas, qui vit sur le dos des gens, qui exploitent la crédulité du peuple et qui le soumettent dans une stupide superstition, mais qui ont le peuple avec eux ». 741 Il semblait évident pour le régime dès le début, que l’abolition de l’ordre monastique et l’interdiction confessionnelle du bouddhisme étaient difficilement réalisables, mais le désir de le faire n’y manquait pas. Il fallait plutôt procéder à une réforme radicale. D’abord du point de vue intellectuel, les moines devaient avoir un discours progressiste et rigoureux. L’étude du Dhamma et des textes sacrés, les paraboles et les symboles que le bouddhique utilise, à titre méthodologique pour l’enseignement ont été durement critiqués. Ils ont été revus et corrigés à travers une vision matérialiste, provoquant une souffrance intellectuelle dans le milieu ecclésiastique conservateur. Certains rituels, qui n’étaient pas forcément bouddhiste mais qui avaient été intégrés dans les pratiques religieuses générales, tels la fête des morts742 ou la fête consacrée aux Lak muang,743 ont été interdits dans les premières années qui ont suivi l’année 1975. Durant cette période autoritaire beaucoup de moines ont quitté le monastère, bien que certains aient défroqué pour des raisons purement pécuniaires lorsque les privilèges de la vie monastique ont été bousculés. Les moines devaient entre autres participer aux efforts collectifs en effectuant des travaux, en participant aux formations politiques, inscrites de manière de plus en plus vive dans l’enseignement bouddhique. Certains religieux quittaient les habilles ou alors le pays, comme des dizaines de milliers de laïcs, pour rejoindre les temples de Thaïlande ou les camps de réfugiés. D’autres pensaient que « si l’enseignement du dhamma est perverti, si la communauté du Sangha perd sa pureté, il n’y a pas de raison de vivre cette perversion, cette instrumentalisation. C’est intellectuellement et religieusement insupportable ». Une infime résistance s’était formée parmi les jeunes moines radicaux qui ne quittaient pas les ordres et qui ne quittaient pas non plus le pays. A l’époque cette résistance coïncidait avec quelques cas de suicide (dans l’habille monastique) de jeunes moines. Cela avait beaucoup choqué la population.744 Si on ne pouvait pas prouver qu’il y avait un lien entre l’endoctrinement politique de la communauté religieuse à la fin des années 1970 et au début des années 1980 et le suicide des moines –cas très rare dans l’histoire du bouddhisme au Laos, il est important de noter cette coïncidence. Le suicide étant interdit dans le bouddhisme et l’acte étant si contraire à ses principes qu’il demeurait exceptionnel, démonstratif ou pas d’une forme de résistance. En peu de temps, le régime devait constater que le bouddhisme était trop ancré dans les mentalités et dans le rythme quotidien de la vie. Les personnes âgées qui passaient la plus claire de leur temps dans les pagodes ne reculaient devant aucun obstacle pour entretenir les cultes. Ils n’avaient que faire des interdits et de la nouvelle autorité politique. Si réprimander les personnes âgées était devenu usant pour les comités populaires, car les vieux continuaient de plus belle à entretenir les cultes bravant les interdits, réprimander les jeunes était plus efficace : ces derniers étaient alors devenus très peu pratiquants durant cette période. Quoi qu’il en soit, pour le régime, au lieu de transformer cette religion en martyr, il valait mieux en faire un complice. Pour ce faire il 741 Discours de base des animateurs des réunions politiques dans les premiers mois du régime. Sources ? 742 A Luang Prabang, lors des premières heures du jour de « Boun Khao padam dinh » [[6og0Qkxtfa[fuo], « fête des morts », les Luang Prabanais allaient d’habitude coller des boulettes de riz sur les rampes de l’escalier qui mènaient vers le sommet du Mont Phù Si. Dans les premières années du régime les soldats se postaient sur les marches de cet escalier et chassaient les fidèles (souvent les vieilles personnes). 743 A Muang Sing, nous apprenons par les personnes âgées que cette interdiction avait déjà été faite en 1962 après la libération de la ville par l’armée du Pathet Lao. 744 Propos recueillis auprès des jeunes religieux arrivés du camp de réfigiés d’Oubon Rajthani à la pagode Saint-Leu-LaForêt au moment de sa fondation par la communauté lao de la région parisienne, vers 1987. L’un d’entre eux avait côtoyé des condisciples qui s’étaient suicidés.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 432 - fallait contrôler et diriger au mieux les actes cultuels. Petit à petit des compromis avaient été trouvés. Ceci au gré des différents lieux et provinces et selon les opportunités et la situation, sans que cela soit bien institué. Les fêtes religieuses et païennes liées au bouddhisme et la majorité des pratiques cultuelles avaient été maintenues et tolérées à différents degrés par le régime dès le début, par exemple, les fêtes des fusées, du nouvel an, des pirogues. Les fêtes consacrées aux phi ban (esprit du village) continuaient à être interdites à Vientiane, mais pas à Muang Sing, où par contre la fête du lak muang était interdite. La quête de nourritures du matin des bonzes a disparu un moment de la capitale, alors qu’à Luang Prabang elle était revenue très vite. Ce n’était seulement qu’avec la première constitution de la RDP Lao en 1991, que la place du Sangha et le culte bouddhiste ont pu être véritablement définis. Comme nous avons vu dans la deuxième partie de notre réflexion, les compromis ont solidement modifié le bouddhisme lao de l’intérieur et son rôle dans la société ; la religion bouddhique ainsi que son espace cultuel et culturel étaient devenus un terrain d’observation sociale et politique de premier ordre. C’était un observatoire capable d’exprimer les formes de continuité et de rupture que la société lao avait traversées ces quarante dernières années. I. II. b. La fuite de la population, mobilité interne et séminaires politiques, 1975-1985 Le changement de régime officialisé le 2 décembre 1975 est une suite logique de plusieurs événements qui se sont déroulés dans un laps de temps court. Il ne résulte pas d’un seul coup de force, sans même évoquer la guerre du Viêtnam qui y a contribué depuis plusieurs années. Rappelons quelques faits : d’abord, il y a le désengagement des Américains dans la guerre du Viêtnam suivi par le retrait de leurs troupes et de leurs conseillers du Laos. Ensuite, il y a la dissolution du dernier gouvernement de coalition, formé en 1973.745 Aux yeux de la population, cette coalition est le symbole de la neutralité et de la réconciliation nationale, une tentative pour le Laos de sortir de la guerre. Enfin, il y a la prise du pouvoir par le PPRL. L’abdication du roi le 29 novembre 1975 marque la fin de la monarchie constitutionnelle instaurée en 1946746 et le début de la République démocratique populaire lao.747 Nous assistons durant cette période à un bouleversement des données sur la population. Ce fait est lié à plusieurs événements clés. La peur du nouveau régime provoque la fuite d’une partie de la population, au cours de l’année 1975, avant même que le nouveau régime ne soit proclamé. La première vague, individuelle, n’atteignant pas encore un nombre élevé, concerne une population liée à l’Ancien Régime – hauts membres du gouvernement de Vientiane, grands commerçants chinois.748 Après sa proclamation, le nouveau régime organise aussitôt des séminaires de formation politique749 ; il procède à l’arrestation des personnes jugées dangereuses pour le régime ; il instaure 745 L’accord de Vientiane, signé en février 1973, met en place le troisième gouvernement de coalition. Le premier est constitué en 1957 par deux factions, le deuxième en 1962 par trois factions. 746 11 mai 1946, adoption de la 1e Constitution. Le pays devient une monarchie constitutionnelle au sein de l’Union Française 747 Le Congrès des représentants du peuple a lieu le 2 décembre 1975, présidé par Souphannouvong, chef de l’Union des forces patriotiques lao (Pathan Sounkang Néo Lao Hak Sat) [xtmkol6odk’co;]k;Iad -kf]. Kaison Phomvihan, en tant que secrétaire générale du PPRL [g]0kmydko.sjp 7tot[=]yskol6odk’radxt-k-qoxt8y;af]k;] lit le rapport dressant le bilan de la lutte du parti et proposant les cadres et dispositifs qu’nevisage d’instaurer le nouveau régime. Le Congrès adopte les résolutions qui marquent la fondation de la RDPL, dont : l’approbation du rapport-bilan politique de Kaison Phomvihan ; l’institution de l’Assemblée suprême du peuple de la RDPL [ltrkxt-k-qol6’l5f] composée de 45 membres et présidée par Souphannouvong ; la nomination des 39 membres du premier gouvernement de la RDPL ; l’adoption du drapeau et de l’hymne national, du langage et de l’écriture officielle ; la définition du plan d’action du gouvernement de la RDPL en politique intérieure et en politique étrangère, du plan de développement et de défense, du plan économique et social. 748 Les premiers réfugiés n’ont pas connu les camps de réfugiés installés en Thaïlande par le HCR entre 1976 et 1985. 749 Officiellement, les séminaires ont pour objectif la formation des cadres de l’ancien régime pour qu’ils puissent s’intégrer dans le nouveau régime. Ces séminaires doivent durer de deux à six mois, selon les explications données par les autorités aux séminaristes. Ce qui est appliqué montre que les objectifs réels sont différents : les séminaires sont de fait des camps de rétention où tenir à l’écart les cadres de l’ancien régime susceptibles de s’opposer au nouveau régime. Plusieurs points prouvent que ces camps n’étaient pas formateurs mais carcéraux, des camps de travaux forcés. Premièrement, aucune liste de réaffectation de ces fonctionnaires n’a été réalisée dans les unités administratives de l’État. Même après 6 à 14 ans de rééducation, d’anciens séminaristes frappent en vain aux portes des ministères « pour être Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 433 - des restrictions concernant les activités et les déplacements des individus, les expressions festives communautaires, la communication et la pratique des cultes ; il décrète le contrôle et l’étatisation des activités commerciales, des biens financiers et fonciers, puis proclame l’autosuffisance. Ces événements provoquent une autre vague de fuite, plus massive. Toutes les strates de la société et tous les âges, en particulier la jeunesse et une population instruite et citadine, sont concernées. Cette fuite marque sans doute la réaction la plus violente et la plus durable contre le régime. Par la suite, en réaction à la réforme agraire, à la planification et à la collectivisation de la production agricole,750 des populations de la campagne – simples paysans ou grands propriétaires – quittent à leur tour le pays. Durant cette période, il y a de nombreuses arrestations civiles pour cause « antirévolutionnaire » (8+8hkoxt8y;af) ou « mauvaises mœurs » (rapla’7q,). 751 Cette fuite de la population, majoritairement urbaine – on évoque le départ de 50 % des urbains pour Vientiane –, constitue la plus grande catastrophe démographique, depuis l’intégration définitive du territoire occidental du Laos au Siam au XIXe siècle. Elle est par l’envoi d’une grande partie de la population active dans les séminaires politiques,752 privant les villes de cadres supérieurs compétents, déjà en nombre insuffisant pour l’Ancien Régime. On note par ailleurs une grande mobilité de la population à l’intérieur du pays durant les premiers mois de la RDPL. Mise à part la mobilité des populations venant des anciennes zones libérées encouragée par le nouveau pouvoir, une partie significative de population profite de ce mouvement de migration interne pour aller vivre ailleurs. La motivation la plus commune est la recherche de l’anonymat. En arrivant dans une ville où ils sont inconnus, les gens peuvent commencer une nouvelle vie et se fondre dans la masse. Cette mobilité ne peut être quantifiée du fait de la discrétion avec laquelle les gens “changent de vie”.753 Même s’il semble moins important que la fuite vers l’étranger, ce mouvement constitue un fait significatif dans le nouveau du paysage social. Il a cessé lorsque le nouveau régime a imposé le port d’un laissez-passer pour circuler d’un district à l’autre. Le nouveau gouvernement doit faire face au manque de population et de ressources humaines qualifiées, ce qui entrave considérablement le pays dans son développement754 même si de grands efforts sont faits pour former de la matière grise dans les pays du bloc socialiste. Avant que la première génération formée ne soit opérationnelle, le régime ne peut compter que sur un groupe d’élites formées en Union Soviétique et dans les pays d’Europe centrale et orientale, et aussi réaffectés de nouveau au travail pour aider le pays, mais nous n’existons nulle part. Les gens nous ont déjà oubliés. Nous n’avons de place ni dans les ministères, ni dans la société. Nous n’existons plus. Le séminaire c’était pour nous enfermer à vie, surtout pas pour nous former afin que nous puissions revenir servir notre pays », commentent les plus lucides des séminaristes que nous avons interviewés, comme Chansamone Voravong, géographe, ancien directeur de l’IGN lao (entretiens à Paris, 2004). Deuxièmement, les conditions de vie dans les camps « sont dignes du bagne du XIXe siècle ou du Goulag » (propos de Ngneusamlith Don Sassorith, colonel de l’armée royale). Troisièmement, le taux de survie dans les camps est faible : nous estimons qu’il y a 40 % de survivants. Sur un échantillon d’une centaine de personnes sorties des camps, 10 % sont indemnes physiquement et mentalement ; les autres sont soit malades et meurent quelques années après leur libération, soit ne s’intègrent plus ni dans la société ni dans leur famille. En 2008 nous avons essayé de trouver des documents qui donneraient une version officielle sur les séminaires. Nous n’avons trouvé aucun rapport émanant du gouvernement qui définisse ce qu’est le soun Sammana (l6ola,,tok), le camp de séminaire. Aucune donnée, notamment le nombre des personnes, décédées, libérées ou réintégrées dans l’administration après leur libération, n’est communiquée. Les seules sources sont la mémoire d’anciens séminaristes de la diaspora et la documentation d’Amnesty International. Le sujet reste tabou et le gouvernement n’est pas prêt à traiter ni inscrire ce sujet historiquement grave dans la mémoire nationale. 750 La première réforme agraire a lieu dès la première année ; elle s’intensifiée surtout en 1977. 751 Pour ces délits apolitiques, la durée de détention va de quelques mois à cinq années. 752 Cette population active est aussi la plus instruite, la mieux formée et elle est sans doute disposée à participer à la reconstruction du pays, puisqu’elle est restée après la proclamation du nouveau régime. 753 Aucune étude n’a été menée de manière spécifique sur la mobilité motivée par la quête d’anonymat. Cependant la migration des zones libérées vers les villes du Mékong a été mentionnée dans plusieurs études. Lors de mes travaux de terrain sur les typologies, menés entre 1999 et 2002, j’ai constaté que les habitants de certaines maisons relevées se sont installés à Vientiane en 1975 ou 1976 alors qu’ils ne venaient pas des zones libérées. 754 Malgré le constat, dès la deuxième année, de la pénurie en personnel qualifié dans tous les domaines, en particulier dans la santé, le nouveau pouvoir ne libère pas les médecins ou les ingénieurs en séminaire. La plus grande vague de libération intervient au bout de huit ans.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 434 - sur quelques individus – formés dans les pays occidentaux dans les années 1960-1970 – qui reviennent au pays, séduits par le nouveau régime.755 I. II. c. Les dispositifs de l’Etat à l’égard de la question démographique et de la mobilité des hommes. Rappelons que le Laos contemporain a toujours été confronté à la faible densité de sa population. Le pouvoir politique, à différentes époques, a dû faire face à ce problème pour développer le pays, qu’il s’agisse de constituer une masse corvéable et taxable, un corps de l’armée ou une masse pour la consommation. Dans le contexte politique de la guerre froide, les deux gouvernements du Laos menaient ce que l’on pouvait appeler la guerre de “partage des populations”. Le régime qui mettait de son côté la plus importante partie de la population se targuait d’être légitime et juste, l’autre aurait été traité de barbare.756 Cette question est en grande partie liée à la démographie et à la répartition de la population dans le territoire. Après l’indépendance en 1953, la population dans son ensemble connaît peu à peu une croissance au profit des villes : croissance de la natalité, amélioration des accès aux soins médicaux, à la consommation des marchés urbains ou périurbains. Avant 1975, la guerre modifie le mode de répartition des hommes sur le territoire : ils se rapprochent des zones à caractères urbains et se concentrent un peu plus dans des aires urbaines. Cela favorise le développement à l’intérieur des aires urbaines et laisse de côté le développement des réseaux extérieurs de communications, peu ou pas développés. En 1975, le Laos compte trois millions d’habitants avec un taux de population urbaine faible (entre 10 et 15 %). Mais le taux urbain existant dans les villages autour des aires urbaines n’a pas été bien repéré à l’époque. On considère d’emblée que 85 à 90 % de la population est rurale. Lorsque nous examinons la répartition de la population dans le pays sur la carte de 1973, nous voyons qu’il y a une nette concentration de la population autour des aires urbaines au détriment des centres urbains euxmêmes, ce qui ne permet pas de classer ces populations dans la population urbaine proprement dite. Après 1975, les nécessités de la gouvernance du nouveau régime, ainsi que plusieurs faits convergents, notamment la mobilité interne de la population ou sa fuite vers les pays étrangers, ont suscité la mise en place des nouveaux dispositifs ainsi que du nouveau mode de répartition des hommes dans le territoire. En 1975, le Laos se retrouve devant quatre lourds défis humains : la mobilité interne de la population, rendant difficile sa gestion et son contrôle ; la désertification urbaine ; l’hémorragie démographique ; et une carence en ressources humaines. L’État réagit diversement face à ces défis. Il faut d’abord arrêter la mobilité interne, qui ne facilite pas la bonne gestion des habitants et trouble la sécurité des villes et des campagnes dans les premiers mois de l’installation du régime. Cette difficulté menace la sécurité civile et la politique intérieure ; la guérilla formée à la frontière thaïlandaise menaçant d’entraîner des révoltes à l’intérieur du pays. Le nouveau pouvoir prend des précautions avec les laissez-passer – un document écrit avec sceaux, délivré par une autorité compétente. Malgré les points de contrôle mis en place, des “faux laissez-passer” circulent dans les villes, permettant le mouvement des habitants entre les districts.757 Il faut ensuite arrêter la fuite de la population vers l’étranger et pour cela la dissuader, voire, la menacer. Pour rejoindre les camps de réfugiés en Thaïlande, les gens doivent traverser forêts et montagnes – pour ceux qui partent des provinces de Xayabouri et de Champassak – ou traverser le Mékong – pour ceux qui partent des 755 Beaucoup de ces élites de gauche étaient boursières du gouvernement Néo Lao Hak Sat, directement de l’Union Soviétique ou du gouvernement royal. Aujourd’hui, certains postes au gouvernement sont occupés par ces anciens étudiants formés dans les pays occidentaux. 756 D’après les divers entretiens avec molam Souban et molam Phimmasone (à Melun, Seine-et-Marne) entre 1980 et 1994. Les lam de propagande du gouvernement de Vientiane ont été chantés par plusieurs molam célèbres vers la fin des années 1960. Les plus connus étaient molam Souban, molam Phimmasone, le maître Intong. À l’époque, diffusés à la radio nationale, ces chants versifiés ont été une sorte de chronique commentant quasi quotidiennement le combat que le gouvernement de droite menait contre le communisme. Cf. aussi les travaux de Catherine Charon-Baix sur les molam lao. 757 C’est avec ces vrais faux laissez-passer que la plupart des personnes ont pu sortir de Vientiane, aller dans des villes plus petites puis traverser le Mékong vers la Thaïlande.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 435 - autres provinces. La propagande échoue à retenir les fuyards, ils continuent à quitter le pays en masse, bravant le danger et défiant les gardes-frontières lao et thaïs. Les forces armées sont déployées tout au long des frontières tandis que la milice du nouay travaille dans les villages pour déceler les éventuelles défections. Du discours de dissuasion à la répression, un pas est franchi. L’ordre de tirer sur ceux qui traversent le Mékong est donné. S’ils sont attrapés, ils sont envoyés soit en prison soit dans les camps de redressement et de rééducation.758 Les chiffres concernant le nombre de réfugiés arrivés en Thaïlande puis accueillis dans les « pays tiers » [xtgmfmulk,] varient selon les sources. 759 Malgré la violence des moyens de dissuasion, la fuite de la population ne s’arrête pas. Elle se ralentit d’elle-même quelques années après ; un phénomène sans doute lié à la deuxième réforme agraire qui rend la terre aux paysans. L’hémorragie démographique ne sera résorbée que dans la deuxième moitié des années 1980, lorsque la population commence à se stabiliser puis à augmenter. Avec la venue progressive des populations rurales, en particulier des zones libérées comme Phongsaly et Samneua, les grandes villes regagnent peu à peu des habitants. D’après le Centre National de Statistique : en 1970, le Laos comptait 3 millions d’habitants, contre 2,9 millions en 1975. Entre 1976 et 1987, le nombre des habitants passe de 2,886 millions à 3,828 millions. Les chiffres de 1975 doivent être considérés avec précaution : entre 1971 et 1975, il est difficile d’avoir des statistiques cohérentes à l’échelle du pays. Le dernier recensement avant la prise du pouvoir par le PPRL est réalisé en 1970, le suivant en 1976.760 Pour remédier aux carences des ressources humaines des premières années, les cadres révolutionnaires qui viennent des zones libérées sont installés nombreux dans les administrations nouvellement créées. Certains sont compétents pour animer les débats politiques et les planifications théoriques, mais rares sont ceux qui, une fois la guerre idéologique terminée, peuvent réellement gérer, administrer et mener concrètement le programme de développement du pays. Les cadres qui reviennent des pays socialistes ou de l’Occident (France, Australie, Canada, États-Unis) sont « jeunes, sans expériences de terrain, idéalistes et ne connaissent le communisme qu’en théorie ; ou, au contraire, ils sont opportunistes ». 761 D’après ces propos et la rareté des personnes à interviewer sur ce sujet, on en déduit que les jeunes cadres revenus ne sont pas nombreux et sont très vite dépassés par l’ampleur des tâches à accomplir comme par le décalage entre la réalité et ce qu’ils avaient espéré trouver à leur arrivée. Le nombre de cadres du nouveau régime est significatif mais insuffisant. Les différentes notes préparant les projets de coopération effectués dans les années 1990 et 2000 peuvent donner un aperçu sur ce qu’étaient les besoins de ces années.762 Dès le début, le régime doit recourir à l’assistance technique des experts russes, vietnamiens et européens de l’Est. À cela s’ajoute l’aide minimale maintenue par l’Organisation des Nations Unies ; les secteurs de développement ainsi que le nombre de leurs experts ont été réduits, mais n’ont pas été supprimés. 758 Les camps de redressement les plus célèbres sont ceux qui se situent tout près de Vientiane, sur le lac de Nam Ngum : « Done Thao, Done Nang » (l6ofaflhk’ fvomhk; fvook’), camp de redressement “l’île des messieurs, l’île des demoiselles”. 759 Entre 1975 et 1995, il y aurait eu 359 930 réfugiés. 320 718 se seraient installés dans les pays tiers et 23 247 auraient été rapatriés au Laos à partir de 1990. Cependant aucun bilan n’a été dressé des décès des traversées du Mékong. D’après les riverains, on aperçoit parfois des corps sans vie qui flottent sur le fleuve, et dans la nuit on peut entendre des rafales de coups de feu. D’après le HCR (Fascicule Resettlement Section, juillet 1995, Genève), le nombre des réfugiés représente un peu plus de 10 % de la population du pays. C’est sans compter ceux qui ne sont pas enregistrés dans les registres de réfugiés, ni ceux qui sont déjà à l’étranger et qui ne retournent pas au pays, etc. 760 Cf. Basic statistics, about the socio-economic development in the Lao P.D.R. for 15 years (1975-1990), Ministry of Economy planning and Finance, State Statistical Centre, Vientiane 1990 ; Manuel scolaire, Géographie-3e . Le Laos et l’Asie du Sud-Est. Royaume du Laos, Ministère de Education Nationale, Vientiane 1973 ; Kham Vorapheth, Laos. La redéfinition des stratégies politiques et économiques (1975-2006), Les Indes Savantes, Paris 2007. 761 D’après les propos ironiques d’un ancien étudiant revenu au Laos en 1975 et reparti 3 ans après, estimant avoir essayé de servir le pays, mais devant fuir, évitant de justesse une arrestation et un séminaire pour subversion idéologique. Interview à Bangkok en 2004. 762 Cf. Le « Document cadre de partenariat avec la RDP Lao » (Ambassade de France–SCAC) ; la Proposition du programme de coopération sectorielle avec la France pour la période 2006-2010. MCTPC-, N°1335, Vientiane 2006. Les différents documents sollicitent toujours la formation des cadres, l’affectation des experts.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 436 - Dans les provinces, le régime compte sur les lycéens, les jeunes instituteurs envoyés « en manœuvre » à la campagne, pour aider aux tâches administratives de base. Pour contre-balancer la désertification urbaine, aucun effort n’est nécessaire : les habitants des zones libérées, les ruraux, sont attirés par les villes désertées par leurs anciens habitants. Les opportunités en termes de logement, dont le parc est constitué des confiscations par l’État,763 attisent leur envie de s’installer en ville. Pour les villes et les régions trop faiblement habitées, l’État encourage les gens à se mobiliser pour les occuper en vantant les bienfaits et les avantages. Des villes nouvelles sont construites dans cette logique et des tentatives pour créer de toute pièce des lieux “fraternels” et “multiethniques” voient le jour. Nous verrons plus loin les implications de cette politique. I. II. d. Les enjeux et les défis économiques Les produits dans les marchés s’étant raréfiés, on a du mal à trouver de la viande, de l’essence, du sucre, du lait, malgré le marché noir. Les tickets de rationnement pour les achats dans les magasins d’État sont distribués aux seuls fonctionnaires. Le marché noir devient de plus en plus florissant dans les villes les plus importantes du pays, alimenté par la circulation clandestine des produits intérieurs – souvent, des produits de luxe d’occasion ayant appartenu aux classes aisées de l’Ancien Régime – mais surtout par les marchés libres de la rive droite thaïlandaise. Le marché noir explique la circulation clandestine des devises étrangères (dollar américain, bath) tandis que l’or sert pour les transactions plus importantes, telles la “vente” ou “l’achat” de maisons. Curieusement, ce sont des familles membre du nouveau gouvernement arrivant des zones libérées qui achètent les produits intérieurs – vêtements, linge de maison, bijoux. Cette période de transactions illégales contribuent à définir l’ambiance des habitations et celles de la ville pour les dix ou vingt années à venir. L’ambiance des habitats change peu à peu : les maisons bourgeoises – grandes villas modernes des années 1960 – deviennent plus sobres, les propriétaires se débarrassent des objets inutiles et du mode de vie d’autrefois ; celles qui deviennent le logement des nouveaux arrivés vieillissent et se délabrent d’année en année. La ville devient calme, ses rues désertes, jusqu’au début des années 1990. Devant les pénuries généralisées, le nouveau régime doit réorganiser les moyens de production, répartir les biens lorsqu’ils existent, organiser la circulation des produits locaux de subsistance, apprendre l’autosuffisance à la population, demander et gérer les aides provenant des pays socialistes. En attendant, il ferme les yeux sur le marché noir alimenté par la Thaïlande et laisse quelques vieilles familles – commerçantes ou pas – jouer les intermédiaires pour importer les produits de grandes nécessités, sans que cela n’ait un quelconque caractère officiel.764 Malgré la dépendance certaine vis-à-vis du marché et de l’économie thaïlandaise, la politique du Laos doit se montrer anti-thaïs et anti-occidentale, n’assumant la dépendance qu’à ses deux grands voisins, le Vietnam et la Chine. À partir de 1975, eu égard à l’espace politique, le territoire et les espaces socioculturels et économiques doivent être réorganisés. Les enjeux spatiaux ne sont plus les mêmes. Les villes lao sont contraintes de vivre en autarcie, prônant la production et les biens collectifs ainsi que l’autosuffisance. Un nouvel équilibre territorial et social interne, après la rupture, est recherché pour 763 L’État s’approprie les biens fonciers et immobiliers de ceux qui s’enfuient du pays mais également de ceux qui restent. Lorsque les propriétaires possèdent plusieurs maisons, l’État leur laisse la maison où ils habitent et peut leur confisquer le reste, car considéré comme un surplus qu’ils doivent partager. 764 Ces familles prospèrent dans les affaires encore aujourd’hui. Dans la majorité des cas, ce sont des femmes qui n’ont tenu aucun rôle dans la politique de l’ancien régime. À titre d’exemple, et sans exhaustivité, nous citons le nom de famille de ces femmes qui jouent un rôle économique non négligeable dans une ville comme Vientiane durant les années difficiles : Pravongviengkham, Inthavong, Phonsanalack, Sihachark, Voravongsa, etc. Plus de 15 ans après, c’est par ce réseau que les femmes des hauts cadres révolutionnaires entrent dans le monde des affaires. Discussion à Vientiane vers 2000 avec deux des femmes dont le nom est cité.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 437 - stabiliser, légitimer et faire perdurer le nouveau pouvoir et la société nouvelle. Il s’agit pour le nouveau régime d’édifier son propre espace, de le gérer et de le réaménager en rupture avec le passé tout en héritant des réalités avec lesquelles il faut composer : « une population superstitieuse et récalcitrante aux progrès qu’il faut éduquer ». 765 Conclusion Dans ce premier temps, le nouveau pouvoir ne pouvait pas relever tous les défis et venir à bout de tous les enjeux. Mais sur ces questions, il a mené le pays avec détermination. Sur le plan spatial et politique, il a tenté de créer de nouveaux symboles et de nouveau langage, en remplacement des anciens que l’on a détruit ; de réapproprier l’espace et avoir une vision globale et non-partisane, puisque le territoire devient entier et non plus partitionné comme durant la guerre froide. Le Laos se retrouve coupé de l’Occident, représenté par la Thaïlande voisine. Dans la vallée du Mékong, la politique territoriale se tourne plus vers l’intérieur des terres, la frontière constituée par le Mékong devenant une barrière et non plus un lieu d’échange. Dans le Nord, au contact avec la Chine, et dans l’Est, au contact avec le Viêtnam, les enjeux diffèrent de ceux sur la frontière occidentale. Le nouveau pouvoir est amené à gérer la totalité du territoire du Laos et de sa population, dans un contexte politique régional inédit, alors que les dirigeants communistes, soutenus par le Viêtnam et la Chine, n’avaient été habitués à gérer que les seules zones dites “libérées” et les populations embrigadées dans la cause révolutionnaire. Il était logique, pour le nouveau pouvoir, de compter sur ses deux alliés pour gouverner le pays et garantir sa sécurité. Ils étaient devenus des appuis idéologiques, politiques et militaires incontournables, et ce, malgré la guerre frontalière sino-vietnamienne de 1979. 766 La politique laotienne devait composer d’une part avec la Chine – historiquement dominante – et d’autre part avec le Viêtnam – le puissant voisin avec qui le parti dirigeant était et reste toujours lié. La nécessité d’exister dans la dualité sino-vietnamienne induisait non seulement une certaine différenciation territoriale, mais surtout l’émergence de deux fractions politiques dans la direction de l’État laotien, et ce, jusqu’à la période actuelle où il semble qu’un équilibre relatif a été trouvé. Durant le conflit sino-vietnamien, où le Laos avait du mal à garder sa neutralité, le régime pencha du côté vietnamien –de par la monopolisation cyclique du pouvoir politique par la faction provietnamienne et de par le lien historique étroit qu’entretient le PPRL avec le PCV. 767 La Chine restait malgré tout un recours pour éviter d’être entièrement dépendant du Viêtnam. Ainsi, l’axe Nord-Sud traditionnel fut mis en veille, de la fin des années 1970 jusqu’au milieu des années 1980, au profit de l’axe Est-Ouest. Celui-ci avait déjà été mis en place par le pouvoir colonial français pour contrôler le territoire indochinois : le centre de décision politique de l’Indochine était à Saigon. La lutte anti-coloniale, qui a favorisé le rapprochement entre les futurs dirigeants communistes laotiens et vietnamiens au lendemain de la Deuxième Guerre mondiale, ne fait que reprendre autrement cet axe existant. Bien que le lien avec la Chine ait été maintenu, l’axe Nord-Sud n’a été relancé que plus tard, à partir de la seconde moitié des années 1990 pour se renforcer nettement à partir du début des années 2000. Sur le plan humain, il était difficile de faire adhérer la population entière au nouveau système politique. Le nouveau régime se retrouvait devant une réalité : se sentant menacée, une partie de la 765 Ces propos, dans les premiers discours révolutionnaires, progressistes et anticléricaux, forment un leit motiv bien connu de la population laotienne. On les entend dans les réunions politiques partout dans le pays. Il est impossible de savoir qui les a prononcés en premier. Par leur aspect très théorique, il est quasi certain qu’ils sont issus du Comité de propagande. 766 17 février 1979, début de la guerre frontalière sino-vietnamienne. 767 Le Parti populaire révolutionnaire lao (PPRL), est lié dès sa naissance au Parti communiste vietnamien (PCV) – pour ne pas dire qu’il en émane. Fondé par Ho Chi Minh en février 1930, le PCV devient le Parti communiste indochinois (PCI), en octobre 1930, pour regrouper les communistes et les anticoloniaux de toute l’Indochine. Pour le partic communiste du Laos, trois étapes sont à retenir : la section lao du PCI est créée en 1936 ; le 22 mars 1955, le Parti du peuple lao (PPL), Phak Pasason Lao [radxt-k-qo]k;] est créé ; en 1972, le PPL devient le PPRL, Phak Pasason Pativat Lao. Le Laos signe en 1977 le traité de coopération avec le Vietnam pour maintenir la “relation spéciale” entre les deux pays. Ce traité est renouvelable tous les 25 ans et marque le lien profond entre PCV et PPRL.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 438 - population fuyait le pays (d’après le HCR, 10 % de la population aurait quitté le pays). Les groupes dirigeants de l’Ancien Régime qui ont fui n’étaient pas les seuls à être considérés comme des réactionnaires – des personnes dont on pouvait se passer pour construire le pays, selon le nouveau pouvoir : chacun était susceptible d’être qualifié de réactionnaire, y compris la grande majorité de la population non-engagée politiquement. Dans cette confusion, il devenait difficile pour le régime de distinguer les alliés des ennemis. La politique fut dès lors d’envoyer aux séminaires toute personne potentiellement ennemie du régime et de surveiller les autres, afin de se parer contre tout risque de renversement du régime. La gestion des hommes était autoritaire, basée sur l’arbitraire : la fuite de la population a été sanctionnée sévèrement ; les séminaires politiques comme une nécessité pour former des hommes nouveaux ; la mobilité des hommes comme un choix pour repeupler et développer l’ensemble du pays ; une faiblesse démographique comme une fatalité sans solutions. Sur le plan économique, le pays était plongé dans le marasme : dévaluation du kip, inertie de la circulation monétaire, production à plat, absence d’investissements publics dans les services de base (santé, éducation, administration locale), circulation des produits au point mort, etc. Le kip étant dévalué, l’État décréta le nouveau kip potpoy — “kip de libération”. L’ancien kip ne valant rien, on le pesait au kilo. Et pour l’échanger contre le kip potpoy, on mobilisait les lycéens pour accompagner les soldats dans les régions reculées du pays.768 L’effondrement de l’ancien kip entraîna la ruine des petits commerçants et de la population en général, qui n’eut pas le temps d’échanger l’ancienne monnaie contre de l’or (moyen traditionnel de réserve monétaire des Laotiens) avant la mise en circulation du nouveau kip. Ruinés, certains exprimèrent leur mécontentement et leur refus du nouveau régime, qu’ils désignèrent comme responsable de l’effondrement généralisé.769 Quoi qu’il en soit, il fallait pour le régime redresser l’économie. Le choix fut porté vers la mise en œuvre de l’autosuffisance, l’étatisation des biens, le collectivisme ; l’urgence était d’axer l’économie sur le secteur de la production et de tolérer officieusement et provisoirement, le marché noir. Les problèmes dans leur ensemble n’ont été que différés, débouchant peu à peu vers une réforme une décennie plus tard. Quoiqu’il en soit, l’espoir d’une société plus juste, d’un pays réconcilié avec lui-même semblait être là avec la fin de la guerre. Sans parler du contexte de guerre froide et tout en considérant seulement la situation interne du pays, c’était le désir de paix qui semble permettre la mise en place du régime et non pas son contenu idéologique. Et pourtant, devant les enjeux et les défis que nous avons évoqués, c’était sur le contenu idéologique d’un monde nouveau que le régime allait s’installer et se créer des perspectives nouvelles, s’imposer, se légitimer et perdurer : une hétérotopie s’installa. Nous allons voir que la société laotienne n’est pas indemne du système. Si idéologiquement les Laotiens se défendent d’être communistes, le système a pourtant apporté un grand changement dans la société et dans les mentalités, en particulier pour les nouvelles générations grandies ou nées après 1975. Formés à la vision et à la pensée unique, ils n’ont connu aucun élément de comparaison possible. 770 La propagande et l’endoctrinement ne passent plus seulement par les recommandations et les interdictions, par les meetings politiques et les séminaires, ils passent aussi par le renouvellement du langage des arts et de la culture, touchant au plus près l’individu. La construction du nouveau pays, l’édification du régime, la sécurité et l’ordre social, passent également par un arbitrage sévère et un sacrifice humain irréversible. 768 D’après un entretien avec un ancien lycéen qui avait participé à ces opérations, les soldats dans son unité étaient quasiment analphabètes. Ils suivaient un itinéraire prédéterminé et allaient de village en village. Ils étaient logés chez les villageois. Pour certains villages, il fallait aller à pied, les sacs d’anciens kips sur le dos. (Entretien à Paris en 1994) 769 Il n’y a jamais eu de manifestation publique ou collective contre le régime. Une simple expression verbale pouvait entraîner un séjour en prison. Le seul signe d’opposition civile, dans les premiers mois de l’investiture du régime, fut la réunion d’un parti conservateur, Lao houam samphanh []k;I;,la,rao], dirigé par Bong Souvannavong. Lors de cette réunion, dans le quartier du cinéma Bouasavanh, il y eut de nombreuses arrestations, notamment celle du chef du parti. Ce dernier décéda dans un camp de détention quelques années après son arrestation. 770 Un vocabulaire spécifique désigne les deux générations : « Khon song labob » [7qolv’]t[v[] « individu de deux régimes », contrairement à « Khon labob dyao » [7qo]t[v[fP;] « individu d’un seul régime ».Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 439 - CHAPITRE II Temps deux : perspective et représentation d’un monde nouveau Il s’agissait pour le nouveau pouvoir de formuler un concept spatial adéquat à cette nouvelle société en marche. Sur cette question spatiale, quatre types de transformation étaient essentiels pour comprendre le processus de changement opéré dans les premières années du régime et avant les retombées de la réforme : 1- la ruralisation, la disparition de la ville en tant qu’entité à part entière : 2- l’apparition des équipements et des programmes emblématiques, c’est-à-dire la projection idéologique dans le « désir » de villes nouvelles ; et enfin, 3- l’instauration de la zone spéciale. II. I. La ruralisation et la disparition de la ville dans sa fonction urbaine et politique La ruralisation de la ville, en particulier pour la ville de Vientiane où le phénomène était plus visible qu’ailleurs du fait qu’elle était la plus urbaine de toutes, était caractérisée par la perception générale que l’on avait de la ville durant cette époque. Celle-ci tendait à décrire un espace éclaté par rapport à son rôle initial « civilisateur », centralisateur et structurant d’un territoire plus large. Ceci, en devenant de plus en plus un espace autogéré, fragmenté et autonome. Ce fait induisait du point de vue visuel et formel, non seulement une continuité entre la ville et le milieu rural, il induisait aussi la disparition de l’entité et de l’identité urbaine proprement dite. L’aspect des zones centrales acquérait le même aspect que les zones périphériques. En fait, nous ne distinguions plus ce qu’était la ville et ce qu’était sa campagne, tout devenait campagne. Si traditionnellement la ruralité était intrinsèque à l’espace urbain des villes laotiennes, la ruralité durant cette période nouvelle altérait le milieu urbain et le faisait disparaître. La ruralisation passait donc par des réformes administratives et des dispositifs politiques de l’État et par l’autogestion de l’espace lui-même. L’ensemble de ces démarches et processus concouraient à faire de l’entité urbaine –qui était déjà traditionnellement fragile– un qualificatif dénudé de sens par rapport à la réalité spatiale que les villes laotiennes étaient en train de vivre à cette époque. La citadinité au sens politique, économique et sociospatial s’était en fait retrouvée atrophiée. II. I. a. La réforme administrative Le Laos ne disposait pas avant 1991 de Constitution qui aurait porté dans la majorité des cas « État de droit » des nations et qui aurait garanti la séparation des pouvoirs, exécutif, judiciaire et constitutionnel. En 1975, le nouveau régime mettait en place ce que nous pouvons appeler un « État de fait ». Ce vocabulaire n’est pas un jeu de mots, mais explicite réellement la tenue administrative avec laquelle le nouveau régime administrait et gérait le pays, par la création des comités populaires. Il y avait deux champs principaux dans les réformes administratives qui avaient joué un rôle majeur dans la gestion de l’espace. Il s’agit d’abord du mouvement de décentralisation, puis de centralisation du pouvoir administratif déconcentré,771 ensuite il s’agit de la réunification de 771 Nous entendons par mouvement de décentralisation le fait d’accorder le pouvoir et l’autonômie matériel au pouvoir déconcentré, et au contraire, par mouvement de centralisation le fait de ne pas accorder de l’autonômie au pouvoir Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 440 - l’administration de la ville-préfecture à l’administration de la province et il s’agit aussi de la création de la subdivision du village : le Nouay. Mais avant d’aborder ces questions particulières, tout d’abord rappelons rapidement l’administration générale de l’Ancien Régime avant l’investiture du nouveau et celle qui a été mise en place par le nouveau régime juste après. II. I. a. 1. Un aperçu sur le système et sur la structure de l’administration générale Les principes du système politique du gouvernement de Vientiane Pour comprendre ce qui a été réformé il est important de rappeler en quelques points le système politique de l’Ancien Régime avant l’accord de Vientiane du 21 février 1973. Le système était fondé sur une monarchie constitutionnelle se basant sur la constitution du 14 septembre 1949. Le système était composé de quatre institutions principales. Le roi Le roi était le chef suprême de l’État, il exerçait une souveraineté suivant les dispositifs définis par la constitution. Il désigne son successeur au trône selon le droit coutumier. S’il ne pouvait le faire pour quelconque raison, c’était le conseil de la famille royale de désigner un nouveau souverain. En cas d’incapacité, le règne pouvait être exercé par un Régent désigné par le Conseil du roi et approuvé par l’Assemblée Nationale, devant laquelle le Régent désigné devait prêter serment avant d’entrer en fonction. En attendant la nomination d’un Régent ou en absence du roi, c’était le Conseil du roi qui prenait la direction du royaume. Le roi sanctionnait ou approuvait par ordonnance les lois votées par l’Assemblée Nationale. Il dictait par ordonnance les dispositifs règlementaires proposés par le Conseil des ministres desquels il pouvait aussi présider. Avec l’accord de la Commission permanente de l’Assemblée Nationale, le roi était habilité à prendre par ordonnance des décisions législatives. Le roi était le chef suprême de l’armée, habilité à anoblir et à donner les grades civils et militaires, à gracier et à commuter les peines. Il nommait les ministres, nominations qui devaient être confirmées par l’Assemblée Nationale. Le Conseil des ministres Le président du Conseil des ministres était désigné par le roi. Le Président du Conseil forme le gouvernement et le soumettait à l’agrément de l’Assemblée Nationale qui devait effectuer un vote de confiance à la majorité 2/3 des membres présents. Les ministres pouvaient être choisis au sein de l’Assemblée Nationale ou à l’extérieur. Les ministres dirigeaient les ministères et initiaient les lois. Ils étaient responsables collectivement en tant que gouvernement et individuellement de leurs actes et décisions devant l’Assemblée Nationale. La démission collective du gouvernement était faisable si l’Assemblée Nationale votait la motion de censure ou refusait d’accorder sa confiance. Les ministres n’avaient pas d’immunité et pouvaient être pénalisés pour des délits commis dans l’exercice de leur fonction. Ils pouvaient être jugés par le Conseil du roi formé en Haute Cour de justice. L’Assemblée Nationale Les députés étaient élus pour 4 ans au suffrage universel et devaient prêter serment avant d’entrer en fonction. L’Assemblée Nationale se réunissait sur convocation du roi en une session annuelle de trois mois ou en session extraordinaire, ou sur demande de la permanence de l’Assemblée, ou par la moitié des députés. En tous les cas, les sessions étaient inaugurées et clôturées par le roi ou son représentant. L’Assemblée était seule auto éligible : la démission ou la déchéance de ses membres. L’Assemblée étudiait à travers ses commissions les budgets, les projets de loi, etc., et les votait. Les lois votées étaient ensuite présentées au Conseil du Roi. Le bureau de déconcentré. Il ne s’agit pas ici de la décentralisation (comme en France pour loi de la décentralisation de 1983) ou il y a autonomie du pouvoir local élu. Nous entendons par pouvoir déconcentré le pouvoir de l’Etat déconcentré physiquement dans le territoire géographique, comme par exemple le pouvoir du préfet ou du chef de province qui agit sous l’autorité du gouvernement. C’est un pouvoir non élu, à la différence du pouvoir local élu, décentralisé donc, qui serait le maire d’une ville.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 441 - permanence de l’Assemblée pouvait contrôler l’action du Conseil des ministres. L’Assemblée pouvait être dissoute par le Roi sur proposition du Conseil des ministres et après accord du Conseil du Roi. Les membres de l’Assemblée étaient couverts par l’immunité parlementaire dans les limites prévues par la constitution. Le Conseil du Roi Le conseil du roi était composé de six membres nommés directement par le roi et trois membres désignés par l’Assemblée Nationale. Ils possédaient des mêmes droits que les députés. Il donnait son avis sur les projets de loi et pouvait adresser leur proposition à l’Assemblée Nationale. L’administration générale mise en place par le nouveau régime Pour l’exécutif, dès l’investiture du régime le 2 décembre 1975, l’ancienne administration s’était déjà effondrée par le fait que l’Assemblée Populaire Suprême a dissous le gouvernement de coalition (le 1er décembre 1975), et par le simple fait qu’une partie des hauts fonctionnaires et des cadres moyens ont quitté le pays ou ont été démis de leurs fonctions, certains d’entre eux ont été envoyés aux séminaires, d’autres arrêtés et mis en détention. Il fallait dès lors réorganiser et réaffecter non seulement le nouveau personnel administratif, mais aussi toute la structure administrative. Cependant, la formation du gouvernement de coalition entre 1973 et 1975 même s’il a été dissous, a permis au nouveau gouvernement de ne pas démettre entièrement de leur poste tous les fonctionnaires. Le maintien de ce personnel dans le nouveau système a permis d’éviter de justesse que le pays soit paralysé, bien que l’administration publique –centrale et locale– dans les deux premières années ait pu être considérée comme paralysée. Ceci, parce que le travail d’administration a été confié au Comité Administratif Révolutionnaire qui n’administrait pas, mais qui passait son temps à organiser les « meetings » politiques, à faire des propagandes, à surveiller les agissements de la population, même si le comité de propagande et la milice existaient et faisaient déjà ce travail. Avant la dissolution officielle du gouvernement de coalition le 1er décembre 1975, le 23 août 1975 le Comité Administratif Révolutionnaire a été créé à Vientiane et dans la province de Vientiane, avant de créer plus tard les petits comités semblables dans les autres provinces. Les ministères, avec leurs différentes directions ou départements, bureaux et services, continuaient à exister comme dans l’Ancien Régime. Cependant s’y ajoutaient plusieurs organes politiques appelés « organisations de masse ». Elles comptaient parmi elles, le Front Lao pour la Construction Nationale (ou Front Lao pour l’Edification Nationale), l’Union des Femmes, l’organisation de la Jeunesse et les syndicats.772 Ensuite il y avait le Parti Populaire Révolutionnaire Lao au dessus duquel chapeautait le Comité Central du Parti –qui est contrôlé à son tour par le Bureau Politique– et auquel étaient attachées toutes les organisations de masse, présentes dans tous les organes et échelons de l’administration, gouvernementale et locale. La hiérarchisation et la position des responsables politiques dans le gouvernement reflétaient la position et la hiérarchisation des hommes au sein du parti. C’était le parti qui déterminait le gouvernement. Pour le pouvoir judiciaire, le tribunal populaire a été mis en avant dès l’investiture du régime, puisqu’il fallait justifier les nombreuses arrestations, même si aucun tribunal n’a été tenu physiquement pour que « les présumés innocents » 773 puisaient être jugés ou défendus. Comme son nom l’indiquait, le tribunal populaire n’avait pas besoin de tenue physique du tribunal, puisque l’avis ou le jugement du peuple était unique et unanime et n’était pas divisible pour d’éventuels avis 772 Après 1975 notons que les syndicats et les organisations de masse font parti des 21 organismes [Sao-eth ongkane, - k;gvafvq’dko ] qui ont émergé avec le traité Sangna-Anousangna de 1973 donnant naissance au gouvernement de coalition. 773 En pratique, dans les premières années du régime, les « présumés coupables » n’existaient pas. Car dans un système policier et autoritaire où les gens vivaient dans la peur et la délation (la peur de ne pas être capable de s’intégrer dans le moule de la nouvelle société) tout le monde aurait d’abord été coupable de quelque chose et ensuite aurait pu prétendre être « présumé innocent ». Le droit fondamental de l’être humain figurant sur les textes proclamant le droit de l’homme a été plus que jamais bafoué ; notamment le droit de l’individu d’être défendu ou de se défendre.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 442 - contraires. Le parti qui représentait le peuple exécutait donc la volonté du peuple. C’est pourquoi, il n’y avait plus d’avocat, plus de tribunaux. Le Laos fonctionnait de ce point de vue comme en « état d’urgence » : les militaires remplaçaient souvent la police dans les procédures d’arrestations et ceci, totalement sans mandat. L’ordre ou la condamnation d’emprisonnement (qui, dans un système normal, ne devrait être exécuté uniquement qu’après un jugement) pouvait être donnée par le parti ou autres personnes exécutives dont la position au sein du parti était importante. Pour le constitutionnel, l’Assemblée Populaire Suprême avec 45 membres « élue par le peuple » en novembre 1975 remplaçait l’Assemblée Nationale classique. Cette Assemblée était constituée non pas de députés élus par des électeurs, mais de « représentants du peuple » désignés par le parti unique.774 C’était par ailleurs la première assemblée de représentants du peuple qui avait voté pour la dissolution du gouvernement de coalition et la proclamation de la République Démocratique Populaire Lao le 2 décembre 1975. Le parti était omniprésent dans toutes les structures. C’est par lui que nous avons compris qu’il n’y avait pas de séparation du pouvoir (entre l’exécutif, le judiciaire et le constitutionnel) au Laos, qui garantissait habituellement la base du système démocratique. La grande majorité des Laotiens donnent habituellement une définition de leur système comme « une démocratie avec des limites » [xt-kmyxt 8apc[[,u0v[g0f].775 Et face aux quelconques critiques qui tenteraient de définir le Laos comme un système autoritaire et dictatorial par le fait que le pouvoir politique est dirigé par un parti unique, ils répondent que : « Le multipartisme mettrait le pays dans le désordre. Le parti unique permet de maintenir l’ordre et de gouverner avec efficacité ». 776 Avec le nouveau régime, il y avait en fin de compte une nouvelle culture administrative naissante qui tendait à déresponsabiliser l’individu. Car celui-ci déléguait toute responsabilité vers le collectif. Sans constitution (la Constitution n’a été promulguée qu’en 1991), sans loi cadre et règles de détail pour l’exécutif, ni cahier des charges pour les postes de responsabilités techniques, les décisions et orientations politiques des plus petites échelles (au niveau des services administratifs) aux plus importantes (au niveau de la haute instance décisionnelle de l’État) se faisaient par concertation et consultation collectives qui se résultaient par des votes à mains levées, appelés Long matti []q’,af8y]. L’administration locale Dans les premières années, comme dans l’Ancien Régime, quatre niveaux du pouvoir étaient maintenus : le village [[hjhjko. ban], le canton [8kcl’D tassèng], le district [g,nv’D muang] et la province [c0;’D Khrouèng]. Le Nouay a été ajouté comme une subdivision du village dès le début. Par contre plus tard, en 1991, le tassèng a été supprimé. Dans l’appareil administratif local, nous retrouvons le Comité Central du Parti, le Conseil du Peuple et le Conseil du gouvernement répliqués à l’échelon du canton, du district et de la province. Le Conseil du Peuple ou le Comité populaire était élu pour les trois niveaux administratifs. Le gouverneur de province qui avait position égale au ministre n’était pas attaché au ministère de l’Intérieur, mais était responsable directement devant le Premier ministre. Jusqu’à 1986, cette administration locale déconcentrée pouvait être considérée comme politiquement centralisée par le fait que le Comité Central du Parti, le Comité Populaire et le Conseil du gouvernement étaient 774 Les députés sont par définition les représentants des citoyens dans une démocratie normalisée, mais les « représentant du peuple » dans le système laotien à partir de 1975 n’est pas élu par le peuple mais désigné par le parti unique. 775 On peut recueillir ce propos facilement auprès des personnes instruites. Même les fonctionnaires l’évoquent facilement sans tabous : « nous avons une démocratie avec des limites » [gIqk,uxt-kmyxt8apc[[,u0v[g0f] est devenu un maxime pour la majorité des laotiens. 776 Discusion au café de quartier de la rue Heng Boun à Vientiane (vers 2004). Ce café est fréquenté par les hommes d’affaires et les membres du gouvernement, actifs ou à la retraite. Les gens lisent les journaux, discutent et commentent les informations, se donnent aussi des tuyeaux pour les affaires. L’accès est libre à tous. Le café a été ouvert il y a près de 60 ans par les parents du propriétaire actuel. Même si le bâtiment lui même a été reconstruit, le café porte le même nom et la plaque en lao et en chinois reste la même depuis 60 ans.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 443 - présents dans les administrations locales. Par contre, elle pouvait être considérée comme décentralisée par le fait qu’elle possédait sa propre administration et son propre budget. Même si une petite partie du budget local venait tout de même de la rétribution du gouvernement central, la grande majorité venait des perceptions locales, provenant entre autres des entreprises d’État et autres, localisées dans les provinces. Après la réforme de 1986, l’autonomie de l’administration locale devenait encore plus importante. La réforme budgétaire demandait aux provinces de s’auto suffire économiquement et financièrement. Elle permettait au gouvernement central de transférer la gestion et la planification des ressources locales sous la responsabilité de l’administration provinciale. Les taxes administratives dans les districts et dans les provinces relevaient de la compétence du gouverneur de province. Les branches locales de la banque nationale menaient leur propre politique de crédit et de taux de change. Le salaire du personnel administratif était déterminé par le pouvoir local et les revenus des entreprises de l’État localisées dans les provinces étaient attribués au budget de la province. Nous constatons que la décentralisation menée jusque-là n’avait pas provoqué de grands disfonctionnements entre le pouvoir central et local, au contraire cela aidait à maintenir un mécanisme administratif de base que le pouvoir central ne pouvait pas assumer complètement. Mais le fait que les provinces étaient obligées de s’autofinancer, petit à petit le pouvoir local menait une politique de plus en plus autonome mettant progressivement le pouvoir central en porte-à-faux. En fait, la forte décentralisation et le manque total de contrôle dans le secteur monétaire par la politique nationale devenaient l’un des facteurs qui provoquaient l’inflation.777 Par ailleurs, les écarts entre les provinces se creusaient, selon que certaines provinces possédaient peu ou beaucoup d’entreprise, d’activités et donc de ressources et de revenus. Devant de pareil disfonctionnement, les ministères ne pouvaient agir dans les secteurs qui relevaient de leur compétence. Par exemple, ils ne pouvaient évoquer les problèmes et y intervenir que de manière ponctuelle par le biais du pouvoir du Premier ministre. Ce qui prenait un temps long et paralysait souvent les actions d’assistance que les ministères devaient normalement conduire dans les secteurs de leurs compétences, notamment dans le secteur de l’éducation et de la santé, pour mener à bien la politique sectorielle du gouvernement. Lors de la promulgation de la première constitution de la RDPL en 1991, de grands changements étaient prévus dans l’administration locale : l’État avait décidé de « reprendre les choses en main ». Une « sérieuse » recentralisation a été préconisée. Elle a été clairement réalisée à travers la réforme fiscale et budgétaire.778 Dès lors le ministère des Finances a commencé à contrôler le budget et centraliser les finances (perceptions et rétribution). Le système de Budget National a été institué et toutes les dépenses publiques (centrales ou locales) a dû être formulées préalablement dans le plan budgétaire national. Dans les provinces, il était représenté par ses bureaux des finances et à travers eux les taxes et autres perceptions remontaient vers l’État. La Banque de l’État devenait alors la Banque Centrale qui contrôlait tout le système monétaire. Donc par le biais de la recentralisation des budgets et des perceptions le pouvoir local ne disposait plus de fonds propres et par la rétribution budgétaire annuelle de l’État il devenait moins autonome. Même si les gouverneurs continuaient à avoir le même rang que les ministres, un mécanisme administratif transversal a été établi pour que les décisions politiques de l’État à travers ses ministères aient pu être transmises et appliquées dans les provinces et dans ses secteurs de compétence. 777 Rapport de la Banque Asiatique de Développement. 778 Remarquons que le terme « réforme fiscale » peut être remplacé par « création fiscale », puisque la fiscalité était auparavant quasiment inexistante. Car dans un système de production collective et de contrôle des échanges par l’État, la fiscalité n’apportait pas grande chose à l’État. Pour simplifier nous pouvons dire que l’État ne pouvait pas s’auto taxer.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 444 - II. I. a. 2. La réunification de l’administration provinciale à l’administration de la Ville - Préfecture Habituellement dans l’Ancien Régime, comme nous l’avons vu dans le point précédent, il y avait trois canaux possibles dans l’exercice du pouvoir exécutif (à la fois du point de vue politique qu’administratif), correspondant à trois échelles territoriales distinctes. Il s’agit du pouvoir gouvernemental dirigeant la politique du gouvernement couvrant tout le pays (Premier ministre et ministres), le pouvoir local coutumier émanant de fait du local pour gérer les affaires locales (chef du village, d;o[hkoF r+[hko). Pour le troisième pouvoir, le pouvoir central déconcentré représentant le gouvernement et exerçant sa politique, il y a deux personnes institutionnelles. Il y a d’abord le Préfet, Chao Khrouang Kamphaèng Nakone [g9Qkc0;’d=kcr’ot7vo], en charge de la gestion de l’agglomération urbaine, c’est-à-dire de la préfecture, avec ses subalternes chefs des districts, Chao Muang [g9Qkg,nv’], en charge de la gestion des districts. Ensuite il y a le Gouverneur de province, Chao Khrouang [g9Qkc0;’], en charge de la province (hors agglomération). Dans l’administration du Nouveau Régime, c’est surtout le troisième pouvoir, le pouvoir central déconcentré qui a été modifié. Effectivement, jusqu’en 1981 l’administration de la préfecture a été supprimée ainsi que le préfet, pour être rattachée à l’administration unique de la province, devenant par exemple pour Vientiane une seule unité appelée « province-préfecture de Vientiane » [c0;’-d=kcr’ot7vo;P’9ao], dont le siège administratif a été installé dans la ville de Vientiane. Ceci mettait sans doute en évidence la volonté de méconnaître la notion de centre et l’identité administrative de la ville ou de l’agglomération urbaine. Car l’origine de l’administration d’un chef-lieu est bien la mise en évidence de sa particularité citadine, son statut de cité par excellence. II. I. a. 3. La création d’une subdivision du village : le nouay Dès l’investiture du régime, s’en était suivi un système autoritaire et policier. Car, si la sécurité militaire semblait assurée, la sécurité civile était pour le régime encore à faire. La « résistance » [d=k]a’d6h-kf] comme nous l’avons déjà souligné, menait des actions de guérilla à la frontière thaïlandaise et agissait aussi parmi la population, dans l’espoir de renverser le régime. Cela obligeait le nouveau régime à mener avec fermeté une politique de contrôle dans les frontières, mais surtout à établir un maillage de contrôle des civils dans l’ensemble du pays. La structure du village traditionnelle qui était la plus petite cellule administrative et qui incarnait le pouvoir local s’était vue supplantée par des organisations politiques de masse, tels le Comité Populaire villageois du parti PPRL, les cellules de sensibilisation et de propagande, les cellules de détachement de l’armée, la milice, l’union des femmes, l’union de la jeunesse, etc. Mais ces cellules politiques ne semblaient pas suffire pour se prémunir contre d’éventuelle résistance et « révolte » de l’intérieur, incitées par les « ennemis » du régime. Pour garantir une sécurité sans faille, il fallait pouvoir contrôler le plus près possible la société, aller au plus près de la cellule familiale, jusqu’à l’individu. La plus petite cellule administrative a donc été créée. Il s’agissait du nouay [so;jp], une sorte d’unité de quartier. Le nouay permettait de contrôler dix maisons au maximum. Dans chaque village on instaurait alors plusieurs nouay, chaque nouay portait un numéro et à la tête duquel il y avait un chef. Ce dernier devait connaître tous les membres de son unité, leurs activités, leurs liens de parenté, etc. Dès qu’un étranger arrivait dans le village et dès qu’une famille avait de la visite d’un membre de sa famille venant d’un autre district ou d’une autre province, il ou elle devait impérativement le signaler au chef d‘unité. Le schéma fonctionne toujours ainsi aujourd’hui tout en étant devenu plus souple. La création du nouay semblait réduire le rôle traditionnel du chef du village. Son fonctionnement montrait en effet que la division en petite unité tendait à réduire le rôle et l’importance de l’entité villageoise dans les relations interpersonnelles quasi-filiales entre le « pô ban » [r+[hko] (père du village, chef du village) et le « louk ban » []6d[hko] (enfant du village, habitant du village). Et ce, même si les chefs des nouay pouvaient faire remonter les informations au chef du village et même s’il ne pouvait pas, à priori, tenir des réunions sans lui. Par contre, le chef du nouay pouvait court-circuiter le chef du village en le dénonçant aux autorités supérieures, en apportant des FIG. 169. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 445 - informations le concernant directement au Comité Populaire du village, au quel cas il aurait constaté que le « père du village » était trop complaisant avec ses « louk ban ». Ceci pouvait souvent arriver lorsque le chef du village était un ancien. Celui-ci préférait protéger ses villageois par des conseils s’il y avait des écarts commis à l’encontre des nouvelles directives du « Parti-État » [rad-]af]. Certains prenaient le risque de protéger les « louk ban » en cachant aux autorités du comité populaire les actions qui valaient peine d’emprisonnement, par exemple en cachant les plans de fuite vers la Thaïlande de certains villageois, alors qu’il était sensé de les dénoncer.779 Quant à l’existence du nouay, il semblait mettre en évidence l’idée du quartier urbain. Le rôle du chef de village réduit, nous passons à un maillage de quartier qui était plutôt le propre du milieu urbain. En fin de compte, nous voyons ici qu’il y avait deux démarches aux résultats contradictoires. D’un côté, vouloir contrôler les habitants avec la création du maillage de quartier composé de dix maisons, qui tendait à faire disparaître l’échelle villageoise traditionnelle, et de l’autre, vouloir rendre la ville plus rurale qu’elle ne l’était, par certains modes d’usage de son espace dont nous avons noté précédemment la démarche et les processus (de ruralisation). II. I. b. Les principaux dispositifs politiques Les dispositifs politiques étaient les premiers éléments qui contribuaient à la transformation de l’espace urbain, bien que ces dispositifs ne soient directement liés ni à la politique de la ville, ni à la gestion, ni à l’aménagement de l’espace. Quatre dispositifs politiques ont été essentiels : la mise en application de la politique d’autosuffisance, le collectivisme des activités de production et la réforme agraire, les travaux collectifs et l’absence des services urbains, et enfin l’étatisation des biens fonciers et immobiliers. II. I. b. 1. La politique d’autosuffisance Dès le début de l’année 1976, la politique d’autosuffisance a été mise en place, suivie dans la foulée par les travaux collectifs. L’autosuffisance était corollaire à l’idéologie du régime, mais aussi à la nécessité réelle induite par la pénurie qui se manifestait dès le début. Tant en campagnes qu’en centres urbains l’État demandait à tous les foyers d’aménager des lopins de terre pour la culture, de créer des élevages pour subvenir aux consommations familiales. Toutefois, la consommation a été réglementée : par exemple avant de tuer son cochon, sa vache ou ses poules, la population devait signaler et demander l’autorisation au comité du village. Si ce fait n’avait pas apporté de grands changements dans les habitations rurales de la campagne ou périurbaines par rapport à la période avant 1975, car la population menait habituellement déjà ces activités depuis toujours pour subvenir aux besoins quotidiens à l’échelle familiale780 (en particulier pour les foyers à double résidence), par contre dans les quartiers les plus centraux des villes, un grand changement modifiait les ambiances urbaines. Les terrains autour des habitations ayant été occupés par les petits jardins de potager et les poulaillers, les habitants utilisaient aussi les petites friches, les espaces interstice au bord des trottoirs, sur le bas-côté des 779 Une autre situation importante à signaler ici sur le lien social profond qui pouvait exister entre un pô ban et ses louk ban : lorsqu’un jeune du village a été arrêté pour « mauvaises mœurs ou délinquance » parce qu’il se tatouait, portait des Jeans, écoutait de la musique occidentale ou se promenait avec une jeune fille la nuit tombée, le chef du village allait réclamer son louk ban jusqu’à la prison centrale avec son comité des sages, parfois très informel, pour prendre sous sa responsabilité et se porter garant que le jeune homme ne ferait plus lesdites fautes. 780 Ayant vécu la première année du régime (un an et demi) j’ai encore des souvenirs de cette période. Nous vivions dans un village à 12 kilomètres du centre-ville de Vientiane. La famille élargie possédait beaucoup de rizières et de sous-bois depuis le début du xxe siècle, mon père, agronome, s’occupant de la coopérative au ministère de l’Agriculture dès le milieu des années 1960. La riziculture immergée, les vergers, le potager, la pisciculture au milieu des rizières ont été les principales activités familiales. L’autosuffissance étant assurée, une large partie des récoltes était vendue ou partagée. Après 1975, la politique d’autosuffisance imposée par l’État ne constituait pas en soit une nouveauté. Les pénuries connues en ville faisaient que l’on était plus à l’aise à la campagne. C’était le manque de main-d’œuvre agricole qui a été difficile, il n’y a plus ni ouvrier agricole, ni cultivateurs pour louer les terres. Rappelons qu’avant 1975, les ouvriers agricoles étaient soit des métayers, soit ils louaient les rizières contre 1/3 en riz reversé aux propriétaires. Le collectivisme et la confiscation des terres par le nouveau régime bouleversaient ainsi ces pratiques.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 446 - routes, entre les clôtures, pour planter des salades, des tomates, des aubergines, etc. De même, les fonctionnaires des ministères transformaient les bassins d’agrément en bassin piscicole, utilisaient les anciens parkings des ministères pour élever les lapins, les poulets. Lorsque les fonctionnaires venaient travailler au bureau (beaucoup en vélo), il était courant de voir qu’ils ramenaient des légumes de chez eux ou des liserons d’eau ramasser sur la route pour donner aux lapins. Toute la ville était devenue ainsi utile. Quelques jardins d’agrément les plus importants subsistaient encore dans la capitale (à Patouxay, à Simuang), mais dans les villes de province le manque d’entretien faisait que les jardins d’agrément des équipements publics tombaient en déshérence. Ils étaient alors réinvestis par des jardins potagers. Si pour les habitants, les produits issus des jardins qu’ils aménageaient dans les lopins de terre et dans les espaces d’interstices avaient pu compléter réellement les denrées alimentaires déficientes de l’époque, par contre les activités agricoles menées dans le cadre des ministères ne l’étaient que théoriquement. Elles satisfaisaient plutôt une directive politique, une attitude à prendre pour correspondre à la morale du nouveau régime. Elles ne répondaient pas du tout à la réalité des besoins. L’État avait dû importer du riz en raison de 150.000 tonnes par ans de 1976 à 1984.781 Par contre, la nuance était à remarquer pour les écoles et les universités qui avaient été les plus laborieuses et les plus efficaces. Les campus universitaires qui logeaient des centaines d’étudiants des provinces ont organisé des activités agricoles de manière plus efficace qu’ailleurs, du fait que ces activités les faisaient vraiment vivre. Ayant très peu de fonds envoyés par la famille et n’ayant pas autres endroits où se fournir en denrées alimentaires, les étudiants effectuaient très sérieusement leur activité agricole et d’élevage. Celles-ci pouvaient couvrir presque entièrement leur consommation quotidienne. II. I. b. 2. Le contrôle de la production : le collectivisme dans la démarche de la réforme agraire Le collectivisme de la production et son contrôle complet passaient essentiellement par deux ensembles d’actions : création des coopératives agricoles associées à la création des fermes d’État, étatisation des moyens de production : les entreprises et les terres. L’objectif théorique du gouvernement, comme bon nombre de pays socialistes, était de contrôler tous les domaines de production. Les moyens de production devaient être remis entre les mains de l’État, car il estimait que la clef de l’économie se trouvait dans ce contrôle. Et si l’État ne pouvait s’approprier de toutes les terres, il estimait nécessaire le contrôle de leur production, espérant que cela pouvait être un bon tremplin pour l’économie et pouvant assurer l’autosuffisance du pays à l’échelle nationale. La reconnaissance partielle du droit d’usage privé avait été espérée comme un instrument pour rendre possible l’autosuffisance alimentaire à l’échelle familiale, et la rétribution des terres comme un instrument de nivellement social. Étatisation des entreprises L’État s’appropriait des entreprises pour réaliser lui-même la gestion, la production, la distribution et pour bénéficier lui-même des produits et des plus-values des produits. Etant luimême le producteur et le distributeur -voire le consommateur, dans le sens ou les produits étaient « vendus » dans les boutiques d’État réservés prioritairement aux agents de l’État (on y venait chercher les produits avec des tickets d’achat et de rationnement), son système de production tournait en circuit fermé, l’argent ne circulait pas et les fonds d’investissement s’étiolaient. Le réinvestissement pour améliorer la production et les produits et pour mieux gérer la distribution, etc., était en fait peu important. Peu à peu, les moyens et les techniques de production se rouillaient, entrainant de faibles rendements. Ce constat avait dû être fait dès le début, mais à chaque fois, il était différé. C’est vers 1978 que l’État était obligé d’admettre ce constat en même temps que de 781 Note MS de Vienne et J. Népote.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 447 - nombreuses difficultés constatées dans les autres secteurs. A la suite de quoi le plan de trois ans a été mis en place. Création des coopératives agricoles et des fermes d’État L’État s’appropriait des terres pour y créer des coopératives agricoles, des fermes d’État ou pour les redistribuer aux paysans qui n’en possédaient pas. Sur ce, soulignons trois choses importantes : 1- Les coopératives agricoles étaient constituées de plusieurs fermes ou de plusieurs exploitants et de plusieurs parcelles agricoles. Ces dernières étaient rassemblées pour constituer une unité collective de production exploitée par les anciens propriétaires des terres et par les exploitants - anciens ou nouveaux- sous les directives de l’État. Les rendements et les prix ont été fixés par lui, ainsi que la méthode. En fait, l’État contrôlait complètement la production agricole à travers les coopératives. Les paysans ne se sentaient pas propriétaires ni de leur terre, ni de leurs produits, ils devenaient de simples ouvriers agricoles. Comparant à l’Ancien Régime, dans le pire des cas un paysan sans terre, en « louant » la terre des autres pour exploiter gagnait deux tiers des produits récoltés, le tiers est donné au propriétaire en guise de loyer. Dans une coopérative socialiste, les produits qui lui revenaient de droits étaient beaucoup moins importants. Un bon agriculteur ayant un bon savoir du terroir se sentait lésé parce qu’il devait partager ses récoltes aux autres qui réalisaient peut-être moins bien que lui leur récolte, etc. 2- Certaines fermes d’Etat reprenaient celles qui avaient été expérimentées dans l’Ancien Régime en changeant la méthode et les objectifs, il s’agissait par exemple de l’ancienne ferme expérimentale de Thang-Ngon. Les fermes d’État étaient un peu différentes des coopératives. Pour les fermes d’État l’État était propriétaire (par expropriation ou par le fait que le domaine appartenait déjà à l’État) des terres et de l’exploitation. Les exploitants agricoles en ce cas, bien qu’ils soient recrutés parmi les paysans, avaient plus ou moins le statut d’employé et d’ouvrier agricole. Les matériels et les techniques appartenaient à l’État, aidé par les techniciens et coopérants étrangers venant en majorité de l’Union Soviétique et parfois de Chine. Malgré cela la technique d’exploitation restait, dans son ensemble, archaïque ou inappropriée. Il est utile de souligner, avec quelques exemples, le côté « surréaliste » de certaines fermes d’État. Lorsque nous avons discuté avec les paysans sur la route qui nous menait vers la Plaine des Jarres (le site numéro 2), ils ont décrit, avec déception, les exploitations qui ont été mises en place à l’époque. Le plateau de Xiang Khouang étant un peu vallonné, traditionnellement les paysans phouans avaient l’habitude d’aménager des rizières avec des diguettes de petite taille pour pouvoir retenir suffisamment d’eau, sans que cela soit des rizières en escalier comme ce fut le cas sur les flancs de collines. Lorsque l’État avait décidé d’aménager les coopératives ou les fermes, les techniciens avaient enlevé les diguettes pour faire des grands champs de riz travaillés avec des engins agricoles plus grands, l’eau n’avait plus être retenue. Les rizières sensées être immergées, n’étaient plus immergées et le rendement était catastrophique : « Après la coopérative et la ferme d’État, heureusement arrêtées, nous avons dû mettre des années pour réinstaller de nouveau les diguettes. » 782 3- La rétribution des terres qui ont été confisquées au gens qui avaient quitté le pays ou qui avaient simplement trop de terres, était orientée vers les populations qui venaient des zones libérées et moins vers les pauvres paysans ou ouvriers agricoles qui vivaient sur place. Ces rétributions n’avaient pas été réalisées suite à des enquêtes de terrain sérieuses, dans le cas contraire, il y aurait une prise en compte de cette réalité. Il y avait effectivement beaucoup de gens pauvres survivant tant bien que mal dans l’Ancien Régime et qui continuaient à l’être, et plus encore, dans le Nouveau Régime. Car la terre des paysans pauvres pouvait aussi être confisquée et ils pouvaient aussi être obligés d’entrer dans le 782 D’après un paysan sur la route du site archéologique des jarres numéro 2. Xiang Khouang 2002.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 448 - système de coopérative. Une fois faite, la révolution, les ménages pauvres de l’Ancien Régime ne trouvaient pas d’avantage de salut dans le Nouveau Régime, pourtant prometteur avec la rétribution des terres. Mais la rétribution des terres a été avant tout une démarche idéologique, conformément aux logiques du régime qui privilégiait d’abord les partisans de la révolution. Toute proportion gardée, les trois points pouvaient expliquer le fait que parmi ceux qui quittaient le pays il n’y a pas que les soi-disant réactionnaires et les partisans des « impérialistes » et de l’Ancien Régime. Il y avait aussi les gens pauvres des grandes villes de la vallée du Mékong, les paysans plus ou moins aisés qui consentaient à abandonner leurs terres pour les camps de réfugiés en Thaïlande, tellement les expropriations des terres et les coopératives étaient pour eux absurdes. En réalité, la pauvreté n’était pas forcément liée au fait de posséder ou pas des terres à cultiver. Les facteurs de pauvreté étaient autrement plus complexes que le schéma simpliste : où pauvreté serait égale à non-possession de terres à cultiver, ou pauvreté égale exploitée par les bourgeois et les propriétaires terriens, ou encore, propriété égale richesse. La pauvreté au Laos à l’époque était surtout liée à la guerre, à la migration, au sous-développement, où les droits fondamentaux n’étaient pas acquis : accès à l’éducation, à la santé, à l’eau et à l’électricité, aux informations, au droit d’être défendu par la loi, etc. La grande majorité des Laotiens et surtout les paysans étaient traditionnellement propriétaires de leur terre et de leur exploitation, ce qui ne les empêchait pas d’être dans le besoin, lorsque la récolte était mauvaise, lorsque le système de transformation, de circulation et de distribution de leurs produits n’était pas bien organisé et soutenu par l’État. Les spécialistes locaux estimaient dans les années 1960 qu’il suffisait à l’État de faire des efforts et d’intervenir de manière mesurée pour améliorer la production et les conditions des paysans, en leur aidant à organiser le système de distribution (réguler le marché), en favorisant leur accès au crédit, en mettant à leur disposition des conseils et recommandations techniques, etc.783 C’était des dispositifs qui ont plus ou moins été déclenchés dès le milieu des années 1960, lorsque le gouvernement de Vientiane avait permis la mise en place des projets de coopérative et de fermes expérimentales. En l’occurrence, les agriculteurs ne sont pas taxés sur leurs produits. Le défi et le combat étaient alors de l’ordre technique et économique. Aux yeux des gens les plus concernés, ils étaient ni idéologiques, ni politiques, et ne nécessitant pas le renversement social. Les paysans avaient a priori aucune animosité pour vouloir déposséder les riches propriétaires. Car les dispositifs qui auraient remis en question la jouissance du droit d’usage des terres agricoles auraient remis en question aussi leurs propres acquis, le fait qu’ils étaient eux-mêmes propriétaires. Et il n’y avait pas, quel que soit le degré de dominance des sakdina (des personnes ayant un titre nobiliaire ou mandarinal et des terres) sur le reste de la population, des riches propriétaires qui auraient été favorisés par une quelconque système ou quelconque loi pour usurper la terre des paysans en toute impunité. Bien entendu, il y avait des abus et des faits de société, relevant des litiges du droit commun. En ce cas, ceci pouvait toucher aussi les autres secteurs et n’importe quelle classe sociale. II. I. b. 3. L’étatisation des biens fonciers et immobiliers Si la réforme agraire a été planifiée et appliquée dès 1976 dans la nouvelle république (les agents de l’État ayant le temps d’expérimenter sa mise en œuvre depuis 1968 dans les zones libérées), l’étatisation foncière et immobilière avait été mise en place de manière brutale, sans justificatifs et sur la base des préjudices : les personnes, à qui l’État confisquait les biens, étaient forcément coupables et fautives de quelque chose aux yeux de la nouvelle société qui se mettait en place. De fait, ces personnes étaient mises à dos et se sentaient difficilement intégrées dans la nouvelle société. Au contraire, les personnes dont l’État réattribuaient les biens étaient méritoires. La nouvelle société était ainsi constituée de deux clivages, de deux groupes de population : les 783 Propos de Phomma Sayarath, agronome et hydraulicien, responsable de la coopérative à la ferme expérimentale de Tang-Ngone, fin des années 1960, début des années 1970. Cf. Ses travaux de sensibilisation à la connaissance de la coopérative agricole.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 449 - personnes lésées et les personnes privilégiées. Les individus lésés quittaient peu à peu le pays quand ils le pouvaient, mais beaucoup étaient restés malgré tout. Donc les victimes de l’expropriation foncière et immobilière n’étaient pas que les membres de l’Ancien Régime ou ceux qui ont quitté le pays, mais aussi ceux qui étaient restés. Beaucoup de biens confisqués ont été rétribués aux populations nouvellement arrivées des zones libérées. Parmi ces populations figuraient les privilégiés du régime : les membres du nouveau gouvernement et du parti. Certains se voyaient attribués des villas privées des personnes de l’Ancien Régime, qu’elles soient ou pas membres de l’ancien gouvernement de Vientiane. Les hauts dignitaires du régime réoccupaient souvent le patrimoine de l’État. Le patrimoine foncier et immobilier de l’État avait été constitué –rappelons-le– à l’indépendance du Laos. Lorsque l’administration française et son personnel avaient quitté le pays, ils avaient transféré les biens publics à l’État laotien. Celui-ci s’était doté d’un nombre important de bâtiments coloniaux, dont le droit de jouissance a été dispatché entre les ministères. Notamment les ministères de la culture, de la santé et des travaux publics qui se partageaient ainsi les plus belles villas coloniales dans le quartier centre de la ville. Sous le gouvernement de Vientiane, les villas qui n’étaient pas appropriées pour loger les sièges ministériels ont acquis une fonction de résidence officielle réservée aux hauts dignitaires du gouvernement en poste. Les belles villas coloniales en centre ville qui avaient été d’abord la résidence des administrateurs français ou le siège de leur administration et qui devenaient ensuite les résidences officielles des ministres du régime de Vientiane, étaient occupées à vie à partir de 1975 par les ministres ou hauts dignitaires du nouveau régime.784 Effectivement, ces villas ne sont pas occupées comme une résidence officielle durant le temps du mandat de fonction, mais comme une rétribution à vie. Aujourd’hui beaucoup de ministres révolutionnaires sont décédés, les villas sont occupées par leurs enfants et petits enfants. Tardivement, le gouvernement a permis aux descendants de procéder à l’immatriculation des titres fonciers, par des achats symboliques. En 2009, nous avons constaté que les descendants qui désiraient immatriculer ces biens en leur nom propre ont parfois beaucoup de mal à le faire : le foncier étant devenu très valorisé en centre urbain, l’Etat se montre réticent avant d’accorder cette immatriculation moyennant une somme symbolique comme il a été prévu. En occurrence, la société mixte pour la gestion et le développement foncier ayant été créée, les profits financiers ayant été mis en évidence par elle, il est probablement logique que l’État veuille récupérer ces biens pour se doter de ces profits. L’histoire depuis la période coloniale montre l’évolution statutaire de ces villas de manière intéressante : du statut de bien public à fréquentation privée, elles demeuraient les biens publics jusqu’à 1975, puis étaient passées au statut de bien complètement privé aujourd’hui. Il est tout à fait curieux que le système collectiviste et d’étatisation socialiste a été l’auteur de ce passage du public au privé : les villas qui ont pu être immatriculées ont été privatisées. Devenus des biens complètement privés, leurs nouveaux propriétaires sont libres de les louer et de les donner en concession, voire de les vendre. II. I. b. 4. L’absence de services urbains et les travaux collectifs Ce qui avait le plus marqué les premières années du régime, ce fut l’absence des services urbains : ramassage des ordures ménagères, gestion des circulations, entretien des routes et des caniveaux –fermés ou à ciel ouvert– qui étaient très vite envahis par la végétation, l’éclairage public, etc. Soulignons que déjà dans l’Ancien Régime, la gestion des ordures ménagères, l’entretien des caniveaux ainsi que la gestion de la circulation, étaient déplorables. Bien que l’organisme s’occupant des services urbains ait été installé, ses missions ne couvraient pas tous les secteurs, et dans l’ensemble, il peinait à fonctionner. Ceci était dû aux différents facteurs, notamment les effractions par les usagers de diverses règles imposées (dépôt d’ordure impropre, 784 L’édifice qui loge aujourd’hui le restaurant Kop Chaï deu a été attribué aux écrivains officiels du nouveau régime, dont l’un d’autre eux est le père du propriétaire de Kop Chaï Deu. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 450 - mauvais code de conduite, etc.) Les études des experts internationaux qui avaient été sollicités à l’époque ont démontré les préoccupations des gouvernants et les diverses difficultés pour apporter des solutions dans ce secteur, notamment l’Etude sur la circulation de Vientiane. 785 Privé d’une administration compétente et des services urbains –car toute la structure administrative a été abolie– le nouveau régime devait faire face à la gestion de la ville. Pour y faire face, les travaux collectifs instaurés étaient devenus l’une des principes de la reconstruction du pays. La mobilisation de la population pour effectuer les travaux publics : curetage des caniveaux, nettoyage des rues, désherbage des bords de route, redressement et nettoyage des canaux, etc., avaient permis à la ville d’être à peu près propres, évitant les catastrophes sanitaires. Et en ce qui concerne la circulation, les problèmes s’étaient réglés de soit : il n’y avait plus beaucoup de véhicules sur les routes désertiques de la ville. Il n’y avait plus que des vélos, des camions militaires et quelques voitures des experts étrangers et du corps diplomatique. Les travaux collectifs dans de telles circonstances étaient alors devenus utiles et indispensables. On ne voyait pas des tas d’ordures dans la rue de Vientiane ou de celles des villes de province. Les hauts-parleurs dans les rues rappelaient chaque matin les comportements à adopter pour les bons citoyens du nouveau régime, notamment les trois principes d’hygiène de base : manger propre, habiter propre, habiller propre (sic). Tous les week-ends, les travaux collectifs du quartier, du village ou de toute la ville étaient organisés. Et les hauts-parleurs mettaient de la musique pour encourager et féliciter les habitants laborieux. II. I. c. De l’auto gestion de l’espace au déploiement spatial non planifié Les quatre points que nous venons de développer explicitent clairement l’auto-gestion de l’espace de la ville. La population gérait son espace de vie, sous les recommandations avisées du parti-État. Sans pouvoir parler réellement de développement urbain, car cette période en était dépourvue, l’espace urbain se transformait peu et certains quartiers se déployaient en s’autoorganisant, dans les quinze premières années du régime, sans aucune réglementation et planification de la part de l’État. Ce fait peut être constaté à travers deux faits spatiaux majeurs : la constitution progressive des quartiers périphériques et le changement de fonction de l’habitat et de la ville. II. I. c. 1. La constitution des quartiers périphériques Lorsque Vientiane (ainsi que les villes de province) avait perdu une grande partie de sa population citadine et lorsqu’elle s’était dotée de nouvelles populations arrivées des zones libérées, de la campagne ou des centres urbains provinciaux, les quartiers les plus centraux de la ville ont été investis, mais pas seulement. Une bonne partie des villages périphériques qui ont connu un début d’urbanisation dans le début des années 1970 ont également été investis par les nouveaux arrivés. C’étaient essentiellement les militaires, les cadres moyens et subalternes du nouveau régime - membres ou pas du PPRL, et leurs familles. C’étaient également les ruraux des zones libérées qui les accompagnaient. A Vientiane, c’était dans l’axe Nord surtout de la ville que le phénomène était le plus manifeste. Ce sont des villages qui se développaient en direction du campus universitaire de Dong Dok, développement qui s’étaient limités par la grande périphérique Nong Beuk-Dongdok, en suivant les trois axes : Houay Hong, Phone Tong, Thongsang Nang. Les villages nouveaux sont repérables par la présence des casernes dès le début du régime (notamment autour du centre décisionnel du régime « le Kilomètre 6 »), par la construction d’usines et de fabriques (usine de carton, de brique) et par quelques équipements au début des années 1980, tel que l’Hôpital de l’Amitié. 785 L’étude a été réalisée, par R. L. Gollings dans le cadre de la mise en place de la Division de la Sécurité Publique, commandité par l’Administration des Etats-Unis pour le Développement International en juillet 1969.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 451 - Dans les autres villes de province, la constitution de ce type de quartier se faisait de manière plus mixte, les nouveaux arrivés investissaient les quartiers existants en se mélangeant plus avec les habitants locaux qui restaient et en réoccupant les habitations qui ont été abandonnées et rétribuées par l’État, puis dans les villages excentrés lorsque les centres étaient saturés. En ce cas, il y avait quelques nouvelles constructions, peu importantes et peu nombreuses. Dans tous les cas, les habitations étaient, au début, semi-rurales : les parcelles étaient plus vastes qu’en centre ville, pouvant accueillir des activités agricoles et d’élevages de subsistance plus importantes. Souvent, il y avait des rizières et des vergers attenants, parfois des petits lambeaux de forêts. II. I. c. 2. Le changement de l’usage de l’habitat et de la ville par une population rurale Les villes étaient devenues les campagnes dont les habitations étaient simplement plus serrées. Le phénomène d’auto-gestion avait été l’élément de tenure de la ville et il a apporté des changements dans les fonctions urbaines. En quelques mois, après la mise en place des travaux collectifs, les différentes fonctions urbaines et citadines disparaissaient. De l’usage de l’habitat à l’usage de la ville en passant par celui des espaces communautaires et publics, il y avait une transformation très sensible par le renouvellement de la population urbaine. Près de la moitié des citadins ont quitté le pays, un petit nombre changeait de province, ou partait vers la campagne proche. Ces départs, comme nous l’avons déjà souligné, ont été remplacés par la population des zones libérées, la population des autres villes de province et de la campagne. Dans son ensemble, cette population, devenue plus mixte, avait un caractère à dominance rurale. La première explication de cette ruralisation pouvait se trouver dans les activités de base ou dans les métiers de ces nouveaux habitants ainsi que de l’ensemble de cette population urbaine renouvelée. On pouvait remarquer deux choses importantes : d’abord, les nouveaux arrivés étaient majoritairement des agriculteurs et des paysans, du moins des gens à l’aise dans les travaux de la terre, même lorsqu’ils étaient militaires, policiers et cadres du PPRL. Ensuite, les habitants de souche des villes, ceux qui n’avaient pas quitté le pays, même lorsqu’ils n’étaient pas paysans ou agriculteurs à la base, s’étaient convertis aux activités agricoles et de pêche aisément et rapidement en maitrisant les savoir-faire. On pouvait par exemple dire que si « un soit disant » citadin lao avait été dans une rizière, où pour pouvoir vivre ce dernier devait cultiver le riz, pêcher et chasser, celuici s’en sortirait très bien. Ceci peut expliquer soit l’origine paysanne de ces habitants citadins, soit que les activités agricoles et la culture de la paysannerie faisaient partie intégrante de la culture d’un lao de base, quelle que soit son origine citadine ou rurale. La ruralisation se manifestait surtout à travers l’usage des habitations et à travers l’usage des espaces communautaires urbains. L’habitation. Les nouveaux habitants en arrivant dans la ville s’étaient approprié des habitations existantes en apportant avec eux leurs habitudes et leur manière de vivre. Celles-ci étaient explicitement différentes des usages pour lesquels avaient été construites les habitations qu’ils occupaient. L’Etat intervenait très peu dans la gestion de ces habitations, mis à part le fait d’installer plusieurs familles dans une même maison, transformant ainsi des villas individuelles en logements collectifs. Les habitants devaient auto-gérer leur logement et leur vie collective. Dans la mesure où les villas n’étaient pas au départ construites pour être occupées de manière collective, leur surcharge ainsi que la manière de les utiliser les avaient détériorées assez rapidement. La transformation fonctionnelle des logements, ignorant et méconnaissant leur fonction d’origine faisait que l’appréciation de la qualité architecturale était complètement absente. Une grande villa qui avait été construite dans les années 1960 pour une famille nombreuse avec parties attenantes réservées aux espaces de service (cuisine et logement du personnel, etc.) et qui avait logé plus d’une dizaine de personnes, pouvait loger dans le nouveau régime treize familles, c’est-à-dire près de trente personnes. La grande villa a donc été partitionnée en treize unités. Une famille occupait le grand salon qui a été partitionné encore en deux ou trois pièces : une chambre, un salon, une autre chambre. La cuisine, la pièce humide et les toilettes étaient souvent aménagées à l’extérieur, dans Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 452 - un petit baraquement en bambou ou en tôle construit, comme un appendis collé sur le mur extérieur du salon. Ceux qui avaient la chance d’occuper la partie avec terrasse de la maison aménageaient la salle d’eau et la cuisine sur la terrasse-même. L’espace communautaire L’auto-gestion des pagodes et leur fonction collective nouvelle étaient moins visibles et apportaient moins de transformations à l’espace que les habitations et les espaces publics. Probablement parce que le caractère communautaire qui leur est propre paraissait, à première vue, proche du caractère collectif. En réalité, il n’en était pas ainsi. Le lieu de la quotidienneté religieux a aussi connu un bouleversement profond. Il est à considérer que l’explication pouvait se trouver dans les nuances entre la notion d’espace collectif et la notion d’espace communautaire. Le lieu communautaire, tel qu’il était conçu dans les monastères bouddhiques laotiens, ne symbolisait pas le nivellement des individus, mais leur connexion par des actions. La communauté mettait en valeur la vertu de l’altérité et de l’altruisme qui fondait l’un des aspects de la pratique du bouddhisme lao. L’espace des pagodes était fondé sur la volonté communautaire de constituer et de vivre un lieu de culte partagé, de faire refléter dans les œuvres communes les croyances et les aspirations les plus nobles. L’espace architectural religieux et le langage rituel ne servaient donc pas en premier lieu les fonctions, même si chaque édifice servait une fonction précise. Par sa noblesse et sa vertu morale, représentée par la finesse architecturale et artistique, par une organisation spatiale servant le sens de la communauté, l’espace religieux était considéré comme un modèle ; modèle que la communauté laïque ne cherchait pourtant pas à copier ou à répliquer dans leur habitation quotidienne. Si le savoir bâtir se retrouvait à l’extérieur des espaces monastiques, il s’agit du savoir technique transféré. Après 1975, la religion et les rituels étant considérés dans leur ensemble comme inutiles et anti-révolutionnaires en particulier par la propagande, l’espace qui les abritait connaissait la même considération (bien que des textes, notamment ceux de Phoumi Vongvichit, montrent que des dirigeants communistes relevaient des éléments communs entre la religion bouddhiste et la doctrine marxiste-léniniste, ces réflexions restaient du ressort de l’intelligentsia révolutionnaire. Et Phoumi Vongvichit incarnait l’intellectuel de la révolution.) Faute de pouvoir déconsidérer complètement ce lieu, l’espace religieux avait été considéré comme un équipement comme un autre, utile et fonctionnel, du moins sa capacité à rassembler et sa base communautaire devaient être profitables pour le système collectiviste. La pagode possédait habituellement de grands jardins, ce qui signifie des grands espaces qui auraient été propices pour la politique d’autosuffisance. Les moines, au même titre que les laïcs, ont été mobilisés pour se rendre utiles à la société, comme nous l’avons déjà noté. Dans les premières semaines, les moines ont même été mobilisés pour les travaux collectifs, le curetage des canaux. L’image avait produit un tel choc dans la conscience de la population et même de celle des révolutionnaires qui venaient de la zone libérée (majoritairement bouddhistes aussi) que leur mobilisation a été vite arrêtée. Et on faisait tout pour oublier cette « image condescendante ». Les moines étaient donc restreints aux travaux des monastères et ne travaillaient plus mélangés avec les laïcs. Ils devaient entretenir les bâtiments du monastère, nettoyer les trottoirs qui l’entouraient, etc. Mais ceci ne constituait pas un changement particulier, puisque ces travaux faisaient déjà partie de leur travail habituel. A l’intérieur des pagodes, ils devaient toujours essayer d’être autosuffisants eux aussi : aménager des lopins de potager, des bassins piscicoles et de poulaillers. Ceci contredisait tout à fait les règles monastiques qui les interdisent de faire de l’élevage, de cultiver le riz et les jardins potager, en fait tout ce qui leur aurait permis de faire à manger eux même. Par contre, ils peuvent planter les arbres fruitiers les jardins de fleurs, élever et prendre soin des animaux abandonnés ou perdus. Les fruits peuvent être cueillis par les paroissiens, les animaux accueillis peuvent être redonnés aux paroissiens ou relâchés dans la forêt, etc. Selon la logique du nouveau pouvoir, l’autosuffisance des moines devait être aussi une nécessité, car les paroissiens devaient être occupés par leur autosuffisance et ne devaient plus être nombreux et disponibles pour venir faire des offrandes. En réalité, cela ne fonctionnait pas comme Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 453 - cela avait été voulu par l’autorité politique. Les jeunes et les actifs qui avaient peur de se montrer trop enthousiastes vis-à-vis des rituels religieux, laissaient les personnes âgées s’occuper de la cantine (ti’ang han) des moines. Ainsi avec peu de chose (riz gluant, purée de saumur de poisson, légumes à la vapeur) les vieux du village n’avaient peur de rien pour continuer à apporter chaque jour à 11 heures le déjeuner aux moines de leur pagode. Si l’idée que les moines en charge de l’étude des textes sacrés et de veiller sur la morale et la sagesse pouvait être balayée de manière conforme à l’idéologie marxiste-léniniste, par contre, dans leur rôle d’accompagnateur de l’âme des morts, les moines ne pouvaient être substitués, même dans la période de doute spirituelle : qui récitera le sutra de l’impermanence pour que la mort et le mort soient dignes ? 786 Ces rituels marquent la différence entre l’homme et l’animal. Il était alors impossible, même pour le nouveau régime, de voir disparaître le symbole qui marquait l’une des formes les plus significatives de l’humanité. II. II. Vers une nouvelle architecture des équipements et des bâtiments emblématiques Dans les toutes premières années du régime, comme nous avons déjà noté, il n’y avait pas de production architecturale ni urbaine. Le parc immobilier était disponible pour être étatisé au moment de l’installation du nouveau régime. C’est seulement au début des années 1980 que l’on commençait à construire quelques équipements. Le soutien de l’Union Soviétique a été très important en ce domaine. Les exemples de bâtiments construits durant cette période mettaient en évidence qu’il y avait une volonté de construire une utopie sociale à travers la mise en place d’une nouvelle programmation et qu’il y avait aussi une certaine réflexion faite sur le langage architectural des bâtiments emblématiques ou des simples équipements. L’architecture de l’influence soviétique et l’architecture qui se voulait être une tentative d’inspiration locale plaçaient indéniablement cette courte période dans une expérience exceptionnelle. II. II. a. L’hétérotopie sociale de la programmation Lorsqu’une structure a été créée pour piloter et gérer la coopération et les aides de l’Union Soviétique au Laos, une bonne partie du programme des équipements et des projets de constructions a été planifiée. Le contenu des programmes était sorti tout droit de la conception des experts russes. Il était fondé sur la base du projet de société, suivi de la mise en forme de la programmation type du régime socialiste. Celle-ci avait pour objectif la construction de la nouvelle société égalitaire. Elle faisait l’apologie de la vie collective, des productions et des consommations collectives, une culture et des loisirs collectifs de la société, désintégrée de ses souches anciennes et historiques. Etant déjà des utopies pour les pays socialistes qui ont hérité des idéologies fondatrices des utopistes européens du XIXe siècle industriel, 787 les programmes effectués dans les années 1980 par les experts socialistes ont été dans leur ensemble une hétérotopie pour le Laos. Cependant, à une petite échelle et avec des efforts d’adaptation aux contextes, certains programmes d’équipement issus de l’utopie sociale pouvaient être utiles et réussis, voire, des beaux projets, comme ce fut le cas des logements, des écoles et des crèches et parc d’attractions à Cuba. Au Laos, trop éloignée de l’idée de la lutte des classes, de la dictature prolétarienne et de la lutte pour le transfert des biens et des terres aux paysans, la société lao expérimentait avec une curieuse attitude les idéologies qui ont été traduites dans les programmes des équipements réalisés : les Laotiennes étaient peu 786 Souad sac anicca, sutras bouddhiques qui constitue la prière pour les morts. Il évoque la mort (Anicca, l’impermanence), comme un passage entre la vie (Dukkha, la souffrance) et l’après la vie (Anatta, le non soi). Dukkha (Pl) souffrance, Anicca (Pl) impermanence, Anatta (Sk) non-soi ou insubstantialité. 787 Notamment les fondateurs des familistères comme Fourrier, les fondateurs des cités ouvrières et des cités- jardins, les hygiénistes, etc.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 454 - enthousiastes par le parc de Nong Saphanh Lène qui jouxtait l’esplanade du That Luang, par les crèches aménagées par les ministères pour les enfants de leur personnel, dans lesquelles les équipements utilisés (jouets, manuels scolaires, etc.) proviennent des aides de l’Union Soviétique. En fin de compte, le parc a été peu fréquenté et tombait peu à peu en déshérence et les crèches ministérielles ont fermé leur porte. Les immeubles de logement des enseignants universitaires, les équipements hospitaliers (hôpital de l’Amitié) et de loisirs (le cirque national), par contre, ont été des projets qui ont beaucoup apporté au Laos. Ils répondaient aux besoins des locaux et ont été réalisés de manière ponctuelle. Par leur côté unique (en nombre) ils semblaient être des projets pilotes initiés par les Russes et devant être prolongés par le gouvernement lao lui-même. Probablement par manque de moyen financier, les investissements publics laotiens durant les années 1980 étaient quasiinexistants, comptant uniquement sur les aides internationales et celles des pays socialistes. Ainsi, ni la politique de logement initiée, ni les réalisations des équipements de qualité, comme le cirque et l’hôpital de l’amitié, n’avaient été renouvelées par le gouvernement laotien dans leurs contenus programmatiques. Les réflexions portées sur le logement, les bâtiments emblématiques et les équipements publics à travers ces réalisations-pilotes avaient été différées, puis simplement abandonnées. Si celles-ci avaient été poursuivies de manière soutenue dans la politique de l’État et dans la formation universitaire, avec la création de l’Ecole d’Architecture, la réflexion portée sur les questions serait aujourd’hui autrement plus fructueuse. En particulier lorsque nous observons aujourd’hui la grande difficulté pour l’État de prendre en compte les besoins en logement et de mettre en oeuvre cette politique, très axée sur la mise en concession des anciens biens immobiliers et fonciers. Par exemple, lorsque l’État cède à un investisseur privé la moitié d’un terrain, et en contre partie l’investisseur lui construit des logements pour le personnel de l’État (notamment un projet de construction de logements des professeurs du Lycée de Vientiane qui a été ainsi conclu sur ce principe). Dans ce cas de figure, le cahier des charges, qui aurait fixé le standard du type et de la qualité du logement, n’a pas été défini. Par économie, on doute que l’investisseur ait le souci de la qualité des logements qu’il doit réaliser. Or la définition du programme de logement a déjà été initiée dans les années 1980 à travers les projets pilotes. Le relevé de l’un des immeubles de logements pour professeurs à Polytechnique de Sok Paluang construits au début des années 1980 a démontré une richesse certaine de ce point de vue et serait un modèle intéressant. Bien que l’expérience programmatique de ces années ne soit pas prolongée jusqu’à aujourd’hui, on voyait certain aspect de cette expérience ressurgir ailleurs, dans le programme de rares villes nouvelles de la même période. Nous allons voir dans le paragraphe suivant que la programmation hétérotopique était appliquée comme un système qui devait faire ses preuves dans la construction des « villes nouvelles socialistes ». II. II. b. L’aspect architectural du début des années 1980 L’architecture du régime des années 1980 était marquée par deux écoles. D’abord, ce fut curieusement une architecture qui possédait une certaine continuité avec la période moderne des années 1960. Les architectes et urbanistes, acteurs de cette nouvelle image spatiale, étaient russes, travaillant dans le cadre de la coopération entre les pays socialistes. Ce n’était plus ceux qui ont construit les « anciens immeubles modernes » de Vientiane, bourgeois et capitalistes. Si l’idéologie était différente, nous ne pouvions pas être insensibles au rapprochement entre les deux architectures produites. Un lien doit être tracé entre ces deux groupes d’architectes. Effectivement ceci nous étonne à moitié lorsque nous savons que l’architecture moderne internationale des années 1960, incarnée par toute une génération d’immeubles barres (type HLM en France) dans les pays européens, se retrouvait aussi dans l’Europe de l’Est et en Union Soviétique. Notamment avec la mise en œuvre d’un système constructif basé sur les éléments standards préfabriqués et prêts à poser, fortement développé en France pour son aspect économique (le temps gagné sur la fabrication classique, l’installation, etc.) et transféré dans les pays de l’Est et en Union Soviétique. Le système constructif basé sur une production de masse standardisée (non pas par des sociétés Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 455 - privées, mais par des usines d’État) des éléments préfabriqués était beaucoup plus adapté dans les pays pratiquant le système sévère des capitaux d’État comme l’Union Soviétique, que dans un système capitaliste comme la France, qui, en occurrence, avait favorisé le développement des grandes sociétés de bâtiments de capitaux privés. Nous remarquons que certains aspects de ces systèmes de constructions se retrouvaient dans les équipements construits au Laos dans les années 1980. Il y avait effectivement la volonté de standardiser les éléments de façades et les systèmes constructifs, visibles dans le projet de l’hôpital de l’Amitié, ou bien dans les bâtiments du campus de l’Ambassade russe. Cependant, les éléments à standardiser ont été fabriqués sur-mesure. S’ils n’étaient pas complètement fabriqués sur place, ils ont été fabriqués dans une petite fabrique locale et non à l’usine. Il y avait donc une différence nette entre ces bâtiments et leurs modèles russes ou européens : c’était paradoxalement l’absence de la préfabrication et de l’organisation des filières du système constructif. Les architectes russes procédaient au Laos plus dans l’utilisation des matériaux bruts du béton armé, mise en œuvre et fabriqué sur place. Très probablement le contexte culturel, économique et technique local ne permettait pas la standardisation et la mise en système de cette filière. De ce fait, les bâtiments construits dans les années 1980 se rapprochaient beaucoup des constructions tardives de l’architecture moderne des années 1960 : bruts et exotiques, aux langages décalés. Expressions qui qualifiaient déjà la modernité laotienne des années 1960. Sur place, on pouvait ainsi rapprocher l’hôpital de l’amitié à la façade de l’hôpital Mahosot ou au Lycée de Vientiane, comme s’ils faisaient partie de la même génération. Soulignons que ces deux derniers bâtiments ont été construits durant la période américaine (1955-1973), ce qui ne devait pas être normalement comparable. En ce qui concerne un petit nombre d’édifices, ceux qui étaient construits dans la foulée des années 1980 et qui se voulaient représentatifs du langage architectural du nouveau régime, ne peuvent passer inaperçus. Mises à part des analyses formelles que l’on peut faire, un texte, un discours ou un manifeste nous manquent pour effectuer une analyse plus approfondie du discours théorique de ce type de constructions. Effectivement, l’Assemblée Nationale est un cas typique. C’est un bâtiment sans intérêt architectural, il exprime même une pauvreté certaine de ce point de vue : ayant un langage architectural composite et disparate, utilisant des matériaux de construction et des techniques de mise en œuvre médiocres, ayant une structure du plan non adaptée aux fonctions auxquelles il était destiné, étant mal implanté dans un site urbain et paysager pourtant exceptionnel. Cependant, au moment de sa construction, il était sensé de représenter l’architecture officielle du régime, et donc fondé sur un discours. Son architecte, Hongkat Souvannavong, formé à Cuba, avait tenté de s’imprégner de la culture locale en reproduisant l’image des frontons et les pignons de l’architecture lao, en travaillant sur le volume et l’image que le bâtiment devait donner à voir aux spectateurs. La couverture, la forme du toit, les pignons, etc., constituent apparemment les obsessions de ceux qui croyaient avoir fait revivre la richesse de l’architecture lao par ces éléments, tant dans les années 1980 qu’aujourd’hui. Or le plan, les rapports de proportions et la fluidité intérieurs / extérieure de l’architecture lao expriment le mieux son fondement spatial. Nous pouvons dire que la période des années 1980 a été marquée par deux expériences majeures, de valeur distincte. L’expérience russe, qui reliait certains bâtiments construits au Laos à un mouvement plus large de l’architecture moderne internationale comme une variante, mérite une étude approfondie : pourquoi avait-elle été si courte, et pour quelle raison elle n’avait pas apporté de véritables influences sur la production de l’époque et de celle qui avait suivi ? Les tentatives pour traduire le discours idéologique du marxiste-léministe nationaliste lao par des éléments architecturaux emblématiques (l’Assemblée Nationale et le jardin public qui se trouvait en face), et de surcroit, d’inspiration culturelle locale se plaçaient indéniablement dans une logique de recherche identitaire du régime. Dans les deux cas, cette courte période était une expérience spatiale exceptionnelle.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 456 - II. III. Les projections idéologiques dans l’expérimentation de villes nouvelles Les villes nouvelles au Laos étaient définies en dehors du corpus de ce qui pouvait désigner habituellement les “ villes nouvelles ”. Dans la majorité des cas, c’étaient des reconstructions des villes détruites pendant la guerre froide, très exceptionnellement des nouvelles constructions sur un site inoccupé par une occupation antérieure. La quasi-totalité des villes nouvelles était située dans les anciennes zones libérées, refondées sur des bases nouvelles, après leur destruction par la guerre. Victimes des bombes Napalm et des bombes phosphore à la fin des années 1960 et au début des années 1970, on essayait près d’une décennie plus tard de les reconstruire. Les villes nouvelles sont ainsi désignées parce qu’elles étaient refondées dans la méconnaissant de la base fondatrice ancienne, détachées de leur passé et parfois de leur site. Elles étaient “ nouvelles ”, aussi parce qu’elles avaient introduit le socialisme utopiste, obsédées par les répartitions fonctionnelles, et enfin parce qu’elles se voulaient fondatrices d’un modèle de société, multiethnique et égalitaire. II. III. a. La méconnaissance de la base fondatrice des villes nouvelles, l’ambiguïté de l’idéalisation du peuple multiethnique : brassage culturel et “ laoisation ” Le déracinement historique On profitait aussi dans ces nouveaux établissements pour refonder les villes et les villages dans un esprit nouveau, détaché de l’histoire locale, de manière plus ou moins involontaire de la part de leurs habitants. Le détachement de l’histoire a été induit par le contexte de la guerre : une bonne partie des espaces communautaires de rassemblement et de mémoire (comme les pagodes et les monuments religieux, ou comme l’organisation sociale villageoise) a été touchée par les bombardements : les habitations délaissées, les organes sociaux de base défaits, entrainant la perte des usages et la déstructuration des schémas symboliques de l’espace des villes et des villages. De même, les zones agricoles étaient difficilement exploitables à cause des bomby non explosées, etc. La mémoire et les liens sociaux et culturels étaient parfois irréversibles, perdus avec les éléments et les pratiques spatiaux anciens. Le détachement par rapport au passé et parfois par rapport au site reflétait la méconnaissance des bases fondatrices anciennes par les nouveaux habitants et la nouvelle autorité urbaine et villageoise. A Oudomxay le centre-ville actuel (la “ ville nouvelle ”) se développait davantage sur la grande route pénétrante, alors que le vieux village qui était fort vivant (d’après ses anciens habitants) se trouvait au pied de la colline, à l’opposé du centre actuel. De même, à Samneua, le grand et vieux village, avec l’ancienne pagode, n’occupait plus la position centrale, la ville nouvelle (aujourd’hui devenue assez vaste) s’étendait ailleurs en se détachant de lui, le laissant devenir comme un quartier annexe. Les caractéristiques physiques principales des “ villes nouvelles ”, étaient leurs grands îlots, leurs larges voies, leurs larges trottoirs, avec parfois des lampadaires qui fonctionnaient la moitié du temps, mais prévus pour des extensions futurs éventuelles. Car on prévoyait effectivement que ces villes allaient s’étendre et se développer avec l’augmentation du nombre de leurs habitants, de leurs activités, et les grands équipements allaient peut-être être nécessaires, etc. Sur les poteaux électriques, il y avait régulièrement des hauts-parleurs donnant les informations et les recommandations à suivre à la population. Les villes nouvelles étaient, pour ainsi dire, caractérisées par un certain desserrement général, avec une population malgré tout un peu parsemée. Elles ressemblaient aux villes fantômes, sans vie, à part les rassemblements de meeting politique obligatoires. Les pratiques et les parcours spatiaux étaient devenus différents. Les grandes voiries changeaient le rapport de proximité entre les équipements communautaires (pagodes et marché de proximité) et les villages et entre les villages eux-mêmes. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 457 - La notion du peuple multiethnique Mise à part son aspect physique les “ villes nouvelles ” s’étaient illustrées aussi par leur aspect social. Une bonne partie des habitants de souche avait migré avant 1975 vers les territoires moins exposés aux combats. Parfois, ces derniers revenaient chez eux. Souvents, il s’agissait des habitants qui s’étaient installés tout de suite après, lorsque la paix était revenue. Ces derniers aidaient en partie à tempérer les liens sociaux entre les nouveaux habitants de diverses provenances et aussi à anticiper sur la manière de s’installer dans le site et à raviver certaines pratiques anciennes. Mais dans le milieu des années 1970 et au début des années 1980, cela a été insignifiant, puisqu’il ne s’agissait pas de reconstituer une société d’avant, mais de construire une nouvelle société révolutionnaire. En occurrence, le nouveau régime faisait beaucoup d’effort pour que ces établissements puisaient revivre de nouveau, mais dans une recomposition sociospatiale et politique nouvelle. La promotion pour les nouvelles installations se réalisait partout dans le pays. Tous les groupes ethniques confondus étaient concernés. La reconsolidation par rapport à l’histoire locale et par rapport à l’usage social habituel des lieux ne pouvait pas se réaliser aisément, parce qu’il y avait beaucoup de nouveaux habitants qui venaient avec leur propre pratique et leur propre mémoire, en particulier lorsque cette recomposition nouvelle était composite. A Muang Xay (capitale de la province d’Oudomxay) autrefois majoritairement peuplé de Tai Lü ou à Muang Hongsa (province de Xayaboury) peuplé de Gnouanes, le mélange ethnique dans un même lieu de vie était devenu systématique. L’idéologie du “ citoyen multietnique ” (Pasason banda Phao xt-k-qo[aofkgzqJk) était un concept politique pour se démarquer de l’Ancien Régime. Il était symbolisé par le fait que les divers composants ethniques devaient vivre ensembles dans une société égalitaire, rassemblée autour du parti-État. Celui-ci était le libérateur de ces peuples qui avaient longtemps été soumis et exploités par les “ sakdina féodaux ” de l’Ancien Régime. En réalité la mixité espérée ne s’était pas vraiment opérée : les études des anthropologues, par exemple, ont montré que l’endogamie a été, dans la majorité des cas, fortement préservée dans les villes sensées être les plus mixtes,788 même si les modes d’habiter et de paraître devenaient de plus en plus indistincts dans certaines localités. Alors que dans le régime féodal dominé par les Lao Tai d’autrefois, on remarquait que certains groupes khmu adoptaient depuis bien longtemps les vêtements tai lü tout en faisant reconnaître leur identité d’origine (l’exemple du cas de Luang Namtha). D’autres, tels les kha Samtao à Vieng Phu kha, adoptaient le bouddhisme lü probablement depuis le XVIe siècle. Au résultat, le « peuple multiethnique » est un concept de brassage culturel dominé, à termes, par une certaine laoisation des minorités ethniques, puisque la culture nationale de la nouvelle société -celle de l’ethnie dominante- demeurait celle des Tai Lao. L’idéal de société multiethnique aurait été instrumental pour adhérer en nombre les diverses populations, débarrassées de leur passé et de leur histoire. Leurs liens et leurs pactes historiques passés avec l’ancienne société lao ont été déstructurés, remplacés par les valeurs du nouveau régime. Dans la culture ancienne le muang et le ban des Lao Tai, rappelons-le, étaient peuplés certes que de Lao Tai, mais à l’extérieur de leurs « remparts » et de leurs « palissades » il y avait des communautés ethniques, avec qui les Lao Tai du muang et du ban commercialisaient, troquaient et constituaient des pactes, et sur qui ils fondaient aussi leurs richesses. La destruction de ces anciens pactes aurait alors facilité la reconstruction des nouvelles souches sociétales révolutionnaires pour le nouveau régime. Ainsi, en faisant adhérer les ethnies à la culture révolutionnaire, estimant mettre tout le monde à égalité, cela revenait indirectement au fait que les communautés abandonnent leur propre identité. Coupées de leurs fonds culturels, les communautés ethniques seraient aussi coupées de leur forme d’intégration historique à l’organisation du Laos ancien. Et bien que le fonds culturel des populations non-LaoTai ne repose pas uniquement sur les liens historiques avec les muang Tai-Lao, ces liens historiques constituent les conditions majeures de la question d’intégration. Ceci, pour que l’intégration ne soit 788 D’après Grégoire Slémer. 2010.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 458 - pas l’assimilation, voire, l’aliénation. C’était probablement aussi par le processus de délier les liens historiques que la société lao ancienne serait définitivement abolie. L’exemple de l’intégration des Hmong dans l’ancien système (cas le plus récent, car les Hmong étaient arrivés au Laos que dans le milieu du XIXe siècle) serait le plus à même d’expliquer le phénomène.789 II. III. b. La ville socialiste et ses équipements, le souci de fonctionnalité A partir des années 1980, quelques équipements publics et collectifs ont commencé à être construits, la coopération avec l’Union Soviétiques étant devenue plus active, mettant en perspective la coopération avec les autres pays de l’Est. Par ailleurs, le ministère des travaux publics et de la construction a peu à peu été restructuré ; le plan d’action de trois ans a également clarifié les besoins dans le secteur des bâtiments et des travaux publics, masqués auparavant par la méthode du provisoire et du débrouillardise de la période des 2-3 premières années de l’après-révolution. Les premiers équipements que l’administration considérait comme prioritaires étaient les marchés pour permettre les échanges locaux des produits de consommations de base, et l’amélioration des centres administratifs des chefs-lieux de province. Les hôpitaux et les écoles (nouvelles constructions ou amélioration de l’existant) ont été inscrits mais les problèmes économiques et le manque d’investissements publics n’avaient pas permis de les réaliser dans les années 1980. Leurs constructions ont été ainsi différées de près de dix ans. Par contre, les lieux de rassemblement ou de représentation du nouveau pouvoir ont été pensés assez tôt, même s’ils n’avaient pas été construits de suite. Ce fut le cas de That Virason à Vientiane construit à l’extrémité de l’esplanade du That Luang. Ce fut le cas des places aménagées dans les chefs-lieux des provinces pour accueillir les rassemblements ou les événements populaires, telle l’aire où étaient plus tard érigés les bustes de Kaison Phomvihan. En ce qui concerne les infrastructures routières de base, les efforts ont été préconisés de manière constante dès le début, car la mise en liaison entre les provinces dans l’ensemble du pays était la clé du développement, du contrôle et de la sécurité du pays. Les prisonniers des camps de rééducation, notamment les militaires ou les plus jeunes prisonniers de l’Ancien Régime ont été mobilisés pour la construction des routes.790 A travers des témoignages et par bien des aspects (travaux forcés, les gens séjournaient quelques fois dans les camps mobiles, au gré des besoins de bras) on pouvait penser que les camps de rééducation n’avaient pas été créés pour la rééducation politique, mais par besoin de bras pour créer des liaisons routiers sans dépenses pour la main d’œuvre. De manière générale, c’était le souci de fonctionnalité –lié au concept « progressiste »- qui sous-tendait la manière de construire des équipements et de les insérer dans la ville. Ce souci était lié à la programmation du système collectiviste, mais aussi à la formation d’une nouvelle génération d’architecte et de techniciens du bâtiment et des travaux publics, nés avec la création de l’école d’architecture et d’ingénierie attachée au ministère de la construction. Vers 1981, l’école d’architecture a été fondée. Ses fondateurs étaient de formation française issus plutôt de la formation en ingénierie. Mise à part cette spécificité, les coopérations avec l’Union Soviétique et les autres pays de l’Est ont aussi joué un rôle important dans la formation de l’école et dans la qualification des futurs architectes qui allaient plus tard travailler tant dans les administrations urbaines que dans les secteurs privés. Les projets étudiants des premières années de la fondation de l’école d’architecture (attachée alors au ministère des Travaux Publics et de la 789 Le chef coutumier du clan Ly qui était considéré comme le chef de la majorité des groupes et clans hmong du Laos et qui avait été intégrés dans le système nobilière coutumier lao, au nom des traditions d’intégration des ethnies qui remontait probablement au XVIe–XVIIe siècle, l’emprisonnement en 1975 du chef de clan -Phraya Touby Lyfoung- suivi par son décès en détention, marquait la fin des pactes anciens, comme la fin de la monarchie lao. 790 Cf., le témoignage d’un ancien prisonnier dont tout le camp avait été mobilisé pour la construction de la route numéro 9. Mothana, La route numéro 9. Op, cit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 459 - Construction) démontraient un lien évident entre une formation francophone, plus axée sur le domaine technique et de l’ingénierie et une formation soviétique plus orientée vers le souci de répartition des fonctions de l’espace architectural et urbain791 (voir les archives de l’ITTP.) Il n’y a quasiment pas de pédagogie de recherche et d’analyse de terrain. L’histoire de l’architecture avait été enseignée en bloc, sans mise à distance (quel manuel de l’histoire de l’art et de l’architecture, et qui l’écrit ?) et sans contextualisation par rapport à l’espace lao et son histoire. Les projets étudiants étaient théoriques et utopistes donc l’évaluation aurait été faite d’après « le degré de l’imagination de l’étudiant ». En tout état de cause, cet état d’esprit correspondait à la pensée des villes nouvelles que le gouvernement avait tentée de promouvoir. Puis, lorsque la coopération avec les pays de l’Est devenait encore plus fructueuse à partir du début des années 1980, et lorsque quelques équipements collectifs avaient été construits avec leurs aides, la pédagogie de l’école ainsi que les projets d’architecture des étudiants avaient également évolué vers la mise en formes des programmes collectifs. Axer l’enseignement sur une production spatiale cantonnée au souci de fonctionnalité et au souci du seul usage public et collectif sans l’étude programmatique, sans l’analyse des sites et des modes d’usage, sans des relevées et des essais de classification typologique, etc. (oubliant l’individuel et le familiale, l’individualité des perceptions, le pittoresque, qui caractérisent finalement le contexte local) a profondément formaté les futurs architectes et ingénieurs, ainsi que le système de production spatial en cours de formation alors, et bien plus tard. Le manque d’analyse ou de connexion à la recherche et aux leçons du passé était une carence pédagogique qui allait devenir un handicap pour les futurs opérateurs, acteurs et décideurs de la ville. Ce handicap a été souligné à maintes reprises par les responsables du secteur : il est souvent constaté que les études urbaines ou les études de projets effectuées par les experts internationaux, plus tard dans les années 1990 et 2000, n’étaient généralement pas compréhensibles et mises en application de manière adéquate par les agents locaux. Une formation adaptée au contexte culturel et technique local aurait été fortement souhaitée. De fait, les handicaps peuvent remonter aux premières années de la création des formations en architecture et en ingénierie où les analyses, les recherches et les échanges avaient été absents. Conclusion On voit apparaître dans cette deuxième période du régime la mise en place des perspectives et des dispositifs spatiaux nouveaux pour restructurer l’ensemble du pays. Mais ils concourent directement à ruraliser la ville : sa fonction urbaine et politique est réduite, selon des impératifs idéologiques du régime qui fait l’apologie du travail, de la paysannerie et de la campagne au détriment de la ville. - L’administration et l’exécutif sont les premiers secteurs touchés. De la responsabilité individuelle et hiérarchique basée sur les compétences, les décisions de l’administration et de l’exécutif sont passés à la responsabilité collective, basée sur la logique de l’appareil politique valorisé au sein du Parti Populaire Révolutionnaire, placé dans tous les échelons de la structure de l’Etat et du pouvoir local. La structure de ce dernier a été modifiée : l’administration de la ville-agglomération urbaine, par exemple, est réunie à l’administration de la province ; le nouay, un comité de quartier, une subdivision du village, est créé, réduisant le rôle traditionnel paternaliste et fondateur du chef du village. - Les principaux autres dispositifs imposés à la population prônent l’autosuffisance comme une vertu. Voulant contrôler la production, la répartition des biens dans une société qui se veut 791 Les titres des rendus de projets étudiants étaient en français, sous entendant que les experts enseignants russes utilisaient aussi le français pour communiquer avec les professeurs lao ainsi qu’avec les étudiants. Beaucoup d’entre eux sortant du lycée de Vientiane dans les années 1975 étaient francophones.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 460 - égalitaire, l’Etat impose le collectivisme dans la démarche de la réforme agraire, étatise les biens fonciers et immobiliers, impose les travaux collectifs à la campagne et en milieu urbain. L’absence des services urbains et des services publics –disparus avec l’Ancien Régime– est considérée comme une leçon inculquée à la population. Au résultat, les diffétents dispositifs aboutissent sur un premier phénomène incontrôlé par l’Etat : l’espace s’auto-gère peu à peu, la ville et ses espaces non planifiés se déploient de manière anarchique : les quartiers périphériques se constituant dans le désordre et sans règles, l’usage de l’habitat et de la ville changant de fonctions par la venue importante de la population rurale, leurs états de conservation se dégradent rapidement. Dans cet effacement de la ville au profit de la campagne, l’espace urbain expérimente une production architecturale particulière, timide mais identifiable au début des années 1980, à travers des nouveaux équipements et bâtiments emblématiques. Il se dote aussi de nouveaux programmes architecturaux, démonstratifs souvent de projection sociale hétérotopique. A l’échelle du territoire, le régime se projette aussi idéologiquement dans l’expérience de villes nouvelles. Annonçant comme villes socialistes, soucieuses de fonctionnalité, elles sont conçues dans l’idéalisation du peuple multiethnique –brassage culturel et “ laoisation ”– dans la méconnaissance et la négation totale de la base fondatrice historique et sociale de l’espace et de l’humain.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 461 - CHAPITRE III. Temps trois : les bilans et leurs implications, nécessité de la réforme de 1986 La conception générale conçoit que la réforme politique laotienne rentre dans un mouvement généralisé de l’effondrement du bloc socialiste et du changement de clivages idéologiques qui s’est amorcé dix ans après la fin de la guerre froide. Ceci compose effectivement les grandes lignes analytiques pour la compréhension de cette période historique mondiale. Cependant, force est de constater que la répercussion de l’effondrement idéologique dans les pays du bloc socialiste, ont des résultats et des implications différenciés d’un pays à l’autre. Le Laos est parmi les cas atypiques que sont la Chine, le Viêtnam et Cuba. Le Laos ne prend pas complètement part à l’effondrement du système communiste. Car la politique laotienne ne conçoit pas cela comme la fin des idéologies, mais s’est approprié de cet effondrement comme leur propre volonté de se réformer de l’intérieur. Il considère en fait qu’il y a au Laos une sorte d’implosion nécessaire du système marxiste-léniniste qu’il conçoit toujours comme possible à construire, et non pas son explosion qui aurait causé sa fin dans les pays de l’Est. Pour ce faire, les bilans que le Comité Central du Parti (CCP) appelle « leçon » ont été élaborés.792 Nous abordons dans ce chapitre d’abord la question de bilans que l’on doit traiter à travers deux niveaux de lecture. Ensuite, nous évoquons le particularisme des actions préconisées pour la réforme et leurs implications directes ou indirectes dans la restructuration spatiale dans les années qui ont suivi. III. I. Les bilans La nature opaque et autoritaire du régime politique793 nous oblige à considérer les bilans de deux manières, selon deux lectures. Le premier bilan ou la première lecture est celle que le gouvernement laotien annonce officiellement, celle que l’on trouve dans les rapports du CCP, en particulier celui rédigé lors du IV congrès du PPRL au mois de novembre 1986. La deuxième lecture ou bilan est celui des constats que nous tentons de comprendre à travers les faits et les actions politiques qui n’étaient pas forcément inscrits dans les rapports officiels ou prévus dans les plans d’action du PPRL. Le deuxième bilan est, de fait, celui qui donne des explications à la nécessité de faire de la réforme. C’est celui que le pouvoir n’annonce pas, car sa reconnaissance équivaut l’acceptation de l’effondrement idéologique, toujours en cours d’exercice. Ceux qui ont tenté de remettre en question l’idéologie par rapport à la réalité en ont payé le prix fort.794 En 792 Thot Thone Bot Hiane, « tirer des leçons », concept galvaudé, utilisé dans les écrits officiels destinés à la formation des membres du PPRL à la pensée réformatrice, notamment dans Les cinq leçons du PPRL dans la nouvelle réforme, comité de propagande et de formation du CCP, Vientiane, 2000. 793 La particularité du régime laotien réside dans le fait que l’autocritique au sein de l’appareil décisionnel constitue l’une des vertus révolutionnaires. Cependant les critiques extérieurs sont totalement proscrites et considérées comme actes d’affront montés par « des ennemis dont les objectifs seraient la destruction du régime ». C’est l’une des raisons qui expliquent l’existence de deux bilans distincts : celui que l’on accepte et que l’on diffuse et celui que l’on refuse et que l’on considère comme infondé. 794 Ce fut le cas des dissidents de l’année 1990. Ces derniers, à partir des expériences empiriques avaient effectué un bilan du régime. Ils constatèrent d’abord l’effondrement du système politique, économique et social du marxisme- léninisme entrainant la fin des idéaux. Ils constatèrent ensuite que le système était inadapté au Laos, et ils proposèrent donc des plans de réforme. En proposant le multipartisme, entre autres -comme l’une des conditions de la réforme, leurs plans Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 462 - conservant le fond idéologique du régime dans la réalisation de la réforme économique, le régime endossait un double faciès. L’identification des deux bilans est importante, car elle nous permet de comprendre pourquoi le régime politique laotien ne s’était pas effondré comme ce fut le cas des pays de l’Europe de l’Est. Elle nous permet également de comprendre que le double faciès avait permis au régime de se renouveler et de se restructurer, sans perdre ni le pouvoir ni « la face » vis-à- vis du monde, la « face », une importance spécifiquement lao. III. I. a. Les bilans du Comité Central du Parti portant sur le régime Nous tentons ici d’effectuer une lecture transversale des rapports du CCP présenté au IVe Congrès du PPRL en 1986. Les bilans officiels nous expliquent la continuité de la politique du gouvernement lao et nous donnent un éclairage sur le contexte des années qui ont suivi, notamment en ce qui concerne la situation politique actuelle. A la différence des anciens blocs socialistes de l’Europe de l’Est qui ont connu, selon les dirigeants lao, « une corruption idéologique » causant l’effondrement de leur propre système,795 l’autorité dirigeante du PPRL réaffirmait dans le texte de la réforme [chitanakhane maï, 9yf8tokdkows,j] sa fidélité à la base idéologique marxiste-léniniste et rappelait le particularisme du régime politique laotien désigné de démocratie populaire. Tout en insistant sur l’absence de rupture idéologique dans la réforme chitanakane maï que le régime mettait en œuvre, il mettait en évidence la réalité économique ou le mécanisme économique – l’angle d’attaque par lequel la réforme a été mise en œuvre afin de réadapter et réformer le système politique, proposant ainsi le « Nouvel Mécanique Economique » III. I. a. 1. Les justificatifs idéologiques et économiques Les justificatifs de la réforme se voulaient avant tout corollaires au mécanique économique et non au mécanisme doctrinal. Le PPRL remettait en cause le moins possible l’idéologie du régime. Ils se voulaient scientifiques et progressistes, ils se défendaient d’être un régime « théorique et utopiste ». La nécessité de la réforme mise en place voulait montrer au monde le côté pragmatique et scientifique, éclectique et clairvoyant de la classe dirigeante et du parti-État lao : « Lorsque le régime effectue ses analyses avec intelligence (autocritique), il prend l’initiative de faire la réforme et ne persiste pas dans des actions qui n’étaient pas appropriées ». 796 A travers les discours politiques de la réforme, le fondement et la forme politique du régime ont été ainsi mis à nu. Ceux-ci démontrent que l’idéologie a été étroitement associée, voire, a dominé complètement la manière et le savoir bureaucratique et technicien de la gouvernance. La réforme symbolisait davantage le fait que le régime consentait à distinguer d’une part le domaine doctrinal du domaine technique de la gestion et du fonctionnement socioéconomique du pays. L’idéologie du régime devait être placée à part, dans une autre sphère et protégée de l’insuccès économique notamment lié au collectivisme. Avec la réforme, le PPRL consentait à affranchir le savoir technicien et bureaucratique de la domination doctrinale du régime, en lui permettant de réformateurs qui se veulent intellectuellement sincères se heurtèrent au noyau décisionnel du PPRL qui considéra que leurs plans de réforme ne permettaient pas le renouvellement du régime mais conduisaient au contraire à la remise en question du fondement même du régime et son système de pouvoir. Trois réformateurs étaient alors devenus dissidents : Thongsouk Saysangkhi (au poste alors de Secrétaire d’État aux Sciences et Technologie), Lathsamy Khamphoui (également au poste de Secrétaire d’État de l’Economie et du Plan), Phèng Sakchittaphong (haut fonctionnaire du Ministère de la Justice) ont été emprisonnés le 8 octobre 1990 pour 14 années de détention après un rapide procès pour « subversion idéologique ». Deux parmi les trois ont été libérés en novembre 2004, Thongsouk le leadeur étant décédé en février 1998 en détention. Cf. Amnesty Internationale ; La Ligue pour le droit de l’homme. Ces trois hauts fonctionnaires auraient représenté près de 200 partisans de la fin des années 1980, mais qui sont aujourd’hui à la retraite ou convertis aux affaires ou qui font profil bas dans les bureaux des services ministériels. 795 Expressions (traduites) utilisées par les membres du PPRL eux-mêmes critiquant la transition politique des pays de l’ancien bloc communiste de l’Europe, comme une trahison au marxisme-léninisme. In : Pages historiques de la lutte héroïque du peuple lao, Comité de propagande et de formation du CCP, Imprimerie RDPL, Vientiane 1980, pp 39-40. Op, cit. 796 « ,uc8jgIafco;oAo gIqk9nJ’[+8qdg0Qk.lJ ]afmy7eru », « C’est en procédant ainsi (différents points de réformes) que notre parti ne sera pas qualifié de doctrine livresque », in : Kaison Phomvihan, Rapport politique du Comité Central du PPRL devant le IVe congrès du parti, Imprimerie de la RDPL, Vientiane 1986, p13.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 463 - s’ouvrir et de coopérer avec les institutions étrangères et internationales, tout en ayant un contrôle sévère sur un écartement idéologique éventuel qui pouvait en être issu. Le discours du Président Kaisone Phomvihan nous éclaire sur ces dispositifs. Pour remédier aux difficultés qui avaient empêché le régime, durant les dix années passées entre 1975 et 1985, d’atteindre le niveau suprême du socialisme, la période intermédiaire a été définie comme un temps nécessaire pour que la société tout entière puisse effectuer sa transition vers le socialisme marxisteléniniste. Cette période intermédiaire devait passer par certains compromis, notamment pratiquer une économie de marché, donner plus de libertés aux échanges afin de créer la circulation des biens, réviser certains aspects du collectivisme, etc. Cinq leçons ont été énoncées pour permettre la mise en perspective des stratégies de réforme (qui contenaient sept points majeurs) et mettre en place le deuxième plan quinquennal, 1986-1990, (contenant douze actions à entreprendre). Et pour « garantir » la réussite des stratégies de réforme et la mise en place du plan quinquennal, Kaisone Phomvihan recommandait six actions à mettre en œuvre pour maîtriser la réforme économique. Les cinq leçons Les cinq leçons se trouvaient en fait dans les cinq domaines d’action menés par le parti. 1. Le contrôle de la directive stratégique et opérationnelle du parti devait être encore renforcé afin d’englober tous les secteurs et domaines. Les orientations devaient être ciblées de manière pragmatique, flexible et adaptable par rapport aux contextes, de façon à ce que ces orientations en soient effectives. 2. La consolidation de l’unité et de la solidarité à l’intérieur du parti et chez le peuple devait être renforcée. Car elle était le cheval de bataille de la réussite de la révolution du pays. 3. Confirmation de l’attachement profond du pays à la base de fondation du régime (la politique, l‘économie, le social et la culture, la défense et la sécurité), la construire et la renforcer avec conviction et de manière complète, afin de réaliser la double grande stratégie tout en menant les trois révolutions (révolution dans la force de production, dans les rapports de production, dans la pensée et dans la culture) jusqu’au bout. Car cette base de fondation est le bastion du régime socialiste. 4. Dans toutes les actions et décisions portant sur le domaine économique, il faut connaître les règles et les contextes de leur réalisation, savoir évaluer les causes, les effets et les résultats de ces actions. 5. Renforcer encore la coopération entre les pays socialistes frères. Avant tout, avec l’Union Soviétique. Construire une force de l’union spéciale entre la RDPL, le Viêtnam et le Cambodge. Utiliser toutes les conditions favorables de l’époque pour construire le socialisme du pays. Les sept points stratégiques de la réforme économique Les sept points ont été définis par le IVe congrès du parti, en complément des réalisations des dix premières années du régime. 1. Pour atteindre le socialiste de manière complète, il faut procéder de manière progressive et par étape la transformation de la production de la main d’œuvre artisanale vers une industrialisation mécanisée. 2. Sachant que la période intermédiaire devant encore accepter l’existence de plusieurs formes de production économique (ceux qui sont socialistes et ceux qui ne le sont pas), il faut procéder progressivement à la transformation de ces structures économiques vers la structure socialiste unique. Celle-ci n’existe que sous deux formes : structure économique de l’État et structure collective. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 464 - 3. Etendre le nombre des prolétaires et améliorer leur niveau qualitatif. Faire en sorte que les paysans des collectifs agricoles et les intellectuels socialistes existent vraiment et deviennent les citoyens de base de la nouvelle société. 4. Améliorer et affirmer la dictature prolétarienne en élargissant la démocratie socialiste et en renforçant l’unité sur la pensée politique et sociale. 5. Procéder à la révolution de la pensée et de la culture, visant à la construction de la nouvelle culture et de la nouvelle société de manière progressive. 6. Améliorer et soigner les conditions de vie du peuple prolétarien et multiethnique et régler les problèmes sociaux de manière adéquate. 7. Reconstruire le système de gestion et de contrôle dans tous les secteurs des mouvements sociaux, tout en prenant en compte les intérêts de la société dans son ensemble, des intérêts collectifs et des intérêts privés. Les douze priorités du deuxième plan quinquennal, 1986-1990 1. Régler les problèmes des biens usuels et alimentaires sur la base du développement complet de la production agricole. Les objectifs fixés étant que la production de produits alimentaires puisse atteindre 450 à 500 kilogrammes par tête habitant et par an, qu’elle soit exportable et qu’elle alimente l’industrie légère intérieure. 2. Limiter jusqu’à l’arrêt complet de la culture sur brûlis et développer le reboisement des forêts du pays. 3. Construire la structure du secteur associé, agriculture - forêt - industrie, de manière à ce qu’elle se concrétise, et qu’elle soit adéquate à la situation du pays. 4. Procéder à la constitution et à la répartition des zones économiques, planifier et fixer les règles concernant la construction des unités rurales et des unités urbaines, notamment créer progressivement des nouveaux centres socioéconomiques dans chaque district, tout en prenant soin de créer les chefs-lieux des muang, les chefs-lieux des provinces existants, de sorte qu’ils deviennent les centres urbains, des centres économiques, culturels et sociaux. 5. Développer le transport et la communication afin de favoriser les possibilités de développement des ressources et des richesses diverses du pays, d’améliorer les liaisons entre le centre, les provinces et les districts. 6. Mettre à profit les progrès scientifiques et techniques et mettre en place les travaux de sondage et d’enquête des sols. 7. Réparer et augmenter la capacité dirigiste de l’économie de l’État. Développer le secteur économique de coopérative. Parallèlement au développement de l’économie mixte, réparer les coopératives existant dans différents domaines. Diversifier les métiers et augmenter la production des produits issus des coopératives. 8. Améliorer et développer les systèmes commerciaux et de distribution socialiste. Associer l’agriculture et l’industrie de sorte que le milieu rural et le milieu urbain soient reliés. Préconiser le système de contribution des ouvriers et des agriculteurs afin de soutenir le développement de l’économie nationale. 9. Mettre tous les efforts pour assainir le système financier et monétaire. 10. Développer les relations avec l’internationale. Le pays doit élargir ses relations extérieures et tirer le plus possible de profits de la coopération et des aides internationales, non seulement avec les pays du bloc soviétique, mais aussi avec les autres pays de la région et du monde. 11. Construire le système de droit socialiste et le rendre effectif : recherche et rédaction des règles et des droits, former des organes juridiques (tribunal) et le comité de contrôle populaire de l’échelon central au échelon du district, préconiser la création de l’école de droit et la formation des agents compétents du domaine juridique, etc.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 465 - 12. Développer le secteur éducatif en améliorant le niveau et la qualité de la formation. Développer le secteur culturel comme un combat important de sorte qu’il serve les orientations politiques et socioéconomiques que l’État a planifié. Développer le secteur de la santé publique en donnant priorité à l’éradication des maladies endémiques, notamment le paludisme. Les recommandations du PPRL pour maitriser la nouvelle mécanique économique 1. « le parti-État doit comprendre et maîtriser les caractéristiques de base de l’économie de notre pays, selon les points de vue suivants » : a- créer l’équilibre entre les produits commerciaux et le système monétaire dans l’économie du pays, de sorte qu’elle puisse devenir une économie planifiée et maîtrisée. b- Utiliser les potentialités de toutes les unités économiques pour développer la production. c- Construire l’économie centrale tout en développant l’économie locale. d- Utiliser la coopération économique avec l’étranger de manière efficace. e- Préoccuper des intérêts des travailleurs de manière adéquate. f- Maîtriser les caractères et les analyses matérialistes de la gestion économique. 2. Le parti-État doit préconiser l’arrêt du contrôle économique de manière centralisée du haut vers le bas. Il doit initier et favoriser les initiatives privées et l’autonomie individuelle des unités locales ou se trouvant en bas de l’échelle. Il s’agit de l’autonomie financière, de planification et de décision des unités économiques de base. Pour cela : a- il faut régler les contradictions entre le droit à l’autonomie de gestion et de commerce des unités économiques de base et le dirigisme centralisé du système. b- L’économie planifiée étant le propre du système socialiste, il a cependant besoin d’être réajusté. La planification de l’État doit aussi prendre en compte les contextes locaux, les lois de l’offre et de la demande, elle doit se baser sur le marché. La production doit répondre aux besoins, etc. c- il faut utiliser les prérogatives existantes dans le bon sens pour permettre une amélioration générale de la production, de la qualité, du prix de revient et du prix de consommation. Les conditions de vie de la population, de celle qui fait la production et de celle qui en consomme doivent être ensemble améliorées. 3. Dans le réajustement du mécanique économique, il y a également un autre point que le parti-État souligne. Il s’agit de régler le rapport hiérarchique entre le pouvoir central et le pouvoir local de manière équilibrée, afin de responsabiliser le pouvoir local dans la gestion socioéconomique locale.797 III. I. a. 2. Les bilans économiques et les mesures concrètes réalisées Contrairement aux justificatifs idéologiques qui esquivaient avec zèle le constat de l’effondrement du système marxiste-léniniste et qui pointait plutôt le doigt sur l’inadéquation technique de l’économie qui fallait corriger, le bilan économique sur quelques points a mis en cause de manière intrinsèque l’idéologie politique du régime lui-même, du moins certains systèmes et actions mis en place et conduits dans le cadre très doctrinal du régime. Les justificatifs idéologiques et des principes économiques ont déjà mis en évidence les différents problèmes qui ont nécessité la réforme, nous proposons dans ce petit paragraphe de souligner les différents points et chiffres pour les illustrer. Soulignons, avant les chiffres, les bilans du secteur économique dressés lors du IV congrès du parti. Ceux-ci ressemblaient à une auto-critique qui mettait en évidence les « défauts et les points 797 Ibid.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 466 - faibles » du système et qui permettaient une perspective sur les points de réforme que nous venons de noter : 798 « - l’État n’a pas assez développé le secteur associé, agriculture - forêt - industrie, qui aurait été la base de l’industrialisation du pays. - Dans le développement du secteur des transports et des communications, les initiatives locales ont été quasiment inexistantes. Les pouvoirs locaux ne sont pas assez autonomes. Attentistes, ils se sont trop appuyés sur les directives et les budgets centraux. - Le réseau commercial ne s’est pas constitué véritablement. La circulation et la distribution des produits de l’État et ceux des collectifs ne peuvent toujours pas satisfaire quantitativement les besoins de la population. La volonté de faire transiter l’économie d’autosuffisance (production auto-consommée) vers l’économie de production des produits commercialisables que nous avons préconisée, tâtonne et n’a pas pu atteindre l’objectif voulu. - La construction du socialisme réalisée au Laos a été faite de manière trop rapide dans l’urgence et ne prenant pas assez en compte le contexte et la réalité locale : dès l’investiture du régime, l’État avait aboli les unités économiques existant qui n’étaient pas socialistes, pensant ainsi que le socialisme allait être atteindre plus rapidement. - Le changement du système de contrôle et de rétribution centralisée vers une gestion et une autonomie financière locale n’a pas pu vraiment se faire. Les activités commerciales n’ont pas su se doter de profits. - Les outils économiques dans leur ensemble étaient incomplets dès le départ pour mener une bonne construction de l’économie nationale. Certains agents de l’État, chargés de l’exécution des dispositifs économiques, n’avaient pas de compétences requises ou étaient préoccupés par leurs propres intérêts et les intérêts de leurs relations et parentés. - Les échanges et la coopération commerciale avec les pays étrangers n’étaient pas assez développés. Les fonds issus des prêts et des aides provenant des pays socialistes et des autres pays n’étaient pas utilisés à bonne essence : il y avait beaucoup de gaspillage et les résultats étaient médiocres. » Ajoutés à ces points d’autocritique, quatre points résumaient la nécessité de réforme économique de 1986 : 1- le statuquo de la production, voire la régression, 2- l’inflation, 3- la pénurie des biens de consommation et des biens et des services, 4- les déficits budgétaires. Quelques chiffres des années 1980799 - Les importations : 70% des importations des biens de consommation provenaient de la Thaïlande. Ce qui correspondait à environ 273 articles consommables courants. - Les exportations : elles représentaient le tiers de l’importation. - Les aides étrangères : elles représentaient chaque année 95 millions de dollars US. Les aides extérieures entre 1975 et 1986 représentaient 60% du budget national. - Les dettes extérieures : elles représentaient 390 millions de dollars US en 1983, dont 260 millions envers le bloc socialiste et 128 millions envers les pays des zones convertibles. - Le PNB : le PNB par habitant en 1984 était de 98 USD. La RDPL était classée parmi les pays les plus pauvres du monde. - La production industrielle : elle représentait 5% du PNB. - Le pouvoir d’achat : il était très bas. Le salaire d’un fonctionnaire était de 20 à 50 USD. Les mesures concrètes engagées, touchant le secteur économique800 798 Ibid. 799 Kham Voraphet, Laos. La redéfinition des stratégies politiques et économiques (1975-2006), éd. les Indes Savantes, Paris, 2007. 800 Ibid.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 467 - - Mise en place des dispositifs pour lutter contre l’inflation : tenter d’équilibrer le cours officiel et le marché libre du kip, libéralisation des prix domestiques et des transactions internationales. - Réforme dans le domaine agricole : adoption du principe de la liberté des prix selon l’offre et la demande, les anciennes terres des coopératives ont été redistribuées aux paysans, avec droit de jouissance. - Mise en place des dispositifs de sécurité alimentaire : encouragement à diversifier les exploitations des produits agricoles et des élevages. Soutenir les produits à exporter tels que le soja, le café, le tabac.801 - Libération des entreprises mixtes et des entreprises d’État. - Réduction du monopole par l’État de l’importation : privatiser les entreprises import-export. - Mise en place du comité pour l’investissement étranger afin d’attirer les investissements. III. I. b. Les faits révélateurs Mis à part les justificatifs idéologiques qui ont été effectués dans l’objectif de réaliser la réforme tout en protégeant le régime et le système de pouvoir mis en place, et mis à part les bilans économiques qui ont été mis en évidence (notamment par les observateurs extérieurs), les diverses études ont montré que tous les sujets et tous les secteurs n’ont pas été traités et pris en compte comme étant des éléments dont les problèmes ont concouru à la nécessité de réformer. Il est probable que la mise à l’écart de certains problèmes aurait été des démarches volontaires de la part des décideurs, lorsque ces questions embarrassaient et remettaient en cause la politique menée jusqu’alors par le régime et qui l’aurait placé dans une position d’échec. Il est probable aussi, par exemple, que la question des ressources humaines soit gaspillée par les camps de séminaires politiques, que la cohésion sociale soit empêchée par le clivage « gens de l’Ancien Régime et peuple révolutionnaire », que la liberté d’entreprendre soit freinée par le collectivisme, etc. Il est probable également que la mise à l’écart de certains problèmes aurait été des démarches aussi involontaires. Ceci, lorsque les questions échappaient à la pensée réformatrice la plus sincère, parce que cette dernière manquait d’outils d’analyse et de paramètres de compréhension, de références et de modèles économiques et sociopolitiques vers lesquels le régime tentait de s’ouvrir. Quoi qu’il en soit, ceci semait le doute et l’incertitude dans la démarche de l’ouverture. Beaucoup d’observateurs et d’analystes estimaient que la réforme du régime laotien n’était pas née d’une véritable volonté de changer le système, mais des contraintes. C’était les difficultés économiques qui auraient forcé à l’ouverture. Du moins, le grand souci de « ne pas perdre la face » avait masqué de manière constante les actions de la directive politique de l’État laotien qui soutenaient l’idée que la réforme était nécessaire uniquement du point de vue « technique ». En d’autre terme, la réforme portait sur le mécanisme économique et ne devait pas remettre en question les idéologies du régime. Celles-ci devaient continuer à rester « pures », un patrimoine « moune-seua » que les révolutionnaires et le peuple lao multiethnique tout entier, devaient précieusement protéger. Par contre, les hauts fonctionnaires du régime qui revenaient de l’Occident en 1975 et qui ont travaillé à la construction du socialisme pensaient que la période d’ouverture pouvaient basculer dans l’un des deux excès : renforcement de l’autoritarisme du régime ou au contraire, la fin du régime. 802 C’était « la voie du milieu » que la haute décision du PPRL a choisi en concertation étroite avec le PCV. 801 D’après un ancien exploitant de cannabis, l’État avait aussi demandé à la population d’exploiter le cannabis pour de l’exportation. Mais cette demande a durée un laps de temps, au bout de deux-trois saisons elle était devenue interdite. Ainsi les agriculteurs de Ban Sala kham dans le boucle du Mékong à Vientiane se plaignaient des milliers de pied de cannabis qu’il a fallu arracher sans indemnités. 802 D’après nos discussions avec certains d’entre eux, ils disent qu’ils ne savaient pas trop ce qu’il allait se passer au moment de la préparation de la réforme. C’est l’une des raisons pour lesquelles ils décidèrent d’envoyer leurs enfants à l’étranger vers 1986, confiés à leur famille respective de la diapora. Discussion à Vientiane en 1999.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 468 - Avant de rendre compte des constats portant sur les questions spatiales proprement dites qui ont des implications sur les périodes qui ont suivi, évoquons d’abord les différentes questions d’ordre général qui auraient contribué à déclencher la réforme, en reprenant les différents points qui ont été les enjeux durant les premiers moments de l’installation du régime et qui ont conduit le Comité Central du PPRL à entreprendre des actions pour poursuivre la construction et la consolidation du régime socialiste marxiste-léniniste, mais dans une voie nouvelle. III. I. b. 1. Les constats généraux : sentiment de désillusions, d’échecs et de gâchis ? Le constat sur les actions menées par le nouveau régime était couronné par deux faits majeurs. Le premier était l’illusion du monde nouveau et surtout de l’homme nouveau. Le deuxième était le sentiment de gâchis et d’échec qui pouvait naître lorsqu’un regard approfondi était posé sur la méthode employée pour la formation et le renouvellement de la société en marche vers le socialisme. L’utopie s’était retrouvée ici expérimentée dans toute sa splendeur, usant « sans économie » le facteur humain qui marquait profondément la société laotienne et l’histoire contemporaine du pays. Dans le premier temps, les enjeux et les défis étaient de faire table rase non seulement sur les pouvoirs de l’Ancien Régime, mais aussi sur les symboles, les institutions, les codes et les règles sociaux qui pouvaient le rappeler. Il s’agissait surtout d’installer le nouveaux pouvoir et les nouvelles institutions, afin de diriger le pays en toute légitimité. Le nouveau langage officiel a été adopté par le Congrès des Représentant du Peuple parmi d’autres adoptions lors de la proclamation de la RDPL le 2 décembre 1975. Le nouveau langage était utilisé dans tous les domaines : dans l’administration, la littérature, les arts et les expressions courantes. Comme nous l’avons déjà signalé, la langue réformée par Phoumi Vongvichit, utilisée dans la zone libérée depuis les années 1960, a été mise en application dans tout le pays après 1975. Les espaces emblématiques ont été réappropriés par des nouvelles fonctions. Cette appropriation se voulait symbolique de la maîtrise spatiale de tout le pays par le nouveau pouvoir. Cependant, le problème de légitimation se posait : pour avoir l’adhésion de tout le peuple, et durer, il fallait acquérir la légitimité nécessaire. Or le pouvoir n’avait pas été installé et consolidé de manière légitimité, mais à coup de fusil et de baïonnette, comme le qualifiaient les termes utilisés par le nouveau pouvoir lui-même : gnat gnèng amnat, yut amnat [pkfcpj’ veokfF pbfveokf] pour qualifier la prise du pouvoir. La fuite massive de la population –y compris la fuite des paysans pour qui la révolution aurait été faite– vers l’étranger indiquait la peur. Elle confirmait la violence du système qui ne durait pas le temps d’une révolution, mais qui s’installait dans leur vie quotidienne : travaux forcés, séminaires politiques et endoctrinement, autocritiques publiques (pratique blessante pour un lao, car s’autocritiquer c’est « perdre la face » en public ), délation, arrestation arbitraire, restriction de circulation et de réunion,803 restriction d’expression et de liberté de parole et de culte, etc. La désillusion était fortement ressentie, non seulement chez la population des anciens territoires du gouvernement de Vientiane qui aurait pu avoir des regrets du temps passé par son appartenance, mais la désillusion atteignait aussi ceux qui croyaient à la révolution. Il y avait ainsi de nombreux dissidents à la fin des années 1970, envoyés aux séminaires spéciaux. La raison officielle donnée était la corruption et la déviation idéologique. Ils auraient oublié la vertu du communautarisme inculquée par le marxisme-léninisme ; ils auraient utilisé le pouvoir pour des intérêts personnels, ou, auraient été trop prochinois, durant le conflit sino-vietnamien, et oubliant 803 « Le Laos tout entier devenait une prison », le pays a été qualifié ainsi par une grande partie de la population. Effectivement il fallait un laisser-passer pour circuler d’un district à un autre, ceux qui tentaient de quitter le pays étaient emprisonnés, ou lorsqu’ils tentaient de traverser le Mékong les gardes frontières et la milice ouvraient feux, « comme si on s’évadait de prison ». Les réunions familiales étaient susceptibles d’effraction, les rassemblements étant interdits en dehors de ceux organisés par le Comité Populaire.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 469 - que le PPRL avait une dette morale envers le PCV, grâce à qui la révolution laotienne a pu se réaliser, etc. Notre discussion avec les anciens révolutionnaires confirme les déceptions au sein-même du PPRL. Elles portaient notamment sur la fuite en catastrophe d’une bonne partie de la population ; les tires des gardes-frontières sur les gens qui tentaient de traverser le Mékong ; presque chaque famille a au moins un de ses membres envoyés aux séminaires politiques. Trente années sacrifiées pour la révolution et constater que la réconciliation nationale (et derrière cela, la réconciliation familiale) ne s’était pas faite comme ils l’auraient souhaitée. C’était aussi désolant pour eux de constater qu’il manquait des compétences pour construire le pays. Car, pour beaucoup, la nouvelle société signifiait la fin de la domination américaine, mais surtout la paix retrouvée, la réconciliation et l’union nationale. Probablement conscient que la fuite des 20% de la population n’étaient pas entièrement liés au pouvoir de Vientiane, mais aussi à la peur des représailles du nouveau régime. La première désillusion au sein du PPRL était donc probablement issue de cette fracture.804 De nombreuses démarches individuelles ont été repérées de çà et là : certains membres révolutionnaires tentaient de faire libérer, pour les uns, un cousin, pour les autres, un neveu, un frère, un oncle, etc., du camp de séminaire ou de prisons, incarcérés pour avoir tenté de fuir le pays ou pour avoir occupé un poste dans l’administration du gouvernement de Vientiane. Mais devant les histoires individuelles, le haut appareil décisionnel du PPRL restait froid. Et c’était probablement la deuxième fracture à l’intérieur de l’appareil du pouvoir dès les années 1977-1980. Les idéologies mises en application touchaient, dans le cas très particulier de la société laotienne, les histoires intimes des familles, et était confrontée à une réalité qui menaçait sa propre existence. Il fallait alors un certain pragmatisme. Même si aucun compromis n’a été trouvé concernant les camps de séminaires politiques, quelques compromis avaient été établis dans les autres domaines : rassurer les paysans en leur rendant les terres et en révisant la production collective ; rassurer le peuple en leur accordant une liberté de culte et les droits de jouissance individuelle des terres, les droits de commerce, qui avaient plus ou moins été enlevés dans les premières années. Les compromis réalisés au cours du plan de trois ans (1978-1980) explicitaient donc partiellement l’échec du régime. Le constat des années qui ont suivi démontrait que la construction de l’homme nouveau trouvait ses limites, et l’ouverture du pays a révèlé que la plupart des gens n’adhéraient que partiellement aux idéaux imposés trente années durant. III. I. b. 2. Les constats portant sur la question spatiale Le territoire à explorer et à fonder n’existe plus en tant que tel Au moment où le régime laotien préconisait la réforme, deux idées principales soustendaient la question spatiale. D’abord, il était à constater qu’un territoire vierge et inexploré, un territoire où l’on pouvait y créer de nouvelles fondations ou de nouvel rayonnement n’existait plus en tant que tel, dans le sens d’une conception de territoire vide et sans affectation de fonction. Car le territoire du Laos était déjà exploré, bien qu’il soit relativement vaste, peu dense, avec une installation parsemée d’établissements, en taches d’huile plus ou moins distancées, plus ou moins complexes et importantes, dans les plaines arrosées comme dans les riches et hautes vallées, le long des tracés routiers ou fluviaux. En fait, bien que beaucoup de parties de ce territoire soient inhabitées, elles occupaient pourtant toutes, une fonction, ont été intégrées comme territoire affecté de fonction dans le système spatial du muang ; que cette intégration territoriale soit des forêts ou des jungles profondes, des montagnes, des zones agricoles ou autres, dépourvues d’habitant et d’établissement. Comme nous l’avons déjà souligné dans la seconde partie de notre recherche, ces 804 Discussion avec des révolutionnaires à la retraite, Vientiane, 2001. L’un d’entre eux est un cousin de mon père. Je ne le connaissait pas puisqu’il a pris le « marquis » à la fin des années 1950. Lorsque je l’ai rencontré pour la première fois, il s’excusait presque du fait que mon père avait été au camp de rééducation et qu’il n’avait pas pu le faire sortir.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 470 - espaces vides n’étaient pas dépourvus de fonction, car le vide ou l’inhabité aurait fait partie intégrant des fonctions de l’espace et du mode d’occupation des muang des populations tai. Une nouvelle avancée dans ces espaces vides, qu’elle que soit la forme : une nouvelle fondation, une extension, une reproduction, etc., doivent être alors considérées comme une transformation, un changement de l’espace existant. Comme nous l’avons montré dans le chapitre précédent, rappelons-le ici : à partir de 1975 lorsque le PPRL entamait une nouvelle perspective pour construire une nouvelle société, l’espace qui reflétait le mode de vie, mais aussi les idéaux qui ont conduit et régit les sociétés humaines, devenaient des éléments opératoires de la mise en œuvre de cette nouvelle perspective. Des « villes nouvelles », des changements de fonctions des espaces existant ont été ainsi mis en œuvre. Mais en se faisant, le système idéologique du nouveau régime considérait l’espace inhabité dont nous venons d’expliquer le caractère, comme des espaces vides dépourvus de fonction et de rôle, un vide que le régime avait l’illusion de pouvoir combler. Or cela n’avait pas été ainsi. La vision matérialiste de l’idéologie marxiste-léniniste posée sur l’espace lao aurait été sans doute mal à propos et biaisée. Cet espace chargé de signification et de fonction aurait été confondu intellectuellement au vide et au non-sens. Ainsi dans les premières années de son investigation, la démarche intellectuelle du nouveau régime était d’inventer son propre espace muni de nouvelle signification. C’était d’abord nier le temps et l’espace historique en général et c’était ensuite méconnaitre la particularité de l’espace lao, trompeur par son aspect inoccupé et vide. On constatait que les « villes nouvelles » qui se voulaient être le nouveau cadre des établissements multiethniques, qui procédaient à la mixité des ethnies (dans le sens de mettre les ethnies juste ensemble dans un même lieu) dans la méconnaissance des rapports d’inter ethnicité circulaires, rencontraient de multiples incohérences, même s’il n’y avait pas eu de clivages et de ségrégation. L’incohérence tenait au fait que les communautés vivaient côte à côte, mélangées, sans vraiment partager des éléments qui fondent les valeurs d’une communauté. Comme nous l’avons déjà noté, l’un des idéaux phares du régime était l’intégration inter ethnique des peuples afin d’abolir les pratiques anciennes des sakdina qui, selon le régime, auraient considéré les ethnies comme un « sous - peuple servile ». Et l’une de ses actions était donc la « détribalisation » par la mixité et par le fait citadin : rassemblement multiethnique dans un même espace des populations de parler môn-khmer à celles de parler tai et de parler myo-yao, etc., installer cette mixité dans les nouveaux établissements de type muang, comme si le facteur spatial des villes nouvelles construites sur les anciennes villes détruites par la guerre ou en quartiers annexes des villes existantes ou encore sur des emplacements complètement nouveaux (construction de nouvelle structure pour faire les bureaux du muang, de quelques projets d’équipements de base tels que : écoles, dispensaires, nouvelles routes.) pouvait être des facteurs de détribalisation. Force était de constater que la détribalisation, si elle pouvait être ainsi considérée n’était pas due ni au fait spatial du muang, ni à la mixité, puisque la distinction ou le repérage ethnique continuait à être très claire et facile lorsque l’on pénétrait dans l’une de ces villes. A travers le mode vestimentaire et alimentaire, à travers l’organisation de leur espace habité, et puis plus âprement lorsqu’on s’intéressait aux pratiques sociales, on pouvait constater que la vraie mixité (dans le sens de communauté cohérente partageant certains espaces communs, des rituels communs, certaines valeurs communes, etc.), était rare chez les différents groupes ethniques. L’endogamie par exemple est un fait persistant dans la grande majeure partie des ethnies. Autrefois, alors qu’on ne les obligeait pas à vivre ensemble dans un même village, cela ne les empêchait pas de s’emprunter réciproquement des coutumes, des modes vestimentaires, culinaires, etc. Et ce phénomène avait toujours existé par le passé et existe encore aujourd’hui, comme l’ont démontré les études de Grégoire Schlemmer.805 805 Grégoire Schlemmer, ethnologue, chargé de recherche à l’IRD (Unité de Rechecrhe 105, Savoir et Développement), membre du Centre d’Etude de l’Inde et de l’Asie du Sud (CEIAS, UMR 8564, CRRS-EHESS). Il mène notamment des Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 471 - La « détribalisation » a été en fait découvert ailleurs, en dehors des champs idéologiques prévus au départ. Mais ce fait n’était pas nouveau. Elle a été pratiquée bien avant et dans un contexte sociopolitique du régime sakdina lui-même,806 que le nouveau régime ne souhaitait pas se référencer. Mais le fait est que c’était dans le fonctionnariat et dans les fonctions publiques de base dans les provinces, plus encore que dans la hiérarchie du CCP, que de véritable intégration interethnique a été réalisée et saluée par les intéressés. A Phongsaly nous ne pouvons restés insensibles à la fierté des habitants, essentiellement Phou Noy et Hô, lorsqu’ils nous disent que « nous avons aujourd’hui plusieurs ministres et plusieurs députés phou noy. Nos fonctionnaires des muang et des provinces où nous vivons ne sont plus majoritairement tai mais toutes origines confondues : tai lü, phou noy, hmong, khmu. Autrement, ils ne sauraient nous représenter.»807 Ce fait démontre en partie que l’utilisation de l’espace à l’usage uniquement idéologique ne fonctionnait pas toujours. L’échec du point de vue spatial pour réaliser une intégration ethnique a été rattrapé petit à petit par une politique d’ouverture des fonctions publiques de base aux individus appartenant aux groupes minoritaires. Mais cette ouverture a dû être progressivement étalée dans le temps : car il a fallu attendre que la politique de l’accès à l’éducation porte ses fruits. Les agents administratifs d’origine minoritaire dans les premières années de la révolution étaient donc peu nombreux, même dans les zones libérées. Aujourd’hui, dans certaines provinces, ils deviennent même majoritaires, notamment à Phongsaly, et dans les districts à l’est de la province de Sékong.808 La négation et l’abstraction de la représentation de la ville et des fondations anciennes des premières années de la révolution avaient besoin d’être revisitées La remise en question de certaines idées politiques induites par la réforme était accompagnée également des remises en question de certains fondements et questions portant sur la ville et les espaces anciens. La ville en tant que symbole et représentation des pouvoirs anciens, aristocratiques, bourgeois, impérialistes et étrangers ; la ville en tant que témoin de l’histoire ; la ville en tant qu’entité spatiale ; qui a été niée dans les premières années de la révolution –dont nous avons évoqué l’importance précédemment– fut alors reconsidérée. Que les questions ont été exprimées ou formalisées ou pas, car beaucoup de questions ont été soulevées dans la haute sphère du pouvoir du Comité Central du Parti sans qu’elles soient connues du bas peuple, les faits l’ont montré que la négation des fondations anciennes comme facteur d’adaptabilité et de renouvellement spatial a été remise en question en même temps que le réveil du régime dans son désir de se relier à la continuité de l’histoire. Avec l’auto gestion de l’espace urbain, avec la négation de la ville et l’abstraction des centres historiques à partir de 1975, l’anarchie semblait régner fortement dans les années qui ont suivi, empêchant la gestion et le contrôle de la ville, mais aussi son appropriation par ses habitants. Ce fait était accusé par une perte d’identification des habitants par rapport à leur ville. Cela interrogeait donc l’appareil institutionnel et administratif (la gouvernance urbaine et territoriale) et son rôle dans la gestion de l’espace et du territoire. Ces faits, qui résultaient du mode de représentation, de conception et de gestion de l’espace du régime en place devaient-ils se poursuivre ? La réforme et ses dispositifs qui devaient être mis en œuvre, nous ont démontré que recherches sur le « rôle du savoir thérapeutique et l’émergence de singularité individuelle dans une zone multi-ethnique du Nord Laos » ; Cf. Conférence à l’Institut Française de Vientiane, Grégoire Schlémer, mai 2012. 806 Nous pouvons repérer au cours de l’histoire récente de l’administration des Tai-Lao du Laos que de nombreux chefs ethniques ont été intégrés dans la structure nobilière lao. Au XIXe siècle il y a le groupe de parler môn-khmer avec le célèbre clan dont le chef Komadam promu au titre de phraya. Le cas de la famille Bac Kam (tai dam) est particulier puisque les Lao par le droit coutumier reconnaissent l’origine aristocratique de cette famille comme la plus représentative de la dynastie qui a dominé le Sip Song Chou Tai, et donc aussi le statut de ses descendants. Leur intégration dans la structure administrative et nobilière lao ne requiert pas de prérogative particulière par rapport aux autres grandes familles. Dans la première moitié du XXe siècle il y a le clan des Lyfoung (Hmong) dont plusieurs chefs sont promus également au rang de phraya et intégrés dans la haute fonction publique (Gouverneur, député, ministre.) Et d’après Grégoire Schlemmer, il y aurait quelques Hô et Phou Noy nommé phraya au XVIIIe et XIXe siècle. Ce fait est confirmé par Tiao Khammanh Vongkotrattana, in : Pavat kanh Khouèng Phongsaly. (Histoire de Phongsaly). Op, cit. 807 D’après une discussion avec un habitant de Phongsaly d’origine Phou Noy. Juillet 2010. 808 A Sékong, d’après Vattana Pholséna qui y effectue actuellement une étude d’histoire.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 472 - non. Nous pouvons mettre en perspective, quelques exemples concrets qui avaient permis à l’État de revisiter les anciennes actions régressives et préconiser de les inscrire dans la réforme. Nous tentons ici de dresser une liste. Comment était installée la ruralisation contribuant à altérer le rôle de la ville et comment y remédier ? La dégradation des responsabilités et des savoir-faire des agents administratifs La fonction de gouvernance des équipements administratifs a été parasitée par des tentatives de productions de denrées alimentaires répondant à la politique d’autosuffisance. En corrélation, le temps de travail avait également été fractionné : le matin, en arrivant au bureau les fonctionnaires devaient d’abord s’occuper de l’élevage et du jardinage, aménagés dans le jardin du ministère. A la fin de la journée, ils devaient repasser encore au jardinage et à l’élevage avant de rentrer à la maison. Ainsi partagés, ils ne remplissaient qu’une partie de leur fonction : les taches administratives et l’autosuffisance alimentaire demandées par l’État sont accomplies à moitié. L’auto gestion spatiale et la dégradation des lieux et leur fonction Personne n’était responsable, particulièrement, de l’entretien des rues et des routes, si non tout le monde. La gestion urbaine et les services techniques de la ville étant une vraie fonction, un travail complexe devant rassembler des compétences et des investissements (techniques et financiers) des spécialités, puis des spécificités d’une ville à une autre, réclamant une institution compétente. Ils ne pouvaient être assumés facilement par des individus. Or on demandait aux individus à travers les travaux collectifs d’assumer une responsabilité publique. Ici, une responsabilité civique a été confondue à une responsabilité publique qui devait relever normalement des fonctions publiques, qu’elles soient à l’échelle centrale ou locale. Par cette pratique, la gouvernance frôlait l’anarchie, puisque la fonction publique et ses compétences ont été réduites à néant. Mise à part cette dégradation des fonctions, il y a la dégradation des lieux. Dans la pratique, tout le monde était obligé de nettoyer devant chez soi, soucieux de bien faire que devant chez soi sous peine d’autocritique, on n’ira pas se mêler des nettoyages qui n’étaient pas chez soi, si le comité du village ne venait pas nous mobiliser. Certains édifices restaient ainsi en état d’abandon, des tronçons de chemin envahis par des herbes, etc. Les ordures ménagères étaient brulées sur place dans le jardin. Ceux qui n’avaient pas de jardin (cas des compartiments) brulaient leurs déchets domestiques sur le trottoir-même, car il n’était pas question d’avoir des immondices dans la rue. La réforme administrative territoriale corollaire à la transformation sociopolitique Le fait de supprimer l’administration de la zone urbaine des villes pour l’attacher à l’administration unique de la province, indique la volonté de réduire l’importance sociopolitique du milieu urbain. Sachant que l’administration et les services urbains nécessaires à la ville n’étaient pas de la même nature qu’en province. Les supprimer démontrait soit la méconnaissance, soi la volonté politique de détruire la ville en tant qu’entité sociale et politique. L’étatisation des biens fonciers L’appropriation par l’État d’une bonne partie du patrimoine privé urbain avait mis un arrêt à la spéculation foncière, mais ce fait a surtout coupé à l’État toutes possibilités de perception (taxe, impôt). Le foncier devenait une coquille vide, sans prix, sans valeur, gratuite pour les futurs occupants auxquels l’État attribuait les habitations. Pire, il aurait été une charge économique pour l’État si celui-ci devait les entretenir. Un bien foncier sans valeur foncière était l’antithèse de la ville par excellence. L’autogestion de l’espace, dans le sens de l’absence de planification urbaine Les quartiers périphériques constitués nouvellement ou greffés aux villages existant et qui entamaient le début des extensions périphériques de la ville durant les dix premières années du régime, n’avaient aucune planification prévue. L’État laissait libre cours aux habitations qui se construisaient peu à peu, la seule règle était que les terres soient appartenues à ceux qui Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 473 - entreprenaient les constructions, ou du moins, qui pouvaient justifier de leur droit, d’une manière ou d’une autre, ou alors, que ce droit soit donné par l’État. La population rurale La venue de la population rurale en ville confortait l’usage rural de la ville imposé par l’autorité politique du village et du district. Le fait que les nouveaux habitants ayant la réaction de vivre la ville comme en milieu rural (aménager les rizières, les jardins, l’élevage dès qu’ils trouvaient des terrains libres) faisait qu’il y avait une augmentation importante des activités de production au sein même de l’espace urbain, productions aussitôt auto-consommées, et il y avait moins d’activités de services, d’échange et de circulation des biens, qui devaient être normalement le propre des villes. Les bâtiments emblématiques et fonctionnels Dans la construction des espaces symboliques du nouveau régime, bien qu’ils n’eussent pas été nombreux les bâtiments emblématiques ont été les projets phares du nouveau programme à partir du premier et du deuxième plan quinquennal. Les nouveaux édifices étaient sensés incarner la nouvelle centralité idéologique spatialisée. Il y avait notamment le stupa dédié aux combattants de la révolution, l’Assemblée Nationale, le Kilomètre six, etc. Il était de même des nouveaux équipements, indispensables par leurs fonctions (hôpitaux, centres universitaires.) Ces édifices qui se voulaient être les nouveaux éléments de rassemblement, que ce soit par leur capacité de représentation ou par leur fonction, concouraient en premier temps à mettre en péril la ville et le centre ancien. Zone spéciale La zone spéciale a été créée en 1994. Sa création répondait à une multitude de questions d’ordre politique, économique et humaine. Mais ce qui intéressait la question de la ville et du centre ancien, c’était la définition qu’on lui donnait. Il aurait existé en quelques sortes dans ce que l’on appelait « la zone spéciale » une autre manière d’habiter et de concevoir l’espace de l’habitat, une autre manière alors de gérer et de gouverner les hommes en dehors de ce que l’on pouvait concevoir dans la ville ancienne et dans la ville nouvelle. Villes nouvelles Les villes nouvelles, pour la plupart reconstruites sur les anciens établissements (villages ou villes anciennes) détruits par la guerre, se voulaient d’abord socialistes. Même si les budgets manquaient pour les réaliser, les idées premières qui les ont conduites étaient claires. Elles devaient posséder des équipements et des fonctionnalités pour tous. Le peuple multiethnique qui y habitait était pleinement chez lui, dans un lieu neutre et fonctionnel, ayant des grandes routes pour faciliter les accès et les futures extensions. On a été peu soucieux de l’histoire des lieux d’avant leur destruction, car l’histoire individuelle et particulière aurait été l’obstacle de la société nouvelle multiethnique. Le brassage ethnique, sans passé historique avait ainsi été la qualité première de ces villes reconstruites. Elles ont été la cause de la déstructuration et de la méconnaissance des fondamentaux de la ville et de l’urbain lui-même, qu’elle que soit la particularité de ces villes. Les connaissances qui auraient été apportées par le mode d’habiter, la gestion et la gouvernance urbaine des établissements anciens ont été reniées dans leur ensemble. Les points soulignés, ci-contre, font probablement partie des bilans et pris en compte pour réviser les dispositifs engagés, jusqu’alors, afin de poursuivre la réforme. III. II. Les implications de la réforme dès 1994 et 1995 Théoriquement la Réforme a commencé avec la résolution adoptée lors du IV Congrès du Parti en 1986. Elle n’aura des implications visibles du point de vue spatial qu’à partir de 1994 et 1995, période où s’est achevée la plupart des projets importants qui ont été engagés après l’année de la réforme. Ce sont des projets clés mis en route et devant apporter des changements importants Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 474 - dans le paysage urbain des villes, telles l’élaboration de nouveaux plans urbains et la création des nouvelles instances administratives, la mise en place de la constitution et des décrets-lois, etc. Nous pouvons constater que les différents projets qui ont été rendus possibles grâce à la réforme, suscitent un certain nombre de questions, notamment celles portant sur la place de la ville dans le territoire en cours de restructuration. Les projets induisent en quelques sortes une redéfinition de l’entité de la ville, l’obligeant à se redéfinir à travers son mode de gestion, son développement et ses limites. De même, la vision restrictive du centre et des quartiers historiques doit être revisitée. Alors que des éléments de réponses à ces questions restent encore flous, la démarche qui semble la plus évidente de la politique de gestion et de développement urbain, ce sont les tentatives de ramification des quartiers extérieurs vers une certaine unité et vers une nouvelle limite urbaine. Avant de mettre en saillie les implications de la réforme dans l’espace urbain, il est important de noter que les implications politiques et administratives à partir des années 1990 et 1991 ont véritablement créé les conditions et les cadres nécessaires et favorables, rendant possibles et effectives les grandes lignes de la réforme. Il faut noter également que la période précédant le début des années 1990 (entre 1986 et 1990) comportait certains éléments qui retardaient la démarche et l’accomplissement de la réforme. Effectivement entre 1986 et 1990 la « décentralisation du pouvoir déconcentré », en particulier la réforme budgétaire,809 qui permettait au pouvoir local d’acquérir une autonomie plus grande a rendu difficile la planification nationale dans le développement du secteur urbain. De fait, le gouvernement a du mal à faire appliquer la directive politique nationale notamment dans le secteur du développement urbain et territorial : les ministères qui avaient pour rôle d’assister les pouvoirs locaux à conduire les grandes lignes de la politique de l’État peinaient à conduire leur mission en province dans les projets de voiries et d’équipements publics notamment. Parce que les autorités et les administrations locales conduisaient les projets avec leurs propres fonds jusqu’à la réforme de 1991. A partir de cette réforme, qui s’illustra par le recentrage du pouvoir et de l’établissement du budget national, le ministère des Communications, Transports, Postes et Constructions (MCTPC) a pu davantage contrôler les projets que conduisaient les Départements des Communications Transports, Postes et Constructions (DCTPC) attachés à l’administration locale des provinces qui lui étaient attachés dans la structure administrative verticale, alors que ceux-ci étaient transversalement responsables devant le Préfet ou le gouverneur de province. La période entre 1990 et 1995 était une période charnière durant laquelle les différentes initiatives de l’État prenaient le temps pour être comprises et mises en application par le pouvoir local et les agents administratifs. Ceci, en ce qui concernait aussi bien la situation dans la capitale que dans les provinces, accusée par un manque de ressources humaines et de cadres compétents. La difficulté de la transition structurelle a été ressentie de manière plus forte durant cette période que dans la période actuelle, même si le problème de ressources humaines n’est toujours pas résorbé jusqu’à ce jour. Entre 1990 et 1995 des initiatives plus importantes ont été mises en œuvre permettant d’impliquer plus largement les autres secteurs et acteurs dans la réforme. Les initiatives ont été d’ordre politique et administratif, notamment dans cinq domaines majeurs : 1- Dans le domaine constitutionnel, lors du Ve Congrès du PPRL, outre le remplacement de l’Assemblée Populaire Suprême par l’Assemblée Nationale, la première Constitution de la RDPL a été créée le 14 Août 1991. 2- Dans le domaine politique, comme nous l’avons signalé plus haut, la recentralisation administrative a été préconisée par le décret N68/PM, au mois de novembre 1991. Elle permettait au 809 Cf. Réflexion sur « l’administration locale »Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 475 - gouvernement central de contrôler et de mener de manière globale la politique de développement national, notamment dans le domaine monétaire avec la création de la Banque Centrale et le contrôle du taux de change, et dans le domaine budgétaire et financier avec la centralisation et le contrôle des fonds et des budgets des provinces. 3- Dans le domaine administratif et institutionnel il y a un effort particulier pour redéfinir le rôle des institutions et des administrations publiques existant et la création des nouvelles institutions qui n’existaient pas. Notamment le Département de l’Administration Publique a été défini et restructuré par le décret N98/PM du 17 décembre 1992. Ce département va devenir un rouage qui va aider l’administration de l’État à améliorer ses différents composants et préciser les rôles qu’ils ont à jouer dans les années à venir. 4- Dans le domaine budgétaire : le système de Plan National des Budgets a été établi, voté par l’Assemblée Nationale en 1991. Plus tard, la nouvelle loi des budgets sera votée le 18 juillet 1994 suivie par le circulaire N1369/MF du 12 décembre 1995, portant l’enregistrement de tous dons et aides internationales, rentrant comme revenus de l’État et comme budgets publics. Le Plan National des budgets vient conforter et « gonfler » les investissements publics dans la mise en œuvre des différents projets, notamment du secteur urbain.810 5- Dans le domaine de la régulation foncière et du système de taxation, le décret N50/PM du 13 mars 1993 a mis en place les taxes foncières, amendant le décret N47/CCM du 26 juin 1989 qui portait en parti sur les taxes foncières. Puis la loi foncière N04/95/NA du 14 octobre 1995 a été mise en application par le décret N72/PM du 22 mars 1996, remplacée par la suite par la loi foncière N01/97AN du 31 mai 1997. La question foncière (immatriculation, taxation, transfert, loi et décret la concernant) est un domaine privilégié qui a fait l’objet de plusieurs retouches. Elle est placée au cœur des préoccupations de l’État dans sa recherche des lignes de perceptions financières et est aussi très soutenue par les bailleurs de fonds internationaux.811 III. II. a. La nécessité de restructuration administrative : nouveaux outils d’application, mode de gestion du territoire de la ville, nouvelles instances administratives L’évolution de la structure administrative locale et du secteur de la stratégie urbaine aboutissant vers la création d’une structure de gestion urbaine Nous avons abordé dans la première partie de notre recherche le contenu de ce qu’est la municipalité que le Gouvernement tente de mettre en place. Nous abordons dans cette présente les antécédents, les raisons ou la nécessité qui ont conduit à la création d’une Autorité Administrative pour l’Aménagement Urbain, de Vientiane et de celle des villes secondaires (UDAAs), qui devrait plus tard ouvrir la voie aux réflexions portant sur le pouvoir local et expérimenter la « municipalisation ». En fait, il était d’abord nécessaire de créer une structure aussi bien institutionnelle qu’opérationnelle afin d’assurer une bonne conduction d’une partie de la politique de la ville et de sa gestion. Cette structure a été jusqu’alors absente, mais dont les charges, rappelons-le, se reposaient de fait sur l’État qui centralisait tout et qui, pour accomplir ces charges utilisait dans les premières années du régime (sans doute faute de mieux et dans un esprit pragmatique) le système des travaux collectifs, système que seul le régime communiste pouvait se permettre. Ces travaux ont été imposés à la population à travers les comités populaires et les organes administratifs locaux et 810 Ce qui voudrait dire aussi que le financement public reposait essentiellement sur les aides internationales tous secteurs confondus. En aides multilatérales et bilatérales, le Laos reçoit chaque année, entre 1994 et 2003, environ 250 à 350 millions de dollard US. Cf. Kham Voraphet. Op, cit. 811 Cf. notamment le projet d’immatriculation foncière : établissement des titres et des registres fonciers en province et préfecture de Vientiane, à Luang Prabang, Savannakhet et Paksé ; avec le Financement de la BM et de Aus Aid, débuté en 1997 pour une durée 7 ans.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 476 - de sécurité de quartier et de village (la milice), et également imposés aux fonctionnaires à travers les administrations centrales. Régulièrement, collégiens, étudiants, fonctionnaires, simples habitants, devaient participer aux travaux collectifs : creuser et ré calibrer les canaux, nettoyer les caniveaux et les rues, etc. Après les premières années de la RDPL, liées à la décentralisation administrative qui a eu lieu jusqu’à 1991, les taches ont été inscrites de fait dans le cahier des charges du pouvoir exécutif. Celui-ci est déconcentré et détaché des ministères, mais transversalement responsable devant le Préfet et le Gouverneur de province. Il s’agissait de créer un service technique du Département des Communications, des Transports, des Postes et des Constructions (DCTPC) au sein de l’administration de la préfecture (pour Vientiane) et des provinces. Ce département existait déjà au sein du ministère, mais n’existait pas dans l’administration de la préfecture et des provinces. Cependant, il a été créé comme un département déconcentré au sein de l’administration de la préfecture et des provinces au début des années 1990. Son rôle et ses compétences ont été définis et portaient essentiellement sur les missions de conseil qu’il devait mener auprès des services locaux des provinces dans le secteur concerné. En se faisant, il devait y conduire la politique et les directives de la politique de développement territorial du gouvernement central. De fait, le DCTPC a été en charge pendant longtemps de la question des travaux publics et du développement urbain avant la création des UDAAs. Le DCTPC étant un organe déconcentré, émanant du ministère, mais travaillant transversalement sous les directives du Préfet ou du gouverneur de province, doit assurer localement les affaires urbaines ainsi que les travaux. Le DCTPC se retrouve très vite dépassé par les lourdes tâches qui s’accumulent au fur à mesure de la concrétisation de la réforme et de l’ouverture économique, renforcée par les coopérations qui se densifiaient avec les partenaires extérieurs, divers et multiples. Le DCTPC assumait en quelques sortes deux rôles : celui de mener la politique de l’État (donc un rôle directionnel) et celui de mettre en œuvre les opérations (donc un rôle d’opérateur). Rôles qu’il n’arrivait pas vraiment à accomplir. Ceci, obligeait le gouvernement à trouver des solutions adéquates pour répartir et déléguer les charges au sein de ses propres structures exécutives. Très vite, si ce n’était dès le départ, la question d’une administration et d’une gestion locale a été posée, en particulier dans le domaine de l’aménagement et de gestion du territoire à l’échelle du district et à l’échelle urbaine. La charge directionnelle, celle qui était corollaire à la stratégie du secteur urbain, a été comprise comme une mission politique qu’assumait déjà le ministère, alors que la charge de mise en œuvre des différentes orientations de cette politique a été comprise comme une mission qui devait être prise en main par un autre organisme plus affairant, plus opérationnel. D’où une vision claire pour distinguer deux échelles : une échelle d’orientation politique et stratégique qui serait gouvernementale et une échelle plus opérationnelle qui relèverait du pouvoir local. Cependant, jusqu’à l’approche de la création des UDAAs le pouvoir local provincial reste purement un pouvoir déconcentré de l’État. La réflexion portée sur la nécessité d’une administration locale née d’un certain pragmatisme technique préparait en fait une autre réflexion plus complexe et plus politique, d’une possibilité d’un pouvoir locale possédant réellement des compétences institutionnelles autonomes. Cette réflexion aurait été alors latente sous l’impulsion des bailleurs de fonds internationaux. Pour des raisons politiques et constitutionnelles cette réflexion aurait conduit, non pas directement vers la création d’un pouvoir local, mais vers la création d’une structure technique spécifique de type « services technique de la ville » dans le cadre d’une administration déconcentrée (et non décentralisée), capable de prendre en relais les charges et les responsabilités, qui incombaient le DCTPC. Ainsi le système des travaux collectifs (entretien des équipements et des réseaux publics, etc.), et la politique de l’autosuffisance et de l’autogestion, hérités de la première période du régime, devenaient-ils au fur à mesure obsolètes. Mise à part qu’ils ne pouvaient pas être vraiment efficaces, la conduction des travaux de voirie et d’équipement de la ville à travers le système de travaux collectifs, de politique de l’autosuffisance et d’autogestion dans une période de réforme et Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 477 - d’ouverture serait vraiment mal à propos, impopulaire et franchement critiquable au regard de la coopération internationale. C’est alors que l’idée de la création d’une structure de gestion urbaine était devenue nécessaire. Le Comité pour le Développement et la Gestion Urbaine de Vientiane (VUDMC) a alors été créé par le décret N40/FAMC, le 4 avril 1995.812 Ce Comité avait pour mission essentielle la mise en application et la gestion des projets de développement urbain qui ont été soutenus par les aides internationales (prêts et dons) dans le secteur, de préconiser un futur service technique urbain éventuel. Il a permis, dans tous les cas, la conduction d’un nombre important de projets qui commençaient à apporter des changements dans le paysage urbain. Il a également permis aux agents de l’État en charge de la conduite des projets en concertation avec les experts internationaux de se rapprocher de plus en plus de la gestion urbaine en dehors du système centralisé et collectiviste. Mais la structure et les compétences de VUDMC restaient encore trop restreintes. Les carences dans la gestion urbaine étaient encore loin d’être comblées. Ce Comité qui servait plus à conduire des projets expérimentaux qu’à gérer le territoire urbain et ses projets, à termes, ne pouvait pas évoluer vers une Autorité Administrative compétente comme il aurait été plus tard espéré avec la création de VUDAA. III. II. b. La recherche de la ville en tant qu’entité Suite à une période de ruralisation et d’auto gestion du territoire urbain, des observations ont mis en relief l’altération du statut de la ville et de l’entité urbain et aussi de ses acteurs. Mis à part le besoin de doter la ville d’organisme de gestion, un réel besoin de restructurer la ville ou des chefs-lieux en tant qu’entité à part entière, que ce soit dans la capitale ou dans les centres provinciaux a également été soulevé. Ce besoin a été d’abord exprimé dans la formulation des stratégies de développement, tout secteur confondu. Il a été ensuite étayé dans la stratégie du secteur urbain proprement dit, lorsque les termes ont été formulés avec l’aide des interventions extérieurs : celles des Nations Unies et des bailleurs de fonds internationaux, permises par la réforme et l’ouverture du pays. La concrétisation de la stratégie du secteur urbain s’était exprimée par : 1- la définition et l’identification des critères des échelles urbaines, mais aussi celles des différents acteurs, anciens et nouveaux, 2- la mise en marche de l’élaboration des nouveaux plans de développement urbain ainsi que la mise en place des organes techniques et administratifs responsables du secteur de développement urbain. Mais avant d’aborder les deux principaux points de concrétisation de la stratégie urbaine, examinons d’abord les formes de soutiens extérieurs apportées au secteur urbain. III. II. b. 1. Les soutiens et stratégie dans le secteur urbain : stratégie du gouvernement lao, celle des bailleurs de fonds et des autres partenaires de la coopération La volonté des instances politiques et financières internationales, notamment celle des Nations Unies (ONU), des bailleurs de fonds comme la Banque Asiatique de Développement (BAD) et la Banque Mondiale (BM), de faire du Laos « un État de droit », n’était le secret pour personne, en particulier pour le gouvernement de la RDP Lao lui-même. « Sa réalisation ne serait entre autres qu’une question de temps », pronostiquaient les observateurs étrangers. Les fonds alloués indirectement pour cette fin, sous forme de prêts, ainsi que sous d’autres formes d’aides, touchant de nombreux secteurs du développement étaient, de fait, l’un des contreparties des réformes politiques que le gouvernement lao devait entreprendre. L’un des objectifs phares consistait, dans la réforme institutionnelle, à créer un pouvoir local compétent (qui serait à termes, éventuellement élu). Cette contrepartie n’avait pas été ignorée par le noyau central et décisionnel de la politique laotienne : dans toutes les concertations internes et confidentielles, même les plus techniques, l’un des mots d’ordre concernant cette question était un examen politique sans exception de tous les projets d’aides et de coopérations provenant de l’extérieur, quel que soit le 812 FAMC : Comité pour la gestion des investissements étrangères ou The Foreign Aid Management Committee.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 478 - secteur. La question majeure était souvent de savoir si les contreparties des aides ne seraient pas trop contraignantes, s’il n’y avait pas de menaces pour le régime et le PPRL, ce qui l’aurait obligé à se plier aux faits accomplis, à changer le fondement de sa politique et accepter les interventions extérieures contrevenantes, une véritable ingérence alors dans la souveraineté politique nationale.813 Tels étaient en général le discours officiel et les craintes concernant l’examen et la réception des projets de coopération avec l’extérieur. Du fait que les décisions dans les secteurs tout à fait techniques et administratifs soient ainsi placées sous l’emprise des visions et décisions politiciennes la mise en œuvre des décisions passait souvent au ralenti. C’était en fait cette prudence et cette méfiance qui auraient aussi créé l’effet de lenteur dans le rouage administratif laotienne. Les projets qui soutenaient la création du pouvoir local évoluaient donc lentement et passaient par des procédures administratives et institutionnelles longues, faites d’embuches et de compromis. Nous l’avons vu dans la question traitant de la « Recherche d’outils de développement, de maitrise et de gestion urbaine » que les décisions politiques constituaient l’élément décisif même si la difficulté était avant tout d’ordre institutionnel, technique et culturel. Nous pouvons dire avant la mise en œuvre du projet de municipalisation en cours que la tentative pour créer la structure technique et administrative locale remontait, de certains points de vue, au début de la période de recentralisation de 1991 ; aux premiers projets de renforcement technique et institutionnel pour la planification, la gestion et l’aménagement urbain et au Projet Pilote Sihom qui les accompagnait (dont nous allons développer par la suite le contenu.) Stratégie du gouvernement lao Bien que traditionnellement la conception et la culture administrative de la ville et de la cité existaient et ne pouvaient être ignorées dans la réalité spatiale et historique des villes lao, la conception de l’urbain et de toutes ses implications est pourtant récente, si nous le considérons du point de vue des critères fonctionnels et administratifs ainsi que du point de vue d’une démographie agglomérée ; ou alors si nous considérons que l’urbain induit un ensemble de modes de vie et de relation, d’espaces, de réseaux et de limites qui « conditionnent, normalisent et uniformisent les comportements physiques et mentaux des habitants », 814 donnant ainsi une définition autonome et complexe (complexité des acteurs, des paramètres économiques, de la structure politique qui la gère, etc.). C’est pourquoi la stratégie de développement du secteur urbain ne peut être que récente au Laos, corollaire à l’histoire de la constitution et de l’évolution des villes et de l’urbain tel que nous venons de le définir. La stratégie du secteur urbain au Laos était née, pour ainsi dire, avec les considérations portées sur les infrastructures qui étaient liées au développement et au désenclavement du monde rural. Du point de vue système, la stratégie du secteur urbain était restée, jusqu’à récemment, un secteur mineur rattaché à la stratégie générale de développement. Depuis 2005 cette stratégie générale a été formulée sous le programme de la Stratégie Nationale pour la Croissance et l’Eradication de la Pauvreté, (NGPES), qui a privilégié quatre secteurs prioritaires : l’agriculture, l’éducation, la santé et le transport. Le NGPES lui-même a été intégré dans le sixième plan National socio-économique 2006-2010.815 Cela veut dire que stratégiquement le début de la réflexion portée sur le secteur urbain a été lié au développement et au désenclavement du monde rural et aujourd’hui indirectement lié à la politique de réduction de la pauvreté et d’amélioration des conditions de vie. Les premiers projets de développement dans le secteur urbain, mis en place vers 1987 avec le financement du Centre pour l’Etablissement Humain-habitat des Nations Unies (United Nation Center for Human Settlements, UNCHS), nous ont bien montrés comment et dans quel champ 813 Cf. Cinq leçons du PPRL dans la Réforme, Comité pour la Propagande et la Formation du CCP, 2000, Vientiane (en Lao), pp. 30-31, portant sur la politique de « coopération avec l’étranger ». 814 E. Dorier-Apprill, Dénominations génériques de la ville, Vocabulaire de la ville, Ed. du Temps, Paris 2001. 815 En 2004 le gouvernement lao et les bailleurs de fonds internationaux ont approuvé ensemble le NGPES, visant à réduire de moitié la pauvreté au Laos à l’horizon 2015.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 479 - d’intervention le secteur urbain ou l’urbanisme a-t-il été abordé. Il faut attendre la loi de l’urbanisme de 1991 et le premier schéma directeur approuvé la même année pour que le secteur urbain soit abordé de manière plus autonome par rapport à la question de l’amélioration des conditions de vie, et encore, au niveau de la mise en œuvre de la stratégie nationale le secteur urbain était resté un secteur transversal qui s’était accroché aux secteurs verticaux plus importants. Les facteurs qui favorisaient l’émergence du secteur urbain étaient donc classiques. Officiellement, la politique laotienne conçoit l’idée que la croissance économique qui est due à la Nouvelle Mécanique Economique (NME) devrait induire une migration rurale vers la ville de manière plus importante. Et donc, pour cette raison, il allait y avoir une extension et une croissance urbaine conséquente. Ce qui nécessiterait alors la mise en œuvre d’une stratégie urbaine. Le côté « contextuel » de la stratégie du secteur urbain, lié à la nécessité de développement socioéconomique du pays, avait une influence –du point de vue théorique et du champ disciplinaire– sur le fait que les analyses spatiales et les études urbaines appliquées avaient du mal à émerger comme un champ disciplinaire propre et autonome. Pour mettre en œuvre la stratégie du secteur urbain le gouvernement lao a désigné trois grandes catégories, regroupant plusieurs volets, qui nécessitaient un développement et un soutien prioritaires : soutiens techniques et financiers dans la construction des infrastructures, assistance dans la mise en place des institutions et des organes techniques compétents, formation des ressources humaines dans le secteur concerné. Projets et stratégies des bailleurs de fonds et des partenaires de la coopération Les Nations Unies Après 1975 beaucoup de pays occidentaux avaient coupé les relations avec le Laos et avaient mis un certain temps pour reconnaître la légitimité de son gouvernement. D’autres pays avaient maintenu symboliquement certaines relations. En tant que membre de l’Organisation des Nations Unies (ONU) le Laos, comme les autres pays membres, devait bénéficier de la présence de l’ONU et de son aide. L’ONU continuait donc à maintenir son soutien à la RDP Lao, du moins assurant au minimum la ligne politique de l’Organisation dans sa neutralité et dans sa non-ingérence vis-à-vis de l’idéologie politique du Laos. Bien que certaines actions politiques menées par ce pays dans la violation du droit de l’homme et des libertés fondamentales des individus aient été dénoncées maintes fois par l’Amnesty Internationale et bien que les camps de réfugiés aient été installés par le Haut Commissariat pour les Réfugiés (HCR), afin d’accueillir les gens fuyant les exactions du gouvernement de lao, le Laos avait continué à être membre à part entière de l’ONU même si aux yeux de beaucoup de pays membres sa place n’avait pas été honorable durant les premières années du régime. La stratégie de l’ONU a été donc limitée, non seulement parce qu’il y avait eu de la pression provenant des autres pays membres, mais aussi parce que le pays lui-même avait été limité structurellement pour mener un dialogue fructueux et constructif avec les instances internationales pour le développement du pays. Les rapports politiques du plan de trois ans et du premier plan quinquennal du Comité Central du PPRL l’ont bien souligné. Parmi les aides de l’ONU au Laos, le secteur urbain n’y était pas présent tout de suite, ou alors indirectement concerné. Il fallait attendre les premières années après la réforme de 1986 pour que l’ONU monte des projets dans le secteur urbain de manière plus conséquente. Notamment, en 1987 ce fut le Programme de Développement Urbain de la Préfecture de Vientiane (Financement PNUD/UNCHS. Lao/85/003). Ensuite, l’ONU a soutenu le Projet de Planification Urbaine de Luang Prabang, en cofinancement avec la France. Ce fut le début de la coopération bilatérale entre la France et le Laos dans le secteur urbain. Ce projet était cautionné et financé par le PNUD/UNCHS. C’était au travers de ces projets que l’Institut des Etudes Techniques et Urbaines (IETU), ait pu être mis en place au ministère MCTPC. L’institut était une assise et un tremplin important pour les travaux et projets dans le secteur urbain pour les années qui ont suivi. En 1989, le PNUD a financé la mise en place du projet d’étude du Schéma Directeur de Vientiane, selon la procédure française. En 1991, le PNUD/UNCDF a financé le projet d’aménagement urbain et d’assainissement, avec la mise en Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 480 - œuvre de projet pilote du quartier Sihom qui devait se réaliser entre 1990 et 1997, dont la phase I se tenait entre 1991 et 1994. Ceci, avec les volontaires des Nations-Unies (UNVs, Lao/89/C01) et avec un opérateur technique local qu’était l’IETU. Dans la foulée, un autre projet annexe a été mis en œuvre et financé par le PNUD (Lao/89/002). C’était le Projet de renforcement technique et institutionnel pour la planification, la gestion et l’aménagement urbain, afin d’améliorer la capacité et les compétences techniques de l’IETU. C’était après le début des années 1990 que les autres intervenants internationaux participaient plus activement au développement de ce secteur : les bailleurs de fonds internationaux et les pays donateurs, etc., sous forme de coopération bilatérale ou multilatérale. Lorsque les bailleurs de fonds tels que la BAD et les autres partenaires (les pays) devenaient plus actifs dans la mise en application des projets et des programmes, l’ONU devenait nettement moins présente ; ou alors, si elle continuait à l’être dans certains projets, elle jouait surtout le rôle d’initiatrice ou de médiatrice et faisait intervenir directement les pays partenaires. La Banque Asiatique de Développement La Banque Asiatique de Développement intervenait au Laos dès 1992 dans divers secteurs (développement rural, ressources humaines, environnement, secteur privé, renforcement des capacités, infrastructures urbaines.) La BAD visait surtout la coopération régionale (à travers la GMS, ACMECS, ASEAN) et cherchait à susciter les partenariats avec les autres bailleurs de fonds sur les opérations qu’elle finançait, par exemple le partenariat de cofinancement avec l’AFD (à partir de 2004) sur la suite du programme de financement du projet de Développement Urbain et des Infrastructures de Vientiane (VIUDP) qu’elle avait lancé en 1993. Le projet prévoyait de mener 16 actions prioritaires dans les 100 villages qui composaient alors le périmètre urbain délimité par le projet. En 1996, elle poursuivait la mise en œuvre du projet VIUDP, mais cette fois-ci engagée dans les quatre districts de Vientiane. Le projet était engagé jusqu’en 2000. En 1997 elle lança la mise en place du Projet de Développement Urbain Intégré pour les quatre villes Secondaires (STIUDP). La même année dans le cadre du programme VIUDP elle finança un programme de formation et de stage sur deux ans (BAD- VIUDP-TA 2377. 1997-1999), initiant et formant les agents laotiens à la connaissance préliminaire de l’établissement du système administratif municipal. En 1997 parallèlement un programme de formation a été mis en place en inter-institutions (MCTPC-IETUBAD TA Project-AIT BKK). C’était le programme AUPM (1997-2000) dispensant des formations en planning et gestion urbaine, avec les formateurs internationaux et en coopération technique avec Asia Institut of Technology (AIT) de Bangkok. La BAD commençait également en 1997 le programme de 10 ans de réhabilitation, d’extension et de développement des aéroports du Laos. C’était un programme multilatéral entre les banques et les pays nordiques. En 1998 la BAD participait à un autre programme de formation (BAD- VIUDP-TA 2973, 1998-2000), mais cette fois-ci c’est une formation destinée directement à l’Autorité Administrative pour le Développement Urbain de Vientiane et des villes secondaires. Les autres partenaires et les actions les plus porteurs Les activités et les coopérations parmi les plus porteuses du secteur urbain menées avec les partenaires par pays ont été inaugurées par l’Australie et la Thaïlande avec la construction du pont de l’Amitié en 1994, entièrement financé par le gouvernement australien. Le Projet de consolidation de la berge du Mékong à Vientiane, réalisé sur une section a été planifié entre 1994 et 1997 et mené également dans le cadre du Financement australien. Entre 1996 et 1997 l’Union Européenne a financé le Projet de la Mare de That Luang. Il concernait la canalisation et le traitement des eaux usées. La même année, avec le soutien du Programme des Nations Unies pour le Développement (PNUD) et de Norwegian Agency for Development (NORAD) le Projet de Gestion des déchets urbains des villes secondaires a été mis en place, mené en parallèle avec le projet STIUDP. La Banque Mondiale (BM) et Aus Aid engagèrent aussi le financement du projet d’établissement des titres et des registres fonciers pour une durée de sept ans dans la province et préfecture de Vientiane, à Luang Prabang, à Savannakhet et à Paksé. Depuis 1994 le Japon contribuait à plus de 55% des aides bilatérales, tous secteurs confondus. Dans le secteur urbain, sa contribution était plus Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 481 - fructueuse à l’approche des années 2000 : financement dans la construction et réfection des infrastructures routières, des ponts et des aéroports. La France, comme les autres pays d’Europe, occupait une place importante dans la coopération bilatérale avec le Laos, en dehors du cadre européen. Dans le secteur urbain son rôle a été important très tôt (dès 1987) après l’ouverture économique du pays, surtout à travers ses expertises dans le cadre des financements du PNUD : études des outils de planification urbaine avec le 1er Schéma Directeur Urbain (Groupe Huit 1989), par exemple. La France s’était surtout illustrée dans ce secteur en reliant la question de développement urbain à la question patrimoniale avec le projet d’étude de Luang Prabang en 1994 pour son classement au patrimoine mondial de l’Unesco. Parallèlement les travaux qu’elle poursuivait ailleurs, telle la formation à l’élaboration des Plans d’Occupation des Sols (1994-1995) et du SDU (1989-1991), aux enquêtes de terrain tant pour des études urbaines que pour les inventaires du patrimoine, ont permis aux institutions laotiennes (notamment, l’IETU et le DCTPC) d’aborder la question de développement urbain à travers des outils et de répondre en partie aux besoins dans le domaine de la planification urbaine. Les projets et les outils d’application Les projets d’application dans le secteur urbain étaient surtout caractérisés par les projets d’aménagement des infrastructures (réfection et construction des routes, des réseaux d’assainissement et de drainages urbains, etc.), par les projets pilotes d’amélioration de l’habitat (projet Sihom, projet Nong Tha.) et par le mode de financement des opérations, issu des prêts auprès des banques et des donateurs par pays : Banque Asiatique de Développement, Banque Mondiale, Coopération bilatérale et internationale, donateurs comme le Japon, la France, les pays nordiques, l’Australie, etc. Les aides financières ainsi que les assistances techniques reçues par le Laos faisaient que le pays figurait parmi les pays qui recevaient le plus d’aide et d’assistance au monde par habitant. Dans les assistances techniques, il faut noter qu’en matière d’outils urbanistiques il y avait une prédominance des outils français tels que le SDAU (Schéma Directeur d’Aménagement Urbain), le POS (Plan d’Occupation des Sols), et après 1994 le PSMV (Plan de Sauvegarde et de Mise en Valeur) pour la ville de Luang Prabang. Les derniers en date sont la ZPPAUP (Zone de Protection du Patrimoine Architectural Urbain et Paysager) pour la petite enceinte de la ville de Vientiane et pour la zone urbaine du site de Vat Phu de Champassak816 et le SCOT (Schéma de Cohérence Territoriale) étudié par l’ADUC pour le développement de Luang Prabang en dehors de son secteur de sauvegarde. Sous le Programme du Centre des Nations Unies pour les Etablissements Humains-Habitat (UNCHS), le SDAU a été élaboré pour la première fois en 1989,817 après celui réalisé entre 1958 et 1963.818 Ce nouveau SDAU de Vientiane a été mis en révision en 1994 et en 2001 par l’Institut de Recherche en Urbanisme (IRU) et à partir de 2009 il a été révisé de nouveau par les experts de JICA et financé par les prêts de la BAD. Nous avons vu dans un autre chapitre que la prédominance des outils français est due en partie au passé colonial des villes laotiennes, à leur culture administrative et à leur culture de l’aménagement urbain et de la gestion des sols. Et nous pouvons constater sur le vif que l’expertise internationale à ce sujet tend également à être majoritairement française ou du moins de formations françaises et que du point de vue technique et de l’ingénierie, la tendance est plutôt d’origine anglo- 816 L’étude du ZPPAUP de Vientiane a été proposée en 2003 par l’Atelier du Patrimoine et l’IRU, mais n’a toujours pas été approuvée en 2008. Le ZPPAUP de Champassak, concernant la ville-même de Champassak a été proposé pour étude dans le cadre du projet FSP Vat-Phu. Mais en 2008, l’étude n’a toujours pas abouti. 817 Cette étude donne lieu à un rapport de présentation en quatre volumes : « Vientiane, schéma directeur d’aménagement urbain, Programme de développement urbain de la Préfecture de Vientiane : Lao/85/003, 1989 » ; « Vientiane, étude du schéma directeur, diagnostic urbain et proposition 1989, rapport final, programme de développement urbain de la préfecture de Vientiane, Bouchaud, 1989 ». Les études ont été réalisées par le Groupe Huit/ IETU/ MCTPC et BCEOM. 818 Ville de Vientiane : étude au plan directeur d’urbanisme et des aménagements urbains, pour le compte du Royaume du Laos, BCEOM, 1958-1963. Fig. 100. La progression de l’élaboration des plans urbains, avant l’année 2000.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 482 - saxonne. Ce constat est dû sans doute au fait que la langue utilisée par les agents supérieurs de l’État est le français, que ces derniers soient formés professionnellement en France ou en Europe de l’Est. S’ils obtiennent leur baccalauréat au début des années 1970, le français serait leur première langue étrangère. Cet acquis scolaire leur a servi fondamentalement plus tard pour travailler avec l’expertise internationale, après l’ouverture du pays.819 Par contre, la culture anglophone a été plus présente chez les jeunes ingénieurs formés dans les années 1990 et en liaison avec AIT avec le financement de la BAD, du Japon, et aussi de la France.820 Cette culture française qui a marqué la gouvernance urbaine était autant clairement visible dans la définition et dans la conception de la « municipalité » et la question de sa création que l’on cherche, encore à la fin des années 2000, à réaliser à Luang Prabang et à Vientiane comme chantiers pilotes. En terme de discipline et de gouvernance, d’un côté, on parle de la « municipalisation » et de la « décentralisation », tout en se référant à demi-mot au cas français de la loi de la décentralisation de 1983. Et de l’autre, on parle de « Vientiane Municipality », en particulier chez les jeunes techniciens et agents anglophones, cachant une réalité complexe qu’il faudrait éclaircir et démêler pour la rendre compréhensible et conciliable. C’est aux prises avec la trivialité de trois cultures administratives, que le développement, la gestion et la gouvernance urbaine du Laos doivent se soumettre, se synthétiser et s’appliquer. III. II. b. 2. Le nouveau Plan Urbain et organes techniques et administratifs responsables Les nouveaux plans d’aménagement urbain qui sont nés dans la décennie qui ont suivi la création de l’IETU en 1987821 préfiguraient, par la création des plans urbains standard, une certaine standardisation de l’image des villes. Cette génération de villes qui a été « désormais dotée de plan urbain » 822 était inéluctablement liée aux contextes de l’ouverture du pays et au renouvellement administratif et urbain. L’opérationalité de ces plans obéissait aux mêmes critères définis conjointement par l’autorité politique centrale, désireuse de munir les villes de services et d’équipements de base,823 de les moderniser et surtout de les rendre fonctionnelle, et par les bailleurs de fonds internationaux désireux de faire du Laos un « pays de droit » 824 muni d’outils de gestion et de contrôle de son territoire et de son sol, un pays stable pouvant participer au développement et à une paix durable de la région, un partenaire économique parmi d’autres dans la société des nations. 819 Les experts russes qui venaient travailler au Laos dans le cadre de la coopération entre pays socialistes, utilisaient majoritairement le français avec les fonctionnaires locaux ainsi qu’à l’école d’ingénierie. Nous avons retrouvé les rapports et les rendus de projets d’étudiant qui datent de la fin des années 1970 - début des années 1980, en français. 820 La France a beaucoup de mal à recruter des jeunes candidats francophones pour les bourses de formation de haut niveau dans le secteur urbain (Cf. Rapport du SCAC, ambassade de France). Elle a du financer quelques bourses des étudiants lao à AIT où seul l’anglais est utilisé et où l’engagement financier de la France n’est pas rendu visible. Notre propos ici n’est pas de noter qu’il faut absolument avoir un acquis des connaissances urbaines à travers le Français ou de redire le complexe de la langue française dans le transfert de la technologie et de la connaissance dans le réseau international face à l’anglais, ou de rappeler le passé colonial. Mais il s’agit dans le court terme de pouvoir assurer une continuité entre la génération d’avant et celle d’aujourd’hui. La génération d’avant a été majoritairement formée en français, a travaillé en français (dans l’utilisation des termes techniques) et utilisé les outils français en matière d’urbanisme. Le problème que nous soulevons n’est pas seulement de l’ordre de la communication, mais de l’ordre des champs disciplinaires dans la formation et dans la création des compétences. 821 Après plusieurs missions des Nations-Unies, l’embryon du futur Institut pour les Etudes Techniques et Urbaines (IETU) a été mis en place. L’IETU a été créé en février 1987, dans le cadre du financement PNUD/UNCHS. Lao/85/003. Des programmes de formation ont été élaborés pour former les agents de l’État recrutés parmi les fonctionnaires du ministère MCTPC dont beaucoup sont formés en URSS et dans les pays de l’Europe de l’Est (Tchécoslovaquie, Allemagne, Bulgarie, Pologne etc.) et parmi les étudiants sortant de l’Ecole Supérieure de Bâtiment et d’Architecture (ESBA) et de l’école polytechnique de Sok Paluang, pour de l’ingénierie. L’IETU a été mandaté pour l’étude et la mise en place des plans urbains de tout le pays. Ses compétences et ses charges ont été redéfinies par décret N1727/MCTPC, portant l’organisation et les compétences de l’Institut de Recherche en Urbanisme, en date du 26 mai 2000. Il a permis aussi à l’IETU de changer d’appellation pour devenir l’IRU, Institut de Recherche en Urbanisme. En 2007, il devient l’Institut des Transports et des Travaux Publics. 822 En référence au droit de l’Urbanisme N03/99/AN du 03/04/1999, mis en application par décret présidentiel N11 du 26/04/1999, la plannification ou les plans urbains ont quatre niveaux : 1-national, 2-régional, 3- provincial, 4- agglomérations (villes, muang). 823 En référence au droit de l’Urbanisme (Ibid,) les villes sont distinctes à trois niveaux : 1-Villes attachées au pouvoir central ; 2-Villes attachées au pouvoir provincial, préfectoral et zone spéciale, 3-Villes attachées au pouvoir du district. 824 La notion de « pays de droit » ou de « pays de non droit » ici est considéré à partir du fait que le Laos ne possédait pas de constitution jusqu’à 1991. Un pays sans constitution est de ce fait considéré comme un pays de non droit.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 483 - Dans la deuxième moitié des années 1980, des missions d’assistance technique du PNUD ont été réalisées. Il s’agissait notamment du Programme de Développement Urbain de la Préfecture de Vientiane (projet LAO/85/003). Les missions ont surtout eu lieu au Ministère des Communications, des Transports, des Poste et des Constructions (MCTPC). Tout d’abord, ces missions ont mis en relief la nécessité de créer une structure compétente en charge des études, car les besoins les plus urgents pour réaliser les outils d’étude et de planification étaient les collectes de données socio-économiques et urbaines qui manquaient à l’ensemble des administrations mandatées, et surtout aux experts des Nations Unis. Il est important de signaler que les documents concernant le développement et la planification urbaine antérieure à cette période étaient totalement absents. Il n’existait pas d’archives proprement dites en ce domaine. Les documents (plans, cartes anciens, schémas d’analyse, projets, etc.) ont été détruits durant la restructuration administrative après le changement de régime en 1975. Pour mener une étude urbaine sur la ville dans la seconde moitié des années 1970, dans les années 1980 et 1990, il a fallu reconstituer une connaissance quasiment à partir de zéro, malgré que quelques documents aient pu échapper à la destruction grâce aux intérêts très personnels et éclectiques de quelques ingénieurs pour ces documents devenus historiques. Ces derniers ont conservé, contre les consignes, des dossiers parmi les archives de l’Ancien Régime destinées à être détruites. Grâce à cela, les anciennes cartes et plans et quelques documents d’origine datant de la période coloniale (une partie des archives du Résident Supérieur du Laos) ainsi que ceux datant des années 1950 et 1960 (dossiers des permis de construire) ont pu être sauvés. Ils ont contribué par la suite à la connaissance de l’histoire récente du développement urbain, en particulier pour toutes les études réalisées après 1998.825 Par ailleurs, le plan urbain de Vientiane de 1964, réalisé par le BCEOM a également été retrouvé au bureau de la Direction de l’Habitat et de l’Urbanisme (DHU) du MCTPC. Ce document a été fort utile : le Groupe Huit s’en réfère pour élaborer vers 1989-1990 le schéma directeur d’aménagement urbain de Vientiane (SDAU), approuvé en 1991.826 Les besoins en ressources humaines compétentes (architectes, urbanistes, socioéconomistes) ont été aussi fortement formulés. Les personnes de ressource, non-négligeables, ont été trouvées parmi les étudiants formés à l’Ecole Supérieure en Bâtiment et en Architecture (ESBA)827 et parmi ceux qui ont été formés dans les pays de l’Europe de l’Est et en Union Soviétique. Une aide précieuse des pays socialistes a été également importante dans la fin des années 1970 et dans la première moitié des années 1980, aussi bien pour l’enseignement à l’ESBA que pour l’expertise de certaines constructions.828 Nous pouvons compter effectivement quelques architectes et urbanistes russes pour les projets de l’extension de l’Ecole polytechnique, du dortoir des étudiants, de l’hôpital 825 Les documents ont été sauvés par un ingénieur qui travaillait au Ministère de la construction. Ils devaient être officiellement brûlés ou considérés comme disparus. En 1998-1999 lorsque l’IRU (ancien IETU) entamait une coopération avec l’Institut Parisien de Recherche (IPRAUS) pour l’inventaire du patrimoine architectural urbain et paysager de Vientiane, des travaux de réfection ont été réalisés au dernier étage du bâtiment qui abritait l’institut, pour pouvoir loger l’Atelier du patrimoine issu de cette coopération. A cette occasion, ont été découverte toute une documentation ancienne, plans et cartes entre autres, sous la poussière et abîmés. Ce sont des documents sensés avoir été détruits. En réalité, après la fondation de l’Ecole Supérieur du Bâtiment et de l’Architecture (ESBA), l’ingénieur a remis les documents à la bibliothèque de l’Ecole. Lorsque l’école a déménagée au kilomètre 5, les documents étaient restés dans le grenier au dernier étage de l’ancien bâtiment de la rue Dong Palane qui devenait par la suite le siège de l’Institut de Recherche en Urbanisme. Preuve que ces documents n’ont pas été beaucoup utilisés ni par les étudiants, ni par les professeurs. Les cartes et les plans ont fait l’objet d’inventaire et une exposition a été organisée par l’Atelier du Patrimoine dont j’était responsable : « 1900-2000, Vientiane à travers les cartes et les plans ». Le catalogue qui l’accompagnait comportait en grande partie l’inventaire des cartes et des plans anciens de Vientiane. Par ailleurs, une partie des dossiers de permis de construire des années 1960 a également été classé. Cf. Chayphet Sayarath, Archive, permis de construire, projets et autorités compétentes, fonds de documentation de l’Atelier du Patrimoine-projet IEPAUP. 826 Décret présidentiel N18, du 16 mars 1991, portant l’approbation du SDAU de Vientiane. 827 L’ESBA a été créée par un groupe d’ingénieur et d’architecte, dont l’un d’entre eux -Sènekham Phinit- formé à l’Ecole Supérieure des Travaux Publics ESTP (Paris-boulevard saint Germain.) 828 Nous retrouvons un certain nombre d’anciens projets étudiants archivés à l’IRU. Du point de vue pédagogique nous pouvons constater l’influence des professeurs Soviétiques et le programme architectural utopiste propre au pays socialistes de cette époque. Fig. 101. Progression de l’étude des plans urbains au courant de l’année 2000. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 484 - de l’amitié et du cirque national notamment.829 Même si cette période était caractérisée par une faible activité de construction, les éléments construits étaient cependant significatifs du point de vue de la production architecturale. Par ailleurs, même si le programme et la production de ces années présentaient quelques utopies, en rupture avec la période précédente, l’architecture produite présentait à contrario une certaine continuité avec l’expérience moderniste des années 1960 et le début des années 1970, que nous avons développé dans la partie traitant du « grand tournant urbanistique des années 1960 ». A l’issu des missions d’assistance et d’expertise du PNUD, l’Institut des Etudes Techniques et Urbaines (IETU) a été créé par décret en février 1987 dans le cadre du Programme de Développement urbain de la Préfecture de Vientiane. L’IETU fonctionnait d’abord comme étant l’un des bureaux exécutifs du ministère, puis comme sa sixième direction, du moins comme ayant rang alors d’une direction ministérielle.830 Il devenait opérationnel dès sa création puisqu’il s’était appuyé sur les projets de coopération avec lesquels il évoluait et aussi puisque les projets réalisés étaient en même temps formateurs, servant de projet pilote. Peu à peu l’IETU se voyait confier des études, assisté chaque fois par les experts internationaux et les volontaires des Nations Unies (VNs) et avec les fonds des bailleurs internationaux : d’abord, le PNUD ensuite la BAD. Etant l’un de ses services administratifs, il recevait également les rétributions budgétaires de l’État, bien que ces budgets ne couvraient que ses frais de fonctionnement. Des budgets spécifiques pouvaient lui être attribués dans le cadre de mise en étude et de l’élaboration de Plans Urbains d’une province, sollicité par les autorités de cette même province via le gouvernement central et via le ministère CTPC auquel il était attaché. Ses compétences s’étaient concrétisées par sa capacité à élaborer des outils de développement à l’échelle du territoire, tel le schéma directeur d’Aménagement Urbain (SDAU), et à l’échelle de la ville, tels les règlements et les Plan d’Occupation des Sols (POS). Par ailleurs, d’autres organismes plus opérationnels ont été mis en place. La compétence de ces derniers se faisait lentement avec un lourd programme d’assistance technique et institutionnel financé par les bailleurs de fonds internationaux. Il s’agissait entre autres d’organe technique pour la gestion foncière et pour l’élaboration de nouveau plan de cadastre et de l’organisme administratif affairant au sein du ministère des Finances.831 Quant aux projets au stade de leur opérationalité, ils voyaient le jour avec les travaux menés par les services techniques du Département des Communication, Transports, Postes et Constructions (CTPC), préfectoraux pour Vientiane et provinciaux pour les provinces, seuls opérateurs jusqu’alors de la plupart des projets urbains et des projets d’infrastructure. Des projets de coopération ont également été affectés dans ces organismes opérationnels déconcentrés de l’État afin de les assister dans la construction de leurs capacités opératoires et techniques. Nous pouvons dresser une liste non-exhaustive des projets mis en œuvre, qui ont contribué à renforcer la capacité technique du DCTPC des provinces et de la Préfecture avant la création des UDAAs. Les toutes premières études des plans urbains réalisées pour les villes secondaires et surtout pour les villes moyennes, étaient en quelques sortes des projets de réalisation de nouveaux plans d’aménagement à caractère plus prospectif qu’analytique. Ils dépassaient largement la mise aux normes ou la viabilisation des réseaux viaires ou sanitaires et la mise en place des équipements publics primaires qui se manifestaient comme une première nécessité, au regard des besoins réels des habitants. Faute de répondre seulement et précisément par étape aux besoins les plus urgents et 829 Nous n’avons pas pu retrouver le nom des architectes russes qui ont conçu ces équipements. Cela prouve une fois de plus que le souci de continuité, exprimé par la conservation des documents, ne fait pas partie des préoccupations des administrateurs laotiens, même lorsqu’il s’agit des documents produits dans les premières années du régime. 830 Le MCTPC possède cinq directions : 1-Ponts et Chaussées, 2-Transports, 3-Postes et Télécommunications, 4-Habitat et Urbanisme, 5-Aviation. 831 Le Service du cadastre a été installé au ministère des finances, créant une nouvelle mission au sein de ce ministère. Le même ministère pilotait le projet d’immatriculation foncière Land Tilting (Etablissement des titres et des registres fonciers, de la province et préfecture de Vientiane, de Luang Prabang, de Savannakhet, de Paksé.) mis en place en 1997 pour une période de sept ans, sur financement BM et Aus Aid.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 485 - plus que l’aspect prospectif, les plans dans la majorité des cas avaient un caractère plutôt utopiste. Nous retrouvons souvent une réminiscence de l’utopie socialiste des plans urbains de la fin des années 1970 que nous pouvons constater avec le plan de Muang Hongsa et de Muang Viengxay : on y aménageait des voies larges avec trottoirs et éclairages de rue. Mais au bord de ces rues, les habitations étaient parsemées, en absence de densité, de liaisons et de raccordements aux infrastructures. L’éclairage et les trottoirs qui ne servaient pas à grand monde donnaient alors à ces petites villes une ambiance de villes fantôme. En fait, les premiers plans urbains dressés pour les villes secondaires et les villes moyennes étaient souvent caractérisés par une rigidité exemplaire, explicitée dans la mise en zonage et en compartimentage fonctionnels “ exagérés ” du territoire urbain : répartition fonctionnelle des espaces, disposition, emprise et gabarits des trames viaires, etc. Nous sommes surtout frappés dans ces plans par le peu de places que tenait “ l’existant ”, voire son absence. Il était autant vrai que sur le plan méthodologique, les études historiques et socio-économiques des sites n’ont été réalisées dans aucune ville, ou alors de manière très succincte. Conscient de ces carences les responsables de l’IETU (auteurs des études) signalaient dans les rapports de présentation qui accompagnaient les plans urbains, que « l’absence des études historiques, socio-économiques et paysagères des villes est due aux manques budgétaires et de personnels qualifiés qu’il serait nécessaire de corriger à l’avenir ». Des relevées de l’existant ont malgré tout été réalisées systématiquement, mais sans aucune analyse spatiale qui aurait permis une compréhension approfondie des sites. Cette absence de prise en compte de l’existant et de ce qui a été occupé antérieurement induisait inévitablement leur disparition future, si les plans urbains en question venaient à être opérationnels. Et bien entendu, les plans devenaient progressivement opérationnels. Cela dépendait du crédit et des priorités de l’État, ainsi que des décisions des bailleurs de fonds sur lesquels s’appuyait la majorité des opérations. Alors, tant que le pays ne rentrait pas, jusqu'à les années 1994, dans une phase de développement économique dynamique, nous pouvons nous réjouir du statuquo des plans non réalisés. Mais dès que le Laos rentrait dans une phase de croissance économique soutenue832 et que par conséquent les villes se développaient à grande vitesse, tel était le cas à partir de l’année 2000, quelques plans urbains devenaient opérationnels dès lors et altéraient par la même occasion la structure ancienne des implantations. Le schéma simplifié ci-contre montre le parcours administratif et l’attribution budgétaire de l’État permettant la réalisation de l’étude des plans urbains des villes et la carte ci-contre dresse la progression de la réalisation des plans urbains pour l’ensemble du pays. De ce fait et à titre indicatif, c’était vers les villes sans plan urbain, en premier et dans l’urgence, que nous avons orienté notre étude des trames historiques et structurelles avant que celles-ci n’en soient planifiées. Le cas de Muang Sing était tout à fait exemplaire. Cette ville était munie de plan urbain depuis la fin des années 1990 et une partie de ce plan a été effectivement opérationnelle. En 2008, les opérations se poursuivent : les rues en damier envahies par les gazons ont fait l’objet de réfection. Et nous ne pouvons que regretter que la grande route pénétrante nouvellement construite selon ce plan a défiguré la morphologie du carré “ parfait ” de la ville ancienne. Par sa planimétrie et son manque d’accident topographique, il en fallait de peu pour que le nouveau plan urbain ait déstructuré et brouillé entièrement la lecture de l’organisation spatiale historique de cette ville lü, unique exemple sur le territoire lao, un cas d’école dont la disparition affecterait irréversiblement toute notre connaissance de la conception ancienne d’une des cités tai septentrionales (que nous avons mis en valeur comme une référence théorique à l’égard de la question spatiale.) 832 Le chiffre officiel note une croissance de 5 à 6% par an depuis 1999, grâce à la politique de stabilisation macroéconomique menée depuis septembre 1999. Vers 2008 les chiffrent avancent une croissance de 7 à 8%.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 486 - III. II. b. 3. La définition des critères et des échelles urbaines, la définition des acteurs Ce qui contribue à la définition de l’entité de la ville passe également par les définitions et les critères des nouvelles échelles urbaines. La définition et les critères des nouvelles échelles urbaines s’étaient révélés bien avant 1999. C’est-à-dire avant la loi de l’urbanisme N03/99/AN, mise en application par le décret présidentiel en 1999 (N11 en date du 26 avril). Il s’agissait essentiellement de classer les priorités de développement par rapport au statut des villes : de la capitale administrative aux villes moyennes en passant par les villes secondaires. Les critères de classification des villes secondaires et des villes moyennes s’appuyaient sur des données assez aléatoires, autant sur leur position historique de capitales provinciales que sur autres facteurs ou sur leurs données statistiques (démographiques, potentialités économiques), leur taux d’urbanisation, etc. En occurrence, si Phongsaly est une capitale provinciale comme Savannakhet ou Paksé, elle n’était pas classée parmi les villes secondaires. Il était de même pour de nombreuses capitales de province, telles que Phonnesavanh, Luang Nam Tha, ou Muang Say. Les villes secondaires sont uniquement au nombre de quatre : Paksé, Savannakhet, Thakhek et Luang Prabang. La classification des villes moyennes, quant à elle, semblait concerner plus directement les capitales provinciales, et l’utilisation des critères statistiques pour les définir semblait être évidente. Ainsi, les critères qui aidaient à classifier les villes dans les priorités du développement, et qui servaient d’outil de dialogue avec les bailleurs de fonds internationaux dans le décaissement des fonds pour les villes et les secteurs à développer en priorité, faisaient aussi partie des définitions nouvelles de l’entité de la ville. Les critères venaient autant des exigences des bailleurs de fonds que des réalités des besoins des villes identifiés par les autorités locales, même si parfois les deux choses ne se concordaient pas toujours. D’un côté, les bailleurs de fonds déterminaient ce qui était prioritaire à prendre en compte, et de l’autre les autorités locales déterminaient les leurs. Il pouvait y avoir désaccord, par exemple lorsque les politiques laotiens désiraient construire un nouvel aéroport à Savannakhet (dont la ville existant se retrouverait dans le cône d’atterrissage) alors que la priorité était de réparer l’existant et procéder à son extension éventuelle. Ou alors, lorsque le gouvernement laotien désirait construire une nouvelle capitale administrative à Viengkham jumelant Vientiane (à la manière birmane), alors que la priorité était de restructurer Vientiane, ses vieux réseaux d’infrastructure et d’équipements qui avaient besoin d’être réparés et reconstruits, etc. Les champs de connaissance et des compétences fractionnés, le domaine économique, les financements et les investissements publics faisaient ainsi alors partie de la définition de l’entité de la ville. Les données statistiques constituaient alors le langage commun des acteurs du développement. L’histoire et la singularité des villes étaient reléguées aux pittoresques, que les aménageurs et bailleurs de fonds n’étaient pas obligés de tenir compte. Les critères de développement et plus tard, le NGPES, 833 approuvé vers 2004 par l’État laotien et les bailleurs de fonds, fournissaient l’essentiel du corpus pour définir ce qu’était la ville. La stratégie nationale pour la croissance et l’éradication de la pauvreté (NGPES) était le moteur du développement économique du pays mais elle avait surtout joué un rôle très important dans l’émergence du secteur urbain. Beaucoup de projets de développement touchant le secteur urbain et territorial se rattachaient à elle et relevaient de ses prérogatives. III. II. b. 4. “ La zone spéciale ” créée en 1994, un territoire marginal, 30 ans de défis834 Le territoire qui avait été institué en 1994, “ zone spéciale ”, a été une enclave territoriale à l’intérieur du Laos, située dans le Nord-Est entre Luang Prabang-Xiang Khouang et la province de Vientiane. Difficile d’accès, une grande partie du territoire était couverte de forêts et de Montagnes. Très peu peuplée, les conflits incessants depuis la guerre de l’Indochine l’ont rendue encore plus parsemée. Durant la seconde moitié des années 1960, lorsque l’engagement américain dans la 833 National Growth and Poverty Eradication Strategy. 834 Cf. 1e partie. I.II.e.2.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 487 - guerre du Vietnam atteignait son plus haut niveau –le Premier ministre, Souvanna Phouma, ayant donné son accord à l’intervention et à l’aide américaine au Laos pour repousser les forces armées nord-vietnamiennes– la zone a été utilisée comme un bastion anti-communiste pilotées par la CIA. Le chef de guerre, le Général Vang Pao, qui était responsable de cette zone militaire au sein de l’armée nationale royale, était responsable de toutes les opérations financées par la CIA, que ce soit des opérations secrètes non reconnues ou des opérations officielles et approuvées par le gouvernement royal. Par son autorité de chef de clan traditionnel, les Hmong constituaient des combattants dévoués à leur chef. La quasi-totalité des combattants anti-communistes de l’armée royale de ce territoire militaire était ainsi majoritairement hmong –s’y ajoutaient les soldats appartenant à d’autres groupes ethniques : Yao, Khmu, Katang, etc., engagés dans cette guerre selon différents statuts : officiers de métier, engagés, mercenaires. La guerre du Viêtnam devenait une guerre secrète au Laos pour plusieurs raisons. D’abord, elle était très liée au monde narcotique : le financement pour poursuivre son intervention militaire au Laos n’ayant pas été approuvé par le Congrès américain, la CIA trouvait une bonne partie des fonds dans le trafic de l’opium. Le Laos ainsi que le triangle d’or devenaient une plaque tournante active. De fait, les populations hmong, yao et quelques groupes voisins en cultivant les pavots devenaient des narco-fabricants, et certains militaires lao, des narco-trafiquants. 835 Juste avant la “ libération ” Longchèng a été le dernier bastion anti-communiste tombé aux mains de l’armée du Pathet Lao. Après la “ libération ” le territoire restait difficile d’accès. Une partie de la population hmong, qui n’avait pas quitté le pays, se serait retirée dans les montagnes, fuyant –selon elle– “ les tractations ” du nouveau pouvoir et espérant “ être libérée ” un jour. Le gouvernement considérait que les populations qui vivaient là étaient à la solde des américains et “ féodaux ” de l’Ancien Régime qui les auraient maintenues sur place et les auraient financées pour déstabiliser le nouveau régime ; d’où les tractations commises à leur égard. Les attaques armées et l’insécurité sur la route de Luang Prabang et la zone limitrophe leur ont été attribuées. 836 D’année en année, le territoire dans lequel ils vivaient a été exclu (jusqu’à récemment) du développement ; ils auraient vécu dans un isolement et une grande pauvreté depuis de longues années.837 Quoi qu’il en soit, près de vingt années (1975-1994) la zone restait malgré tout incontrôlable, un territoire hors territoire et marginal sur lequel l’État exerçait des actions coercitives forçant les personnes à rester en reclus. Le gouvernement l’a institué en “ zone spéciale ” en 1994. A quoi correspondait ce côté “ spécial ” ? Est-ce parce qu’elle ne pouvait être gérée par une administration locale ; est-ce parce qu’il fallait traiter ce territoire autrement et prendre des dispositifs particuliers vis-à-vis de sa population ? La réponse était probablement tout cela à la fois. Quelle que soit la réponse, la situation concernant la zone spéciale était préoccupante pour le pouvoir. Du point de vue ethnique, comment intégrer cette enclave dans la communauté nationale et enterrer la crainte séparatiste hmong, qui préoccupait (rappelons-le) aussi l’Ancien Régime. Du point de vue de la cohésion politique et sociale, comment traiter ces laissés-pour- 835 La culture de pavot n’était pas un fait nouveau dans l’économie du pays. L’opium était un produit important dans l’économie coloniale. C’était un trafic qui rapportait et qui faisait même partie des causes des conflits entre l’autorité coloniale et les minorités du Nord qui l’exploitaient et qui le trafiquaient traditionnellement. Après l’indépendance, la caisse du jeune État laotien était à ce point en déficit que le gouvernement accepte, lors d’une cession de l’Assemblée Nationale, que l’opium soit aussi un produit d’exportation de l’État durant un laps de temps. Réf. Deuve, Le Royaume du Laos 1949-1965, Histoire événementielle de l’indépendance à la guerre américaine, L’Harmattan, Paris, 2003. 836 Il est curieux que l’expression “ les Chao F’a ” qui les désigne soit relié au chef mythique des Hmong, un dénomé Chao F’a Patchay qui s’était battu contre les français pendant la colonisation, et reprise ici pour désigner un groupe de rébellions contre le régime actuel. 837 Les reportages photographiques réalisés en 2006 par les reporters, notamment Grégoire Deniau (Cf. WWW.factfinding.org, 2 février 2006), montrent des personnes et des familles démunies, malades, avec des vieilles armes qui n’auraient pas été servies depuis longtemps. Les photos semblent décrédibiliser l’idée qu’ils étaient organisateurs des attaques sur les routes du Nord. Cependant, si c’était eux qui étaient à l’origine des troubles dans cette zone, comment les aides financières des opposants du régime qui vivent en France, aux Etats-Unis, en Australie, en Thaïlande, avaient-elles pu atteindre cette zone reculée au cœur du Laos, dont la sécurité était si bien gardée ? A cette question, beaucoup de tabous et de secrets politiques empêchent la découverte de la vérité.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 488 - compte et panser les blessures de la guerre. Devant qui se trouvait-on ? Une résistance armée nourrie par l’opposition, ou des narco-trafiquants ? fallait-il abattre l’ennemie malade et fatiguée ou sauver une population en détresse ? Cela demeurait des questions, près de trente ans. Peu après les investigations des journalistes, en 2006 le gouvernement a engagé les moyens pour désenclaver la zone et faire sortir, de manière radicale, ces Hmong de leurs “ caches ”. Par cet acte, il y avait probablement à la fois des ennemis abattus et une population en détresse sauvée. La création de la zone spéciale du gouvernement montrait une des conceptions possibles de la gestion, de la gouvernance et de la forme d’une occupation. Du moins, il démontrait comment un pouvoir pouvait-il malgré tout intégrer ce lieu sociopolitique marginal dans la politique nationale. Le statut spécial d’un territoire mal maitrisé et soumis aux actions particulières coercitives exprimait ainsi le pragmatisme du gouvernement de la RDPL qui avait mis près de trente ans à intégrer ce territoire. III. II. c. La volonté de ruralisation revisitée dans la stratégie urbaine La méconnaissance de la ville et son absence, dans la construction du régime dans les premières années, n’avaient pas duré longtemps. Par exemple, la suppression de l’administration de l’agglomération de la préfecture pour la rattacher à la seule administration provinciale en 1976 (qui était une des initiatives de ruralisation de la ville) a été abrogée peu de temps après. La province et l’agglomération préfectorale (agglomération urbaine) ont été séparées de nouveau, vers 1980. Notamment l’administration du Kamphèng Nakhone Vientiane devenait autonome, son siège demeurait dans la capitale, alors que celle de la province a été déplacée dans le chef-lieu de la province de Vientiane : vers Muang Viengkham, à plus de 60 kilomètres de Vientiane. Cette révision montrait bien l’inextricable difficulté à administrer indifféremment deux ensembles de territoires physiques et sociaux qui étaient différents : l’un est de caractère rural et l’autre de caractère plus urbain. Même si de nombreux dispositifs ont été pris pour ruraliser la ville, du moins révéler son profond caractère rural, la fonction urbaine de la ville demeurait attachée à celle de la capitale, et la fonction de capitale demeurait corollaire à son tour à la fonction politique, nécessaire pour le rayonnement et l’exercice du pouvoir de l’État, quels que soient le régime politique et son idéologie. La volonté d’altérer la ville, voire, de la faire disparaître en tant qu’entité, parce qu’elle incarnait l’élite politique ou la bourgeoisie, ou parce qu’elle concentrait les avoirs matériels et financiers au détriment de la campagne, marquait ainsi une méconnaissance totale de la fonction urbaine et de l’entité de la ville par le nouveau pouvoir, qu’il a fallu corriger quelques années après. La ville n’est pas le produit d’un régime politique, social et économique particulier, du moins pas pour longtemps et/ou juste le temps des tentatives, et beaucoup de pays en avaient expérimenté les faits, notamment le Laos. Elle est le produit sociopolitique et socioéconomique de convergence et d’intérêts diversifiés. Elle est aussi à la fois la projection et le produit de l’histoire et de la mémoire, du vécu de ses habitants et de leur mode d’habiter. Vivre dans la ville, vivre dans le muang c’est à la fois construire, assimiler et partager une expérience communautaire des lieux et entrer dans l’univers de l’anonymat et d’individualité. Et plus que le fait de vivre dans la ville, pouvoir percevoir et vivre spatialement les centres urbains et les quartiers historiques, c’est expérimenter l’espace dans la continuité du passé et participer individuellement à la construction de la mémoire communautaire. Le retour vers la ville postérieurement démontrait l’une des limites du régime laotien qui se voulait au départ clairement anti-urbain. Peu à peu, les divers dispositifs politiques ont changé afin de normaliser et rendre à la ville ce qui appartenait à la ville. Notamment, par l’expérience des cinq premières années, on consentait à considérer que la ville ne pouvait être un lieu de production autoconsommée très efficace mais plus apte à produire des services et des activités de gestion, etc. Ce retour a permis, dans les années qui ont suivi, l’orientation des projets économiques, politiques et Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 489 - administratifs (accompagnant la réforme) qui a favorisé la “ renaissance ” de la ville en tant qu’entité propre et entière. III. II. d. L’approche de la ville par les réseaux et les quartiers péricentres et périurbains A l’approche de la réforme de 1986 et peu après, l’émergence des petits appendices d’habitation et la constitution des quartiers urbains –tous deux anarchiques en périphérie de Vientiane ou dans les poches péricentres de la ville– devenaient de plus en plus importantes et pesaient sur la gestion et sur les coûts de la construction des infrastructures (routes, réseaux de distributions d’eau, l’électricité, etc.) nécessaires à mettre en place et à construire. Cependant, dans ces années-là, les investissements publics étaient faibles ou ne pouvant satisfaire ces appels que très succinctement. Les aides des pays socialistes, celles des autres pays et des Nations-Unies étaient présentes mais peu importantes dans le secteur urbain. Surtout, le manque de planification urbaine globale et détaillée ne permettait pas de mener une politique de développement urbain et territorial et de répondre aux besoins qui se faisaient fortement sentir dès le milieu des années 1980. En occurrence, les institutions nationales et locales responsables étaient également manquantes, n’ayant pas été créées. L’IETU n’a été formé qu’en 1987, les premières études urbaines n’ont été réalisées qu’en 1989 par le Groupe Huit (financées par les Nations-Unies) et issu de ces études, le schéma directeur n’a été réalisé qu’au début des années 1990. Ainsi, à l’approche de la réforme de 1986 et avant que les études et les planifications soient réalisées, à côté des annonces dans les congrès du PPRL sur les efforts qu’il a fallu faire pour la construction des infrastructures routières et pour le développement territorial l’Etat laotien prenait quelques initiatives dans le secteur du développement urbain. Ceci, afin de créer une meilleure connexion entre le centre et les quartiers qui s’étaient constitués en sa périphérie de manière disparate et afin d’organiser ces amas d’habitations qui s’étaient constitués dans les poches péricentres de la ville, sans infrastructures de base (sans adductions d’eau et d’électricité, de chemins praticables en saison de pluies, etc.) et sans centralité particulière. Les quartiers en question devaient être ramifiés. C’était effectivement le recadrage des routes nouvelles ou existantes même si elles restaient en terre et poussiéreuses. C’était aussi la ramification des habitations dans les alentours des équipements publics comme l’hôpital de l’Amitié et l’hôpital 103, ou comme le quartier Phonetong après le Cirque national. Peu après, les marchés de quartier et de proximité se formaient. Les équipements, modestes ou importants devenaient, d’emblée, les points de centralité qui apportaient une certaine cohésion à ces nouveaux habitats. Ces derniers prenaient peu à peu place dans une perspective de futures extensions urbaines : les documents de planification urbaine allaient plus tard les prendre en compte. Cette ramification autour des équipements et des infrastructures, quelle que soit leur modestie, était le commencement d’une tentative de réorganiser et de délimiter la ville. La ville pouvait être, de ce fait, abordée à partir de l’extérieur par les réseaux viaires des péricentres et par une tentative d’identifier l’organisation des quartiers péricentres et périurbains à travers des équipements autour desquels leur formation s’était rendue plus cohérente. Ainsi, à partir des années 1995, on pouvait penser la ville à partir de ses limites incarnées par les quartiers périphériques. Avec la prise en compte de ses limites territoriales, la ville devrait être mieux identifiée pour une meilleure gestion et contrôle de son développement futur. Ainsi, cette notion de délimitation a été inscrite dans les étapes de la maîtrise urbaine : les premières études du plan d’urbanisme ont débouché sur la proposition du périmètre urbain de Vientiane à 100 villages, qui s’était ensuite élargi à 160 puis à 189 villages (à plus de 200 villages pour une révision ultérieure du Schéma directeur). Les notions de périmètre et de périphérie urbaine, de péricentre et de limite urbaine soustendaient, de manière de plus en plus claire, l’existence de centre ancien et de la notion de centralité urbaine qui avait été altéré.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 490 - Conclusion Le bouleversement spatial en question trouve ses causes dans le redéploiement des fonctions symboliques et idéologiques de l’espace dans les années 1975 et les années 1980. Ce redéploiement a des répercussions sur la recomposition spatiale des années qui ont suivi, jusqu’à la période actuelle. Les centres historiques et les occupations anciennes ont été altérés corollairement à l’altération de la notion de ville. La ville et ses composants spatiaux, sociaux, économiques, politiques et symboliques, en tant que matrice structurante et identitaire, ont été ignorés durant cette période. Négligeant les bases fondatrices, les expériences pédagogiques et le vécu des espaces hérités que renferment les centres anciens, les acteurs – pouvoirs publics et habitants – occupaient l’espace suivant une projection idéologique et un acte d’occupation physique sans acte d’appropriation. Entre la période où l’espace et les villes évoluaient sur leurs matrices de fondation et les moments où ils évoluaient vers une profonde recomposition caractérisant notre période actuelle, les années 1975, 1980, et même le début des années 1990, constituent un temps de transition qui illustre la notion de “ville absente”. Ces vingt années qui constituent aussi une période de rupture, sont séparées en trois périodes. 1- A l’investiture du régime en 1975, le nouveau pouvoir ne doit pas seulement prendre le contrôle de tout le pays, mais aussi le gérer entièrement, tâche difficiles lorsqu’il est habitué à ne gérer que la zone libérée, placée sous son contrôle. Le Laos se retrouve coupé de l’Occident, et éloigné de la communauté des nations, devant se composer avec l’aide du blocs communistes et compter, sur le plan régional, sur le Viêtnam et la Chine, malgré les conflits sino-vietnamiens. La politique territoriale se tourne vers l’intérieur des terres et entretient des relations fraternelles avec les voisins dans ses frontières nord, sud et est, alors qu’à l’Ouest, la frontière avec la Thaïlande, constituée par le Mékong, devient une barrière idéologique et non plus un lieu d’échange. A l’intérieur du pays, la population n’adhère pas entièrement au nouveau système politique. Le pouvoir entreprend la gestion des hommes de manière autoritaire et arbitraire : emprisonnement, séminaires politiques, afin de former des hommes nouveaux et réprimander les éventuels opposants. Ceci cause la mobilité interne de la population et la fuite de plus de 10 % d’entre elles ; fuite sévèrement sanctionnée. Le pouvoir tente aussi de « retravailler la démographie » en encourageant les hommes à s’installer dans les parties dépeuplées du pays. Le marasme économique (dévaluation du kip ; circulation monétaire et des produits, production, investissements publics, etc., sont au point mort) paralyse quasiment le pays. Il fallait pour le régime redresser l’économie et régler les problèmes de pénuries. La politique de l’autosuffisance, l’étatisation des biens, le collectivisme, sont mis en œuvre. Mais cela ne suffit pas : l’urgence est de redresser le secteur de la production, mais en attendant, le marché noir et les importations clandestines sont tolérés. Quoi qu’il en soit, pour la population, la perspective d’une réconciliation nationale est préférable à la guerre de laquelle le pays vient de sortir. Ainsi, le désir de paix, et moins le contenu idéologique, permet la mise en place du régime et l’application de son idéologie : se créer des perspectives nouvelles, s’imposer, se légitimer et durer. Pour y parvenir, la propagande et l’endoctrinement, les recommandations et les interdictions, les meetings politiques et les séminaires, sont mis en œuvre. Le langage, les arts et la culture, touchant au plus près l’individu, ont été aussi réformés. L’Abolition de l’Ancien Régime et l’édification d’un nouveau pays, sa sécurité et son ordre social, ont été réalisés de manière sévère et avec sacrifice irréversible de ressources humaines. Le système a apporté un grand changement dans la société et dans les mentalités, pour les générations à venir. 2- La période de perspective et de construction du régime c’est aussi la période de mise en place de nombreuses dispositifs, notamment spatiaux :Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 491 - - Les fonctions urbaines, sociales et politiques de la ville sont réduites par l’apologie du travail et de la campagne qui caractérise désormais l’agglomération urbaine. - Du point de vue administratif, les décisions sont prises collectivement, basée sur la directive du Parti Populaire Révolutionnaire, placé dans tous les échelons administratifs, central et local. Le nouay –une subdivision du village– qui a été créé, réduit le rôle paternaliste traditionnel du chef de village. - L’autosuffisance est instaurée comme une vertu. La confiscation-répartition des biens fonciers, la réforme agraire, le collectivisme de productions, les travaux collectifs à la campagne comme à la ville, l’absence des services urbains et des services publics, amorcent la nouvelle configuration spatiale et sociale. Incontrôlable par l’Etat, peu à peu l’espace s’auto-gère. La ville non planifiée poursuit sa transformation, timidement, mais de manière anarchique : les quartiers périphériques se développent sans règles, l’usage de l’habitat et de la ville est transformé par une population rurale, entrainant une dégradation de son état de conservation. Mais dans cet effacement de la ville, l’espace urbain expérimente une production architecturale particulière des années 1980, avec des nouveaux programmes, quelques équipements et bâtiments emblématiques. Il est de même pour l’expérimentation des villes nouvelles qui se veulent soucieuses de fonctionnalité et de mixité ethnique. Elle contribue en réalité à la détribalisation et à la “ laoisation ” de la plupart des minorités. Dans leur ensemble, le développement urbain et territorial, même s’il est modeste, met en évidence les premiers signes de la méconnaissance, voire, du mépris pour la base fondatrice, historique et sociale des espaces existants. 3- La gestion et le développement du pays étaient difficiles pour le nouveau pouvoir, conjoint à l’inefficacité de l’économie planifiés et à l’écroulement du bloc communiste dans le monde. Ce qui le contraint à effectuer des bilans dans la troisième période du régime. Les bilans qui se veulent scientifiques et progressistes, reconnaissent l’inadaptation de l’économie planifiée pour le développement du Laos, et mettent en exergue un certain nombre d’autres paramètres inappropriés, mais non identifiés officiellement par le pouvoir. Les données reconnues et non reconnues par le pouvoir, permettent de comprendre pourquoi il est nécessaire de mener la réforme. Dans le discours officiel et pour l’intelligentsia révolutionnaire les anciens pays amis (notamment l’Ex-Union Soviétique) sont considérés comme des traitres qui ont trahi l’idéal socialiste, « corrompus par les opposants occidentaux. » Ceci explique cela : le maintien, voire, la conservation idéologique, du système de parti unique (marxiste-léniniste) du Parti Populaire Révolutionnaire Lao (PPRL), a été préféré à son abolition. C’est seulement à travers la critique économique et son système que le gouvernement met en œuvre sa réforme.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 492 -Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 493 - Conclusion Depuis les années 1990 et les années 2000, le développement des villes et des territoires est incontestablement en rupture avec les espaces sensibles : centres historiques et lieux anciens, espaces paysagers à valeur environnementale. On constate que ces espaces sont altérés, perdant leur capacité d’adaptation et de renouvellement, dans le contexte de développement en cours. De ce fait, la politique et la gouvernance urbaine, la production spatiale, rencontrent des difficultés particulièrement conflictuelles et interrogent le bien-fondé des options prises par les pouvoirs publics et les orientations des acteurs, pour produire, concevoir, gérer et vivre les espaces de vie et la ville elle-même. Pourtant, avant les années 1970, malgré les grandes transformations spatiales opérées durant plusieurs périodes, les espaces anciens et les lieux historiques n’ont pas été altérés. Ils évoluent dans une certaine continuité : d’un côté, la ville en développement semblait respecter les composants historiques et les structures fondatrices du passé, et de l’autre, les centres anciens possédaient des capacités d’adaptation et des propensions à absorber ou intégrer les changements. La période entre les années 1970 et les années 1990 peut être alors considérée comme une période de transition. Entre le moment où les centres historiques marquent et structurent encore la ville et le moment où ils perdent leur rôle structurant. Cette période a introduit des éléments de rupture et de mutation importants. 1 La première partie de la recherche s’attache à montrer que les centres anciens dans la recomposition spatiale, connaissent manifestement une altération : aujourd’hui, ils préoccupent peu la stratégie et les projets urbains où ils sont peu pris en compte, tant dans les initiatives privées que publiques. Souvent ignorés dans les nouveaux modes d’habiter et de production de l’espace, négligés aussi dans la gestion urbaine et territoriale des politiques d’aménagement conduites par les pouvoirs publics, à l’échelle locale et régionale, les centres anciens tendent à disparaître. Pour l’illustrer, la planification urbaine est analysée parallèlement à l’observation de la pratique habitante. Et à plus grande échelle, les différentes interactions spatiales et économiques et leurs résultantes ont été étudiées. Entre le local et le global, entre le réseau et le territoire, entre la disparité de croissance économique des villes et leur dislocation, entre effets fédérateurs et effets de résistance, il s’agit de comprendre les implications de l’intégration régionale sur l’écosystème social et urbain des villes. Décomposition, recomposition, recyclage, mais aussi conflit : ce sont des processus qui décrivent aujourd’hui globalement la mutation de la plupart des villes ; mutation que nous avons analysé à partir de la Réforme de 1986. A partir de 1986, la Nouvelle Mécanique Economique a peu à peu déclenché le développement économique, et par la suite, le développement et la mutation des espaces urbains. Deux dispositifs ont été le moteur de cette mutation : - Le passage de la production collectiviste à la production privée et au droit de commerce, de l’antiOccident à l’ouverture plus grande à l’Occident, de l’Etat de fait à l’élaboration de la Constitution de 1991, de l’isolement dans le bloc socialiste à l’ouverture à la coopération régionale et internationale. - La reconnaissance du droit de la propriété privée, suivie de la régulation foncière : rendre la terre à la population, reconnaître son droit d’action, de jouissance et de transaction, ont permis d’améliorer la relation très tendue entre le pouvoir et la population. Cela montre combien le foncier est important pour l’habitant et pour la constitution et l’évolution du bâti et de la ville.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 494 - La mutation spatiale met en évidence à la fois la marginalisation et l’émergence des espaces et des territoires. Nous la décrivons en cinq points : - Les pôles locaux de développement sont constitués à travers la restructuration des réseaux d’infrastructures, la construction et le déplacement des équipements, la clarification du statut et de l’échelle des villes. Parallèlement, les pôles régionaux révèlent le phénomène de monopole et de concurrence qui induit, pour certaines villes laotiennes, plus leur mise en marge que leur intégration dans le réseau régional. - L’émergence et la mise en marge des espaces interrogent la “ qualité ” des réseaux d’échange économique régionale : la capacité des projets à intégrer l’échelle locale et les données humaines dans leur réalisation, à gérer les conflits et les retombées économiques de manière équitable. Cette capacité se montre fortement limitée. - Il en est de même pour les territoires de concession : les impératifs locaux et humains n’ont pas été assez pris en compte. Les établissements humains autour des mines n’ont pas été bâtis comme un établissement social et urbain durable, en conséquence, leur pérennisation et leur intégration sont difficilement envisageables pour l’avenir et posent déjà aujourd’hui des problèmes. - Les trois points précédemment soulevés révèlent des problèmes de différents ordres, tels, le manque de souveraineté des territoires nationaux éprouvés par le gouvernement laotien, les conflits d’échelle entre le local et le régional qui mettent en porte-à-faux la communauté régionale en cours de construction, la sécurité et la pérennité des sociétés et des communautés locales menacées, paradoxalement, par le développement. - La mise en marge de certains territoires peut être aussi liée à leurs caractères endogènes. Les contextes historiques de “zone libérée”, de “zone spéciale” et de “zone de trafic”, par exemple, le montrent bien. La mutation de l’espace fait aussi apparaître à la fois le phénomène de recyclage et d’altération des espaces historiques ou des espaces constitués. Faits qui se sont opérés dans le champ patrimonial, enlisé dans les problématiques de développement. Par exemple, les monastères qui sont des espaces anciens, leur recyclage et leur altération sont manifestes à travers la place qu’ils occupent aujourd’hui dans la ville en tant que centralité. Leur présence et leur convergence sociale dans la ville, leur propension à devenir des modèles architecturaux sont incontestables, mais aujourd’hui remises en question. Un regard introspectif (dans l’univers de la culture et de ses pratiques) et rétrospectif (dans les faits historiques) s’impose pour comprendre le processus de patrimonialisation, identifier sa prise de conscience et sa conception et prendre en compte ses discours. Ceci, afin de saisir la confrontation forte entre la nécessité de développement et la nécessité de mémoire qui caractérise la réalité urbaine et le manque de modèle clair de la politique de développement laotienne en cours. Enfin, la mutation de l’espace est aussi à l’œuvre à travers la constitution et la recomposition des espaces politique et symbolique, social et économique : - Le régime se retrouve sans modèle idéologique spatialisé, alors qu’il entame sa troisième décennie de réforme. A partir des années 2000, le retour des symboles a été pressenti comme une nécessité et représentatif d’un désir de légitimation du pouvoir politique et d’une volonté de donner à l’espace une valeur identitaire, de rassemblement et de citadinité : réappropriation des espaces sensibles avec des projets publics d’envergure, revitalisation de l’identité religieuse locale et des anciens monuments, voire, les réinventer. - Le regain des occupations anciennes devient actif, mais reste modeste dans les secteurs du développement urbain. Il est question de considérer le patrimoine et les faits archéologiques comme des éléments de développement urbain, économique et social. Mais il met en exergue aussi un effet pervers : l’émergence des sites patrimoniaux peut aussi se cristalliser dans une monofonctionnalité ; les fonctions touristiques uniques posent des problèmes d’équilibre socioéconomique et culturel, de développement durable. - La stratégie résidentielle des habitants constitue aussi une forme de recomposition spatiale. Quitter ou rester dans le centre, considérer ou pas le Mékong comme une centralité ? Ces questions restent Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 495 - corollaires aux offres d’emploi et d’activité, aux offres foncières, à la qualité du cadre de vie et à la valeur écologique primitive liée au fleuve. Ces questions demeurent non maitrisées pour la politique urbaine. - Le foncier est un élément de recomposition spatiale majeur. Des dispositifs mis en place par l’Etat pour le cadrer explicitent son importance. On constate aussi, indépendamment des dispositifs de l’État, que le foncier se dote d’un principe spéculatif lié aux effets des grands projets de développement annoncés, que ceux-ci soient réels ou fictifs. - Les péricentres et les centres périurbains constitués viennent renforcer et consolider la vie des petits centres. Tout en demeurant une caractéristique permanente des villes, la centralité est reformulée : entre une ancienne et une nouvelle centralité, les nouveaux centres se constituent en périphérie, en ramifiant les quartiers plus ou moins dispersés et en accompagnant la construction des nouvelles routes et le déplacement des équipements publics. - La reconstitution et la recomposition de l’espace à l’œuvre, appellent aux outils de gestion et de développement urbain nouveaux et adéquats. La politique urbaine et territoriale entame ainsi des procédures pour mettre en place une autorité urbaine –le UDAA– dont le rôle et le cadre technique et institutionnel sont d’être l’embryon d’une future municipalité avec un éventuel “pouvoir local élu”. Volonté appuyée et initiée par les bailleurs de fonds internationaux, intéressés pour mettre en place un processus de transition structurelle, institutionnelle et politique. Mais sa réalisation est freinée par une structure politique et constitutionnelle fondée sur le pouvoir d’un parti politique unique et centralisé. - Les investissements ainsi que la migration sont aussi des facteurs importants de modification des espaces urbains. Les investissements intérieurs ont été peu importants, mais contribuent à apporter des modifications aux tissus urbains des centres, alors que les investissements extérieurs modifient la configuration des villes et des territoires à une plus grande échelle, en fabriquant des grands projets urbains, en établissant des zones de concessions et en interrogeant la bonne gouvernance urbaine et le choix du modèle de développement de l’État laotien. Quant à la migration interne, elle participe au renouvellement des habitants dans l’espace citadin et modifie les données spatiales des tissus urbains sans apporter des bouleversements, alors que la migration extérieure renvoie aux relations historiques entre le Laos et ses voisins. Ce renvoi à l’histoire permet de comprendre l’influence des deux migrations –chinoise et vietnamienne– exercées sur la gouvernance. Enfin, la migration artificielle qui accompagne la coopération internationale permet la réhabilitation des anciennes villas et bâtiments des années 1960 et la construction d’un nouveau type d’habitation, sans être initiatrice d’une véritable production architecturale nouvelle. - La question de la citoyenneté n’a pas été également étrangère à la recomposition de l’espace urbain, puisqu’elle touche la question des pratiques habitantes et de la gouvernance urbaine. L’Etat définit les critères des familles et des villages modèles et recommande aux citoyens les actions à entreprendre pour atteindre les modèles définis. - En interrogeant les quatre champs et acteurs impliqués dans la production du bâti –l’opérationnel et l’économie, la nature des commandes et les commanditaires, les entrepreneurs et les architectes– on découvre un autre aspect de la recomposition de l’espace et on mesure la forte dépendance de la création et de la production architecturale vis-à-vis de ces champs et de ces acteurs. Dans leur ensemble, le devenir des villes laotiennes traduit l’ambiguïté des politiques de développement aussi bien locales que régionales : entre préservations des héritages du passé comme conservation de leur identité dans un monde globalisant, et volonté de se projeter dans l’avenir comme pensée légitime d’une société en cours de “ modernisation ”. Les villes laotiennes font face à des nouvelles dynamiques spatiales imposantes –d’un côté l’intégration régionale et la mise en réseau des métropoles, et de l’autre, les propensions internes des villes à appréhender les mutations et à réceptionner les changements. L’espace des villes est appelé non plus seulement à évoluer, mais à se métamorphoser en absence de modèle, ne comptant que sur ses qualités spatiales idiosyncratiques. De ce constat, notre regard rétrospectif et introspectif nous amène à nous intéresser à sa culture spatiale, à analyser dans son passé historique et ses espaces constitués, les Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 496 - éléments porteurs et idiosyncratiques, qui ont nourri la qualité de ses espaces avant 1970. C’est ce que propose d’analyser la deuxième partie de notre recherche. 2 La deuxième partie de la recherche est théorique. Elle a tenté d’approcher les principes et les modèles fondamentaux de fondation, en explorant les données immatérielles (données anthropologiques, mythes et rites religieux et païens, pratiques habitantes) en rapport avec les fondations et les données historiques. Les éléments de formation primitive montrent que les établissements qui ont préexisté à l’espace lao tai, structuré au XVIe siècle, sont essentiellement au nombre de quatre : 1- les occupations proto-indochinoises qui se trouvent temporellement et culturellement à l’extérieur du monde môn-khmer et tai ; 2- les fondations mônes proprement dites que l’on continue à découvrir de manière fragmentée, et dont les contenus culturels et conceptuels ne semblent pas très éloignés des établissements lao tai. Les connaissances les concernant restent liées à la découverte historique et archéologique actuelle et à venir, notamment du Nord-Ouest du Laos et du Nord de la Thaïlande ; 3-les établissements khmers, monumentaux et marqueurs de territoire. Ils renvoient aux fondations des monuments et des grands établissements politiques et territoriaux, même s’ils restent “muets” sur les établissements urbains et d’habitat qui font l’objet privilégié dans notre observation ; 4- les occupations lao tai primitives qui ont préexisté à l’émergence des espaces lao tai contemporains. Nous faisons l’hypothèse qu’à l’échelle temporelle, ces établissements primitifs sont formés avant le XVIe siècle, sur deux longues périodes : la première entre le VIIIe et le XIVe siècle –période des chefferies dispersées ; la seconde entre le XIVe et le XVIe siècle –période des cités-états– avec une configuration politique et spatiale structurée. A travers les pratiques spatiales, la permanence des caractéristiques des sites, les mythes et rites de fondation, comme des éléments révélateurs, nous avons esquissé l’organisation sociospatiale et les principes d’implantation de la période primitive lao tai. Mais notre analyse s’est surtout attardée sur la structuration de l’espace lao tai opérée autour de la fondation de la capitale par Sethathirat au XVIe siècle et à partir de ce règne, où la restructuration politique de l’espace s’est réalisée de manière plus formelle, identifiable à travers différents actes et dispositifs politiques réalisés, comme une inscription de la pensée dans le territoire. Effectivement, il y a un parti-pris idéologique pour restructurer l’espace non seulement territorial mais aussi social, politique et religieux. L’espace lao tai est ainsi lisible à travers des faits culturels et idéologiques, analysé dans sa strate de cité-état et dans la structure du pouvoir politique constituant, d’où découleraient sa conception spatiale et son mode d’organisation. De ce fait, la constitution de l’espace reste –toute proportion gardée– endogène, générant son propre modèle historique. Notre analyse a exploré, ensuite, la capacité des espaces lao tai à réceptionner les modèles spatiaux extérieurs. Par leur artificialité, les villes siamoises précoloniales ainsi que leurs structures administratives, installées comme des lieux de capitations dans le Laos et dans le Laos Occidental au XIXe siècle, ne peuvent constituer un modèle durable, mais ont conditionné certains aspects de l’espace contemporain : 1- Ils ont déstructuré et atrophié la forme sociale et politique du muang traditionnel ; 2- leur fonctionnement ont induit la naissance du sentiment “localiste” qui a gêné, tout le long du XXe siècle, le développement et l’intégration de la région Issane dans l’unité nationale thaïlandaise. En ce qui concerne les villes coloniales, contrairement aux établissements siamois, elles ont été un modèle nouveau et durable, devenu significatif pour l’espace contemporain, du point de vue administratif, programmatique, de la gestion des sols et dans la prise en compte de la démographie. La culture administrative et les bâtiments coloniaux forment aujourd’hui une variante urbaine des villes laotiennes. Sachant qu’au moment de leur installation, elles ont tenu une position ambigüe, voire, ont ignoré les espaces anciens antérieurs (forme urbaine, limite, mode ancien de production et de gouvernance, etc.). Dans leur ensemble, les villes siamoises et les villes coloniales restent des modèles exogènes et peu d’éléments ont été endogénisés pour un développement conceptuel et formel des villes laotiennes postérieure, alors que leurs propres éléments endogènes demeurent un modèle spatial marquant. Quatre principes semblent le démontrer :Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 497 - 1- Le modèle spatial en rapport avec la forme de la gouvernance. On constate que l’organisation de l’espace lao est reposée sur trois échelles et principes spatiaux : le ban, le tassèng et le muang. Ces principes ont perduré et ont assuré à l’organisation laotienne une pérennité, malgré les ruptures et les transformations diverses que l’histoire a enregistrées. 2- Les ancrages culturels de ces principes spatiaux ont été tels qu’ils génèrent une conception idéalisée du muang. Dans le Syasavat, le muang –défini comme une cité-état par excellence– donne la perception du cadre de vie, de penser et de gouvernance de la société lao ancienne. 3- Dans la pratique, les ancrages culturels des principes spatiaux donnent des règles au droit des sols, stigmatisé dans le droit coutumier, auquel le droit foncier d’aujourd’hui se réfère encore. 4- Jusqu’à récemment, la domestication des espaces naturels, en liaison avec le mode d’habiter, comme savoir intemporel constitue une caractéristique des espaces et des villes laotiennes. La conception et la perception de la nature participent à la construction et aux fonctions des établissements. La nature fait partie de la cité, en tant que paysage, lieu de production ou d’altérité de vie, parfois divinisée. L’analyse urbaine, autour des années 1975, met en évidence une certaine permanence des quatre principes hérités des structures spatiales anciennes, malgré les conjonctures socioéconomiques internes et externes en rapport avec l’évolution des aires urbaines régionales et avec leur propre cycle de transformation interne. En cela, on constate que : 1- les schémas symboliques et les cultes perdurent encore dans l’usage de l’espace : la forme ancienne du pouvoir laisse des traces sur les lieux sensibles de la ville ; la faiblesse démographique traditionnelle est prise en compte comme un handicap dans la modélisation de l’espace et continue à l’être dans la gestion et l’économie des villes ; le déplacement de la population, qui est une pratique traditionnelle, est encore d’actualité dans la restructuration spatiale ; le mythe de la ville imaginaire continue aussi à “hanter ” tant ceux qui la construisent que ceux qui la vivent ; 2- le phénomène de partition territoriale et politique du Laos, qui est une question induite par le contexte de la Guerre froide, reflète aussi une réalité géographique et humaine, inscrite dans la formation et dans l’évolution territoriale du pays. Cette partition s’est calée sur l’opposition entre zones vides montagneuses, moins développées et zones basses, peuplées, développées et faciles d’accès. Elle ne s’est pas calée, par exemple, sur la partition ancienne des trois royaumes, mais sur la configuration historique plus ancienne de la répartition des hommes et des richesses ; 3- le grand tournant spatial des années 1960 enregistre plus une transition qu’une rupture. Les éléments traditionnels pris en compte –acculturation et endogénisation– sont presque dépassés par rapports aux nouvelles données spatiales qui apparaissent dans le contexte de la Guerre froide : les établissements naissants sont liés à la guerre, et il est de même pour la nouvelle répartition des hommes sur le territoire. Quant au développement et à la production spatiale, dans bien des cas, l’urbanisme et l’architecture des années 1960 ont révélé la dynamique des espaces symboliques anciens comme une structure urbaine révélée et structurante. On identifie les années 1960 comme le commencement d’un nouveau cycle de transformation spatiale, le passage de l’espace traditionnel à l’espace moderne. Et les facteurs dominants qui ont conduit la transition urbaine des villes laotiennes ont été la complexification des acteurs et le développement d’une nouvelle programmation urbaine. La réflexion menée est une contribution à la connaissance d’une transition urbaine spécifique et produite dans les villes lao tai d’aujourd’hui. 3 Avant les années 1970, les espaces anciens ne sont pas altérés et les implantations lao ont connu une évolution idiosyncratique, se développant dans une certaine continuité, malgré les grandes transformations spatiales opérées durant plusieurs périodes. Cela contraste si fortement avec la période actuelle, où la matrice structurante, liée à la fondation des villes et des pratiques habitantes, est altérée, perdant sa capacité d’adaptation et de renouvellement. La politique et la gouvernance urbaine, ainsi que la production spatiale, rencontrent des difficultés dans le contexte de développement en cours. Ce fait accuse le contexte sociopolitique et les enjeux spatiaux des deux Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 498 - décennies entre 1970 et 1995, en tant que période transitoire. Explorer ces deux décennies, c’est l’objet de la troisième partie de notre recherche. En 1975, la fin de la guerre du Viêtnam a bouleversé toute la région de l’Asie du Sud-Est. Le basculement idéologique de l’ancien Indochine, entré dans le bloc communiste, a profondément transformé les sociétés de ces pays, et les a exclu, pour un temps, du reste de la communauté des nations de l’Asie du Sud-Est et de l’Occident. Dans la vallée du Mékong, la politique territoriale se tourne vers l’intérieur des terres, le Mékong devient une barrière et non plus un lieu d’échange avec la Thaïlande. Le nouveau pouvoir doit gérer la totalité du territoire dans un contexte politique régional inédit, alors que ses dirigeants, soutenus par le Viêtnam, la Chine et l’ancien URSS, n’avaient été habitués à gérer que les zones “libérées” et les populations embrigadées. Malgré les conflicts frontaliers sino-vietnamiens de 1979, la politique laotienne doit composer avec ses deux grands voisins. La nécessité d’exister dans la dualité sino-vietnamienne induit non seulement une différenciation territoriale, mais surtout l’émergence de deux fractions politiques dans la direction de l’État laotien. Le régime penche clairement du côté vietnamien, par le lien historique qu’entretient le PPRL avec le PCV. Ainsi, l’axe Nord-Sud traditionnel, avec la Chine, est mis en veille, de la fin des années 1970 jusqu’au milieu des années 1980, au profit de l’axe Est-Ouest, rappelant la politique coloniale et aussi la lutte anti-coloniale, qui avait favorisé le rapprochement entre les futurs dirigeants communistes laotiens et vietnamiens au lendemain de la Deuxième Guerre mondiale. L’axe Nord-Sud, maintenu au minimum, est relancé à partir de la seconde moitié des années 1990 pour se renforcer nettement à partir du début des années 2000. Trois temps ont qualifié la période transitoire qui a fragilisé la capacité spatiale d’adaptation et de renouvellement des villes laotiennes d’aujourd’hui. Au moment de l’investiture du régime, le temps de l’appropriation Dans la première année du régime, les enjeux spatiaux, humains et économiques sont importants. C’est une réalité incontournable : une partie de la population fuit le pays face à un Etat autoritaire et une gestion arbitraire des hommes. La fuite de la population a été sanctionnée, et les séminaires politiques mis en place pour former des hommes nouveaux, selon le modèle établi par l’idéologie du régime. La mobilité et le “ déplacement ” des hommes, le repeuplement des régions deviennent un choix pour réguler l’occupation des territoires et développer l’ensemble du pays, où la faiblesse démographique demeure une fatalité. Quoiqu’il en soit, le miroitement d’une société plus juste, d’un pays réconcilié avec lui-même et en paix, semble permettre la mise en place du régime et non pas son contenu idéologique. Devant les enjeux et les défis multiples, le régime tente de se créer des perspectives nouvelles, s’imposer, se légitimer et perdurer : une hétérotopie est ainsi installée. Bien que les Laotiens s’en défendent, le système a apporté un grand changement dans la société et dans les mentalités. Les nouvelles générations, grandies ou nées après 1975, n’ayant pas connu des éléments de comparaison, ont été formées à la vision et à la pensée unique. Sur le plan économique, le pays est plongé dans le marasme : dévaluation du kip, inertie de la circulation monétaire, production à plat, absence d’investissements publics dans les services de base, circulation des produits au point mort, etc., l’État décrète le nouveau “ kip de libération ”. Pour redresser l’économie, il met en œuvre l’autosuffisance, l’étatisation des biens, le collectivisme, tout en tolérant, officieusement et provisoirement, le marché noir. Les problèmes dans leur ensemble sont ainsi différés, débouchant vers une nécessité de réformer le système quelques années plus tard. Sur le plan spatial et politique, le nouveau pouvoir a tenté de réinventer des nouveaux symboles, en remplacement des anciens abolis ; de se réapproprier l’espace avec une vision globale et non plus partisane et partiale. La propagande et l’endoctrinement ne passent pas seulement par les recommandations et les interdictions, les meetings politiques et les séminaires, ils passent aussi par le renouvellement du langage des arts et de la culture, touchant au plus près l’individu. La construction du nouveau pays, l’édification du régime, la sécurité et l’ordre social passent ainsi par un arbitrage sévère et un sacrifice irréversible de ressources humaines.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 499 - Les dispositifs spatiaux pour une nouvelle perspective Les premiers dispositifs politiques que l’Etat a mis en place pour restructurer le pays, concourent directement à ruraliser la ville, voire, à la faire “ disparaître ”, dans sa fonction urbaine et politique, selon une hétérotopie et des impératifs idéologiques du régime, peu en phase avec la réalité sociale et culturelle du pays. - La réforme administrative est le premier secteur touché. De la responsabilité individuelle et hiérarchique des compétences, l’administration est passée au système à responsabilité collective. Les décisions ne se basent non pas sur les hiérarchies à compétences, mais sur l’appareil politique valorisé au sein du parti, placé dans tous les échelons de la structure administrative. La place du pouvoir local a été modifiée : l’administration de la ville-agglomération urbaine est réunie à l’administration de la province ; le nouay, un comité de quartier, une subdivision du village, est créé, réduisant le rôle traditionnel paternaliste et fondateur du chef de village. - Les principaux dispositifs politiques imposés à la population prônent l’autosuffisance comme une vertu. Voulant contrôler la production, l’Etat impose le collectivisme dans la démarche de la réforme agraire. Voulant contrôler et répartir les biens dans une société qui se veut égalitaire, il étatise les biens fonciers et immobiliers. Considérant le travail comme une vertu, il impose les travaux collectifs et l’absence des services urbains et des services publics –disparus avec l’Ancien Régime– est considérée comme une pédagogie, une leçon inculquée à la population et à la société bourgeoise. Au résultat, les dispositifs débouchent sur le premier phénomène incontrôlé par l’Etat : l’espace s’auto-gère, la ville et ses espaces non planifiés se déploient. Les quartiers périphériques se constituent dans le désordre, l’usage de l’habitat et de la ville change de fonctions par une population rurale : leurs états de conservation se dégradent rapidement. Alors que la ville “ disparaît ” au profit de la campagne, l’espace urbain expérimente une production architecturale, timide mais identifiable au début des années 1980, à travers des nouveaux équipements et bâtiments emblématiques. Il se dote aussi de nouveaux programmes architecturaux, démonstratifs souvent de projection sociale hétérotopique. A l’échelle du territoire, le régime se projette aussi idéologiquement dans l’expérimentation de villes nouvelles, annonçant comme villes socialistes, soucieuses de fonctionnalité. Elles sont conçues dans l’idéalisation du peuple multiethnique –brassage culturel et “ laoisation ”– dans la méconnaissance et la négation totale de l’histoire urbaine, de la base fondatrice historique et sociale. Le temps des bilans et leurs implications Lorsque le système communiste s’écroule en Europe de l’Est, le CCP qui dirige le Laos préconise la Réforme de l’intérieur en dressant un bilan. Les justificatifs idéologiques, politiques et économiques sont nombreux pour contraindre le régime à entamer une réforme : insuffisance lourde de ressources humaines, démographie désastreuse, conjointe à l’insuccès de l’arbitraire du régime, de sa politique collectiviste et de sa réforme agraire et foncière qui sont les causes des fuites importantes de la population. Des mesures sont menées plus ou moins dans différents secteurs. Mais les plus concrètes sont mises en œuvre dans le domaine de l’économie. Parallèlement aux bilans officiels, certains constats sont révélateurs des sentiments de désillusions, d’échecs et de gâchis. On constate que des fractures sont identifiables au sein de l’appareil révolutionnaire. Elles portent sur le fait que la révolution n’a pas pu amener la réconciliation nationale ni améliorer la pauvreté du pays : il manquait encore plus de compétences pour gérer le pays, et la société est fracturée : fuite de la population, emprisonnements et séminaires politiques, etc. Sur la question spatiale, le territoire à explorer et à fonder n’existe plus en tant que tel, mais doit être géré et développé par l’intérieur. Ainsi la création des nouveaux espaces de représentation rencontre des limites. La négation et l’abstraction de la représentation de la ville et des fondations anciennes, qui caractérisait la considération et l’occupation spatiale du nouveau régime durant les premières années, ont besoin d’être révisées. En effet, la dégradation de la ville, de la cité en tant que lieu de décision –même si on tentait de la ruraliser– peut menacer le statut du politique. Il fallait Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 500 - donc essayer de relever certains points clefs du marasme : la dégradation des responsabilités et des savoir-faire des agents administratifs, l’autogestion spatiale et la dégradation des lieux et leur fonction, la réforme administrative territoriale corollaire à la transformation sociopolitique, l’étatisation des biens fonciers, l’autogestion de l’espace en absence de planification urbaine, la population rurale, les bâtiments emblématiques et fonctionnels, la zone spéciale, les villes nouvelles, etc. Tous ces sujets doivent être revus. La réforme entamée officiellement en 1986 va avoir des implications près d’une décennie plus tard, à partir de 1994-1995. La nécessité de restructurer l’administration devient urgente, dans la foulée de la promulgation de la Constitution de 1991. Tant sur le plan administratif que spatial, il est nécessaire que la ville en tant qu’entité retrouve ses “ titres de noblesse ”. Des soutiens dans les stratégies du secteur urbain ont été sollicités par l’Etat laotien à la coopération et aux bailleurs de fonds internationaux. Le nouveau Plan Urbain est étudié et proposé en 1989. Les organes techniques et administratifs responsables des affaires urbaines sont créés, mais l’opérationnalité de ces organes reste limitée. Les critères et les échelles urbaines, ainsi que les acteurs de la ville, etc., sont également définis. La zone spéciale, un territoire en marge, incontrôlable et difficile d’accès, est instituée en 1994. Elle explicite une variante peu commune du mode de gestion territoriale opéré dans un territoire qui pose problèmes. Avec la réforme et l’assistance internationale, l’Etat laotien se munit d’une certaine politique urbaine. Elle permet de réviser la politique de ruralisation de la ville, entreprise au début de l’investiture du régime, devenue obsolète et posant de multiples problèmes à la gestion urbaine. Mais durant cette première décennie de réforme, le développement urbain ainsi que les investissements étant limités, l’approche de la ville en tant que centralité et entité propre se fait difficilement, après deux décennies de négligence. C’est par les réseaux viaires et les quartiers péricentres et périurbains que l’on aborde la vitalité de la ville : des constructions nouvelles et parsemées égrainent dans ces zones, tandis que le tissu urbain et le centre ancien qui ne font pas encore l’objet d’intervention, revivent lentement par des reprises d’activités. La réflexion menée dans cette recherche tente d’éclaircir les difficultés de développement urbain et territorial rencontrées dans la période actuelle, d’interroger les options prises pour l’aménagement et la mise en place des projets. Ces dernières ont-elles réellement contribué à redonner à la ville ses fonctions et ses “ titres de noblesse ” comme espace partagé et géré ? Sous les bannières du développement socioéconomiques, afin d’atteindre les objectifs d’enrayer la pauvreté, d’urbaniser et de moderniser le Laos, les options actuelles n’ont-elles pas “ oublié ” l’essentiel : la dimension humaine, la qualité spatiale respectant la mémoire et les identités ainsi que le mode de vie de ses habitants et l’avenir environnemental pour lesquels elles sont destinées. Le partage et les négociations entre les acteurs pour des intérêts communs, les consultations entre pouvoirs publics, population et investisseurs dans la production spatiale et urbaine, ne sont-ils pas les conditions pour toute transformation spatiale réussite et pour toutes les bonnes gouvernances ? Toute en relevant le fait que les difficultés sont liées à la période transitoire et aux dispositifs engagés durant cette période, la stratégie de développement urbain et territorial en cours comporte des problèmes de fond et de contenus. Elle doit probablement être mise à un niveau de réflexion plus fine, en incorporant des champs disciplinaires et des connaissances plus larges et plus ciblées à la fois. Les expériences positives et négatives des années transitoires sont nécessaires. Cependant, ce qui a été négligé aujourd’hui, telles, la notion de ville comme espace hérité de l’histoire, la notion de citoyen habitant de la ville, la notion de création, de gestion et de partage des espaces, et de manière plus large –des territoires et des ressources, de négociation et de gouvernance participative, etc., devraient probablement être replacées au cœur des préoccupations des décideurs et des habitants. Dans ce nouveau contexte régional, il semble que c’est en se nourrissant des expériences du passé, en interrogeant ses propres données endogènes ou endogénisées tout au long de l’histoire, et en suscitant aussi la notion de participation citoyenne dans les décisions, en gérant et en négociant les intérêts des acteurs et des bénéficiaires, que le Laos pourrait constituer ses modèles d’espace et de développement adaptés et durables.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 501 - ANNEXEDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 502 - 1. BIBLIOGRAPHIE Notes sur les ouvrages anciens (Langue d’origine ou traduite) Langue d’origine. Jinakalamalini, Ratanapanna, XVIe Siècle, annotation de Coédès. lusokdao]t,k]uouF ik8totxaopk Nithan Khun Bourom. Il existe cinq versions en Tham lao. La 1e serait collégiale, rédigée par Phra Maha Thep Luang et par les hauts dignitaires de Luang Prabang. Datée vers 1503-1504, la chroniques s’arrête au règne de Vixun et c’est la version la plus utilisée par les auteurs. La 2e , écrite à Vientiane s’arrête au règne de Saèn Soulinh et date de ce règne, l’année 1567. Viravong suggère que Phra Arya Vangso en soit l’auteur. La 3e , date de 1627 sous le règne de Nôkéo kumman. Le nom de l’auteur n’est pas mentionné. La 4e version serait écrite sous le règne de Say Ông Hué vers 1705-1708. Le nom de l’auteur n’est pas mentionné. La 5e version serait écrite sous le règne de Manthathourath vers 1856 par Houaphanh Muang Boun comportant en annexe une chronologie résumée depuis la fin du règne de Suryavongsa jusqu’à l’année 1847. oymko05o[6iq,, 3fprt ,tskgm[s];’ 1503- 1504. Oulangkhrathat, annotation de Phra Thammarajanouvat, 2551. v5]a’7tmkf Phongsavadan hèng pathed lao, Luang Prabang, Vientiane, Traninh et Bassac, publié la 22e année de règne de Sa Majesté Sisavang Vong, roi du Luang-Prabang, 1927 (Annales du Laos). L’ouvrage est en Lao avec une écriture ancienne. Les auteurs et éditeurs, dont les noms ne sont pas mentionnés, basent leur écrit sur le Nithan Khun Bourom. rq’lk;tfko csj’ xtgmf ]k; 7n s];’rt [k’ ;P’9aoF g,Nv’r;o c]t 9exkladD Tamnan Meuang Souvannakhomkham, annotation de Rattanavong H. 8eokog,nv’l5;aoot37,7eD Tamnan Muang P’uon, annoté par Archaimbault Ch. 8eokog,nv’r;oD Tamnan Yolnok, annoté par Dorée A. 8eoko3poqd Thao Hung Thao Tch’ueng, Viravong S., volume 1 publié en 2000, volume 2 en 2003, dans le cadre des études lancées par la bibliothèque Nationale et le Comité de Recherche en Littérature de l’Université Nationale du Laos. mkH;Ij5’mkH;g9nv’ Kotmai bouran lao (Moulatantaï, Soysaykham, Thammasat Luang, Souvannamoukha, Rajasat, Phosarat et Sangha pakhon, Anachark et Thammachark du Thammasat.) Texte en Tham lao, sur feuille de latanier, XVIIe siècle, le droit coutumier. Auteur anonyme, annoté par Samlith Bouasisavath, en sept fascicules. dqfs,kp[6Iko]k; (,5o]t8aow8, lvhplkp7e, rtme,tlkfs];’, l5;aoot,5d0k, ik-lkf, 3rlt]kfD) Pheuen Vieng, annales de Vientiane. Auteur anonyme. rNo;P’ Ouvrages et documents sur le Laos, la région du grand Mékong et l’Asie. « Accord de Vientiane », signé en février 1973, met en place le troisième gouvernement de coalition. Le premier est constitué en 1957 par deux factions, le deuxième en 1962 par trois factions. « Administration locale », chapitre VII, article 62-63-64, Constitution de la RDP Lao, adopté le 14 août 1991 par la VIe Session Ordinaire de l’Assemblée Populaire Suprême, Deuxième Législature, promulguée le 15 Août 1991 par le Président de la RDPL. Annales de Vientiane à l’époque de chao Anou rNo;P’lt.s,g9Qkvko5, Comité de Recherche en Langue et Littérature Lao, Département des Lettres et de la Littérature, Université Nationale, Ed. Hong Phim Suksa, Vientiane, 2004. 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ENQUETES DE TERRAIN ET SOURCES ORALES Les travaux de terrain comportent trois types : 1- Travail d’observation sur un lieu donné, pour réaliser un relevé ou pour évaluer, par exemple, la fréquentation d’un lieu, sans interview ni questionnaires. 2- Recueil oral, basé sur une discussion ou un entretien. 3- Enquête de terrain avec questionnaires. Lorsque les personnes interviewées l’autorisent, leur nom figure dans la liste. Dans le cas contraire, le sujet d’interview est indiqué sans le nom. Par contre, sont mentionnés soient leur statut social, leur métier et occupation, soit une simple mention montrant le lien de pertinence entre le sujet et la personne interrogée. Thèmes. Identification. Année 01 Camps de rééducation. Chanhsamone Voravong, 71 ans, géographe, ancien séminariste du camp N°06. 2000 02 Camps de rééducation. Khammay Bouchasinh, ancien séminariste du camps N°06, colonel de l’armé royale formé à Saint Cyr. 2000 03 Zone libérée Un architecte de l’IRU qui a vécu dans les grottes de Sam Neua. 2003 04 Zone libérée 1962, Luang Nam Tha. Un Lü Kalrom originaire de Luang Nam Tha qui a quitté la région natale durant la « libération » en 1962 et dont le père, chef de village, a été fusillé par l’armé de libération. 2007 05 Corridor économique SaSEZ Un des directeurs thaïs du projet SEZA Savannakhet. 2008 06 Déplacement de la population lü de Botèn, Muang Luang Nam Tha. Un groupe de villageois composé des membres du Front d’Edification National du village lü de Botèn. 2007 07 Parcelles, symbolisme des parcelles. Enquête restreinte, testant le choix des parcelles : leur forme et leur position par rapport à un axe de voierie. 1999 08 Muang Kao et Vat Phrakéo à Champassack. Pothao Pheuang 82 ans, ancien moine de Vat Phrakéo, Muang Kao. 2007 09 Muang Vieng Phou Kha Histoire de Souvanna- khomkham H. Rattanavong, Militaire, anthropologue autodidacte, ancien Directeur de IRCL ; le responsable du guide produit par le Bureau du tourisme de Vieng Phu Kha. 2008 10 Ban Lingsan Le vénérable de Vat Kang, Ban Lingsan. 2003, 2007, 2008. 11 Muang Khoun, bombardement de Xiang Khouang. Un fonctionnaire originaire de Xieng Khouang, ingénieur des Pont et Chaussé, faisait partie de la jeunesse révolutionnaire. 2008 12 Phi muang de Vientiane Le grand chao song (médium) de Vientiane. Gnapo E-Noy. 2009 13 Pieux lak tham de Ban Phaylom Un groupe de personnes âgées composé des membres du Front d’Edification National du village. 2006 14 Réinstallation récente au Laos des Lao de la rive droite. Santi, restaurateur à Savannakhet. 2008 15 Réinstallation au Laos des Lao de la rive droite, au début du XXe siècle. Phomma Sayarath (décédé), d’après la mémoire de son père et grand-père, famille de notables de Yaso- thone, Khemmalath (Thaïlande). 1999 16 Communauté Tai Dam Maître de cérémonie, notable Tai Dam de Ban Thongpong. 2009 17 Ubon Rajthani Banyen Na Oubon, professeur d’Université, écrivain, descendant d’une famille d’aristocrate lao installée à Oubon (décédé). 2010Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 518 - 3. ADOPTION DES TERMES ET DES NOM PROPRES Adoption officielle Prononciation locale ou usage courant Prononciation Origine Adoption dans la thèse Scribe en lao Chao Anouvong, Chao Anu Chao Anouvong, Chao Anu ເຈາອານຸວົງ Chiang Saèn (Thai) Xieng Saèn (Nord) Xieng Saèn (Lao) Xieng Saèn Chiang Saèn -P’clo Chiangmai (Thai) T’iang mai (Nord) Xieng mai (Lao) Chiangmai -P’ws,j Chiangraï (Thai) T’iang Hai (Nord) Xieng laï (Lao) Chiangraï -P’Ikp Fa-Ngoum Fa-Ngoum F’a-Ngoum Khun Bourom (Lao) Khun Bourom Khun Bourom Khun Bourom 05o[6iq, Khun Tch’ueng (Lao) Khun Tch’ueng Khun Tch’ueng Khun Tch’ueng 05og9nv’ Muang (Lao) Meueung (Lü) Muang, Meueung (Lao) Muang g,nv’F g,u’ Phothisarat (Lao) Phothisarat Bhodhi Rajya (Sk) Phothisarat 3rmylkikSamsènthaï (Lao) Samsaènthaï Sam-Saèn-T’aï (Lao) Sam-Saèn-Tai lk,clowm Sethathirat (Lao) Séthathirat Settha Rajya (Pl-Sk) Sethathirat glf4kmyikSoulignavongsa (Lao) Sourignavongsa Suryavamsa (Sk) Suryavongsa l5iypt;q’lk Thaèn F’a Thaèn F’a Thaèn F’a ແຖນຟາ Lane Xang (Lao) Lane Xang Lane Xang Lane Xang ]kho-kh’ Lan Na (Lao) Lane Na Lane Na Lan Na ]khook Ayuthia (Thai) Ayuthaya Ayuthia vkp5fmtpk Sichuan Ban Na (Ch.) Sip Song Phan Na Sip Song Phan Na Sip Song Phan Na ly[lv’raook Lue Lü Lü Lü (invariable) ລ Lao-Tai Lao Lao Lao, Lao Tai, Tai Lao ລາວ, ໃຕລາວ Lao Theung Kha Kha ຂ້າDispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 519 - 4. LEXIQUES DES TERMES VERNACULAIRES Pour les termes ne trouvant pas de correspondance adéquate en français nous les gardons en Lao (L) dans le texte. Du fait de leur vulgarisation dans un territoire de langue commune ou proche mais dont la prononciation et l’écriture se diffèrent, il est nécessaire d’adopter une écriture pour les termes vernaculaires gardés dans cette thèse pour éviter amalgame et contre-sens. Pour les termes d’origine Pali et Sanskrit nous préférons adopter les étymologies plutôt pali que sanskrit. Par exemple : Dhamma (Pl) au lieu de Dharma (Sk). Agna Ajna (Sk), Ana (Pl), ordre, autorité, pouvoir étendu. Ban (L) [kho Village. Chao khouèng (L) g9Qkc0;’ Gouverneur de province. Chao muang (L) g9Qkg,nv’ Chef du district, gouverneur ou seigneur d’un muang (ancien). Chao-khong nakhone (L+Pl) g9Qk7v’ot7vo s];’ Préfet, gouverneur de l’agglomération urbaine englobant les neuf districts actuels de Vientiane. Chao-khouèng khamphèng-nakhone (L, Pl) g9Qkc0;’de cr’ot7vo Préfet, gouverneur de l’agglomération urbaine. Terme utilisé surtout dans l’ancien régime avant 1975. Chédi (Pl, Sk) g9fu Cetiya (Pl), ou Caitya (Sk). Monument funéraire, reliquaire. Dit aussi stupa. Chitanakane maï (Pl. Sk+L) ຈິດຕະນາການໃ* Citta (Pl. Sk), pensée, esprit. Maï (L), nouvelle, nouvelle pensée. Dinh Heuâ (L) fuogINv Terre laissée à l’état sauvage, non débroussaillée, inoccupée. Fay (L) /kp Digue en terre. Gnouane (L) p;o Peuple d’origine tai vivant essentiellement dans le Lan Na et dans le Nord-Ouest du Laos. Hô s=H De manière générale le terme désigne les Chinois. Historiquement il désigne les pillards chinois qui ont déserté l’armée impériale à la fin du XIXe siècle et qui ont effectué des raids dans le Nord du Laos et du Vietnam. Aujourd’hui il désigne une grande partie des habitants de Phongsaly d’ethnie hô, de famille sino tibétaine. Ho luang (Sk+L) 3s s];’ L’astrologue, un des hauts dignitaires conseillers du roi. Vient de Horasastra (Sk) : l’astrologie et de hora (Sk) : heure, horoscope. Le latin hora, donnant “ horaire ” en français, vient probablement de cette origine sanskrite. Ho ou hông (L) s=F 3i’ Autel des esprits, pavillon, palais. Hong (L) Ivj’ Canal, drain. Khmer Peuple austro-asiatique du groupe ethnolinguistique môn- khmer, vivant essentiellement au Cambodge. Khouèng (L) c0;’ Province. Khouène ແຄວນ Territoire, région, pays (terme imprécis). Khoum (L) 75h, Quartier. A l’origine il semble désigner surtout le quartier des princes. A Champassack le quartier des princes est toujours appelé Khoun. Il concerne ban Vat Luang, Ban Vat Thong, etc., d’où le terme nay khoun-nay vang, “ du quartier princier ”, “ du quartier royal ”, “ de la coure ”. Kwan d;ko Terme lao désignant généralement un notable. A Xieng Khouang il désigne surtout un notable qui tenait aussi des activités commerciales. Khouane (L) ຂວັນ Âme ໍ່ັ້ , esprit. Lak muang (L) s]adg,nv’ Pieux, borne de la ville marquant souvent un acte de fondation. Lak tham (L+Pl) s]adma, Pieux du dhamma, marquant une conversion religieuse d’un lieu. Lao (L) ]k; Peuple d’ethnolinguistique lao tai vivant majoritairement dans le Laos, dans le Nord et le Nord-Est de la Thaïlande. Au pluriel, sans “s” pour ne pas le confondre avec “Laos” (pays des Lao) terme francisé depuis la période coloniale.Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 520 - Lao Tai Peuple d’ethnolinguistique lao tai, d’après l’adoption officielle laotienne : Lao Tai ou Lao-Tai au lieu de Tai Lao. Laotien Population du Laos de nationalité laotienne, étant ou pas d’ethnie lao tai. Lü (L) ]Hn Peuple d’ethnolinguistique lao tai vivant dans le Nord du Laos et dans le Sud de la Chine (le Sip Song Phan Na.) Luang (L) s];’ 1. Grand. Dans certain cas lorsqu’il est placé devant un nom propre il peut désigner la ville. Exemple : Luang Namtha, Luang Prabang. 2. Une personne titrée dans le système monarchique. Diminutif d’un titre de Phraya placé devant un prénom avec le préfixe “ Gna ”. Exemple : “ Gna Luang Sing ”. Sans le terme “ gna ”, il semble que le terme est seulement utilisé durant la période siamoise, le préfixe “ gna ” étant seulement utilisé au Laos, dérivant de Ajna (Sk) ou de Ana (Pl), ordre, autorité, pouvoir. Meüeng (L) gs,nv’ Ouvrage de gestion des eaux, sous forme de barrage ou de digue en terre. Meun (L) s,no 3e rang d’une fonction publique et titre de noblesse équivalent à 10 000. Il s’emploie aussi pour les poids de riz. Un meun est équivalent à 12 kilogrammes. Môn ,vo Peuple Austro-asiatique appartenant au groupe de parler MônKhmer vivant essentiellement en Birmanie, dans l’Ouest et le Nord-ouest de la Thaïlande. Mou ban (L) |j6[kho Groupement de plusieurs villages, plus ou moins distancée. Moune-seua (Pl. Sk+L) Mula (Pl), origine, source. Mulya (Sk), prix, valeur, capital. En lao il désigne l’héritage, le patrimoine, utilisé dans le régime de la RDPL pour désigner le patrimoine idéologique qui a conduit la révolution lao. Muang (L) g,nv’ Le district. Il peut aussi désigner la ville, le pays, la cité-État, terme incorporant la notion politique et de gouvernance. Il caractérise un espace politique et un système de gouvernance propre aux Lao Tai. Muang chatava (L+Sk) g,nv’9a88t;k 4e rang dans le système hiérarchique des muang. Muang ek (L+Sk) g,nv’gvd Capitale, 1e rang dans le système hiérarchique des muang. Muang Thaèn (L) Muang Thien (L) g,nv’c4o Il y aurait deux Muang Thaèn : Muang Thaèn, ou Tian (Dian) que les Lao appelaient muang theung (muang du haut) situé dans le Sud-ouest de Khunming et Muang Thaèn ou muang loum (muang du bas), la capitale du royaume des 12 groupes tai (Sip Song Tchou Tai) dans la région de Dien Bien Phu et de Lai Chau. Dien ici serait la corruption de Dian (en chinois) ou de Thaèn (en Lao). Muang tho (L+Pl. Sk) g,nv’3m 2e rang dans le système hiérarchique ancien des muang. Muang tri (L+Pl. Sk) g,nv’8iu 3e rang dans le système hiérarchique ancien des muang. Naï phong (L) Chef du district, pour les districts dans le Nord du Laos. D’après Vongkotrattana. Nakhone (Pl. Sk) ot7vo Nagara, ville. Pathesarat (Sk) xtgmfltik- Unité territoriale et administrative vassale, ou royaume ou chefferie vassale. De Padesa (Sk), région, pays + Rajya (Sk), en rapport avec le pouvoir royal. Padesaraj : un royaume appartenant au pouvoir royal. Phaï (L) wrJ Roturier, personne non noble, personne du peuple, citoyen. Phi (L) zu Esprit, génie (L). Les monarques lao portent souvent le préfixe phi devant leur nom, insistant sur leur personnalité sacrée, leur immatérialité, dépassant leur existence humaine et considérant comme des esprits. Khun Phi F’a le père de F’a-Ngoum est ainsi nommé. Phi f’a, Phi thaèn (L) Esprit des ancêtres tai de Muang thaèn devenu esprit protecteur et faisant l’objet de vénération et de culte, en Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui. - 521 - particulier chez les Lao, les Lü et les Tai dam. Phong (L) zQ’ D’après Vongkotrattana, village reculé dans la forêt, dans la montagne, dont les habitants ou les chefs ne seraient pas lao tai Phou, Phu (L) r6 Mont, montagne. Phouane (L) r;o Peuple d’origine tai, sous groupe lao, vivant essentiellement au Laos, en particulier à Xiang Khouang et déplacé au Nord-Est de la Thaïlande à la fin du XVIIIe siècle et au XIXe siècle. Phraya ou Phragna ritpk 1e rang d’une fonction publique équivalent au titre de ministre, également un titre de noblesse. Phya grap 4e rang d’une fonction publique, également un titre de noblesse Pô ban, naï ban, kwan ban (L) r+[hkoF okp[hkoF d;o[hko Chef de village, père du village. Kwan utilisé par les Phouans désigne aussi une personne honorable qui fait du commerce. Saèn (L) clo 2e rang d’une fonction publique, titre de noblesse, correspond à cent mille. Sān (L) -ko Terrasse non couverte dans la partie arrière de la maison lao. Shan lko Peuple d’origine tai vivant essentiellement en Birmanie. Sim (Pl) ly, Sanctuaire, édifice central d’un monastère bouddhique. Sya (L) g-aP Terrasse couverte, espace de vie et de réception située dans la partie avant de la maison lao. Tai (L) w8 Peuple de parler tai vivant particulièrement dans la péninsule indochinoise, auquel les Lao appartiennent. Terme invariable. Tai dam, Tai dèng, Tai Khao. (L) w8feF w8cf’F w80k;F Peuple d’origine tai vivant essentiellement dans le Nord et Nord-est du Laos, dans le Nord du Vietnam, la région du Sip Song Chou Tai, ou Muang Thaèn du Bas. Takong (L) 8k7v’ Canal. Tassèng (L) 8kcl’ Un échelon administratif et territorial au-dessus du ban et en dessous du muang, équivalent au canton. A Muang Sing il désigne aussi un îlot à l’intérieur d’un xieng. Thaèn (L) c4o Le ciel, le haut. Il désigne aussi l’esprit puissant considéré comme ancêtre des Tai. Thaèn f’a (L) c4o2hk Esprits gouvernant Muang Thaèn, esprit protecteur des Tai. Monarque de Muang Thaèn et ancêtre de F’a-Ngoum. Thahan lat (L) mtsko]kf Troupe armée constituée par levée d’arme auprès du peuple. Thahan luang (L) mtskos];’ Troupe armée de métier, soldat appartenant à la troupe royale. Thaï, Siamois (L) .mF ltspk, Peuple d’origine tai vivant dans la région de l’ancien Sukhothaï et de l’ancien Ayuthia. Tham (L) ma, D’après Viravong S., une écriture ancienne empruntée à l’écriture indienne du Sud, le pali, utilisé au Laos pour transcrire les textes bouddhiques et son enseignement. That (Pl) mkf Stupa, relique ; de dhatu (Sk), élément naturel fondamental. Thèï, Thaèn-Thèï, (L) .4hF c4o.4hD Esprit, esprit vénéré à Muang Thaèn, Tiao (L), chao. (L) g9Qk Noble, ou, appartenant à l’aristocratie. Terme placé devant le nom d’un aristocrate. L’autographe tiao s’applique dans le Nord, dans le Sud on l’écrit Chao. Vat (Pl. Sk) ;af Vatta (Pl), Vrata (Sk), pratique, habitude, observance religieuse, aujourd’hui il désigne monastère, pagode, temple. Vieng (L) ;P’ Cité, citadelle, ville avec fortification : sous forme de rempart ou de digue ou de palissade ou de palanque. Le terme couvre la notion spatiale plus que symbolique ou administrative. Xieng (L) -P’ Selon la tradition lü, une unité spatiale à l’intérieur d’un vieng. A Muang Sing il représente le quart de la citadelle. Il désigne couramment chez les Lao la ville, la cité. Yuan (Ch) 1;o Dynastie mongole dominant la Chine du XIIe du XIIIe S.. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui - 522 - 5. ACRONYMES ET SIGLES ACMECS Stratégie de coopération économique Ayeyawady-Chao Praya-Mékong. AdP Atelier du Patrimoine de Vientiane (installé à l’IRU entre 1999 et 2004) AFD Agence Française de Développement AFTA ASEAN Free Trade Area AN Assemblée Nationale ANASE Association des Nations de l’Asie de Sud-Est APEC Communauté Economique de l’Asie Pacifique ASEM Asie Europe Meeting AUPM Advance Urban Planning and Management BAD Banque Asiatique de Développement BCEOM Bureau Central pour les Etudes et équipements d’Outre-Mer BDPA Bureau pour le Développement de la Production Agricole BEFEO Bulletin de l’Ecole Française d’Extrême-Orient BM Banque Mondiale BSEI Bulletin de la Société d’Etudes Indochinoises CAOM Centre des Archives d’Outre-mer CAS Country Assistance Strategy CBTS Convention pour le trafic transfrontalier CCL Comité de Coopération avec le Laos CCP Comité Central du Parti CEEO Corridor Economique Est-Ouest, version francophone de EWEC. CIRAD Centre International de Recherche Agronomique pour le Développement CLP Comité Local du Patrimoine CNGPCHE Comité National de Gestion du Patrimoine Culturel, Historique et Environnemental en RDPL CNRS Centre National de Recherches Scientifiques DANIDA Danish International Development Assistance DCTPC Département des Communications, Transports, Postes, Constructions. DHU Direction de l’Habitat et de l’Urbanisme DIDM Développement de l’Irrigation Décentralisée DMA Département des Musées et de l’Archéologie DPA Département du Patrimoine et de l’Archéologie (remplaçant le DMA) DTTP Département des Travaux Publics et des Transports (remplaçant le DCTPC). EC Ere Chrétien. EDL Electricité du Laos EFEO Ecole Française d’Extrême-Orient ENAG Ecole Nationale d’Administration et de Gestion (ancien nom de ONEPA) ESBA Ecole Supérieure de Bâtiment et d’Architecture, anciennement la Faculté d’architecture. EWEC East-West Economic Corridor, version anglophone de CEEO. FEN ou NH Front d’Edification National ou NH (Néo Hom) FENU Fond d’Equipement des Nations Unies FSD Fond de Solidarité pour le Développement (anciennement FSP) FSP Fond de Solidarité Prioritaire GGI Gouverneur Général de l’Indochine (Fonds d’archive du CAOM) IDA International Development Agency (Banque Mondiale) IETU Institut des Etudes Techniques et Urbaines IGE Institut Géographique d’Etat IRCL Institut de Recherche sur la Culture Lao IRD Institut de Recherche pour le Développement IRDA Institut Royal d’Administration (ancien nom de l’ONEPA) IRU Institut de Recherche en Urbanisme (remplaçant IETU) ITTP Institut des Transports et des Travaux Publics (remplaçant l’IRU) JICA Japan International Cooperation Agency MAE Ministère des Affaires Etrangères (français) MC Mekong Commission. MCC Ministère de la Culture et de la Communication (française) MCTPC Ministère des Communications, Transports, Postes et Constructions. MIC Ministère de l’Information et de la Culture (lao) MRC Mékong River Committee (Appellation plus ancienne). Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui - 523 - MTPT Ministère des Travaux Publics et des Transports (remplaçant MCTPC). NGPES Nation Growth and Poverty Eradication Strategy. Stratégie Nationale pour la Croissance et l’Eradication de la Pauvreté. NH Néo Hom NLHS Néo Lao Hak Sat NLI Néo Lao Issara NLSS Néo Lao Sang Sat (remplaçant le NLHS) NME NEM Nouvelle Mécanique Economique, New Economic Mecanic NORAD Norwegian Agency for Development NORAO Nouvelles Organisations Régionales en Asie Orientale NPL Nam PAPA Lao NSEDP National Socio Economic Development Programme NT2 Nam Theun 2 NTPC Nam Theun Power Committee OMC Organisation Mondiale du Commerce ONEPA Organisation Nationale des Etudes Politiques et Administratives. ONG Organisation Non Gouvernemental P-VT Préfet de Vientiane PCI Parti Communiste Indochinois PCV Parti Communiste Vietnamienne PM Premier ministre PMA Pays les Moins Avancés PNUD, UNDP Programme des Nations Unies pour le Développement POS Plan d’Occupation des Sols PPPV Plan de Protection du Patrimoine de Vientiane (proposition de l’Atelier du Patrimoine-IRU) PPL Parti du Peuple Lao PPRL Parti du Peuple Révolutionnaire Lao PRSC Poverty Reduction Support Credit PSMV Plan de Sauvegarde et de Mise en Valeur du Patrimoine RDPL République Démocratique Populaire Lao RGM Région du Grand Mékong, version française de GMS. GMS Great Mekong Subregion, version anglophone de RGM. SaSEZ Savanh-SENO Special Economic Zone. SCOT Schéma de Cohérence Territorial SDAU Schéma Directeur et d’Aménagement Urbain SENO Sud-Est/Nord-Ouest (Point de coordination stratégique créé par l’administration coloniale) SEZA Savan-SENO Special Economic Zone Authority (Autorité administrative) SIDA Swedish International Development Agency STUDP Secondary Towns Urban Development Project UBL Union Bouddhique Lao UDAAs Autorité Administrative pour le Développement Urbain des villes secondaires UDMC Urban Development and Management Committee (for secondary town) UNCDF United Nations Center for Development Fond UNCHS United Nation Center for Human Settlements UNESCO United Nations for Educations Sciences and Cultures Organization UNL Université Nationale du Laos UNVs Volontaires des Nations Unies VIUDP Vientiane Integrated Urban Development Project VUDAA Autorité Administrative pour le Développement Urbain de Vientiane VUDMC Vientiane Urban Development and Management Committee VUISP Vientiane Urban Infrastructure and Service Project ZPPAUP Zone de Protection du Patrimoine Architectural Urbain et Paysager. JSS Journal of the Siam Society. NIAS Nordic Institute of Asian Studies. CEGET Centre d’Etude de Géographie Tropicale (Domaine universitaire de Bordeaux) CDRASEMI Centre de Documentation et de Recherche sur l’Asie du Sud-Est et le Monde Insulindien. DAFI Société de Développement Agricole, Forestier et Industriel. BPKP Borisat Phathana Khet Poudoï (société de développement des zones montagneuses) OLREC Organisation Lao pour la Réconciliation et le Concorde National. NORAO Nouvelles organisations régionales en Asie orientale (groupe des éditions scientifiques). Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui - 524 - 6. LISTE DES ILLUSTRATIONS Introduction et 1ère Partie. Figures. Fig. 1. Carte du Laos. 5 Fig. 2. Planche montrant les principaux types de parcellaires. 37 Fig. 3. Type de transformation parcellaire et du bâti. 39 Fig. 4. Parcelles appropriées et non appropriées 40 Fig. 5. Zones humides de Nong Douang 41 Fig. 6. Carte montrant l’avancement de la zone NLHX. 43 Fig. 7. Les quatre villes secondaires. 45 Fig. 8. Quelques images des villes frontalières 47 Fig. 9. Les Corridors Economiques. 50 Fig. 10. Master Plan de SAZE. 55 Fig. 11. La région du Haut Mékong et son réseau. 57 Fig. 12. Monument consacrant le pilier de Simuang. 89 Fig. 13. Les monastères à Luang Prabang 93 Fig. 14. Les monastère à Vientiane 93 Fig. 15. Ban Na Kheuane en 2006. 95 Fig. 16. Le site du futur Jardin Sethathirat. 97 Fig. 17. Le concept du Jardin Sethathirat. 104 Fig. 18. Le fardin de Houa Muang et le Jardin Sri Savang Vong à Simuang. 105 Fig. 19. Le parc de Chao Anouvong et le Jardin Chao F’a-Ngoum. 105 Fig. 20. L’Avenue Lane Xang-le Patouxay. 105 Fig. 21. Les Stupa de Oudomxay et de Luang Namtha. 108 Fig. 22. Le Monument de la ville de Sam Neua 109 Fig. 23. Les travaux sur les berges du mékong. 117 Fig. 24. Plan Directeur de Vientiane. 2002 IRU. 132 Fig. 25. Plan infrastructure, Schéma Directeur de Vientiane. 2008 JICA. 138 Fig. 26. Fronts de rue, quartiers centre de Vientiane. 137 Fig. 27. L’architecture officielle. 162 Fig. 28. Des sièges de société nouvellement installés. 163 Tables. Tab. 1. Listes des inventaires. 87 Tab. 2. Durée des beaux et des concessions. 125 Tab. 3. Taxe des beaux fonciers. 126 Tab. 4. Les ressources du VUDAA.142 Tab. 5. Les dépenses du VUDAA. 142 Tab. 6. Questionnaires d’évaluation de famille modèle. 157 2ème partie. Figures Fig. 29. That Inheng, Savannakhet. 182 Fig. 30. Site Pré-Angkorien de Vat Phu. 183 Fig. 31. Le site de Dan Soung. 185 Fig. 32. Le site de Vang Sang. 185 Fig. 33. Le schéma symbolique de Luang Prabang. 186 Fig. 34. Schéma de l’articulation de That Luang par rapport à Vientiane. Scénario d’accès local et régional du grand that. 204 Fig. 35. Le village de Ban That à That Inheng. 209 Fig. 36. Schéma hypothétique de l’accès de Vientiane au XVIIe siècle. 229 Fig. 37. Deux constructions de la même époque : Vat Sri Sissaket ; Vat Sèngket. 231 Fig. 38. Le fort de Boun Taï. 240 Fig. 39. Le village de Boun Taï. 240 Fig. 40. Ruine d’un bâtiment colonial faisant partie du site du fort de Muang Khoune. 240 Fig. 41. Phongsaly au début du XXe siècle. 241. Fig. 42. Rue empierrée, village hô et phou noy à Phongsaly. 241 Fig. 43. Le fort de Phongsaly au début du XXe siècle. 241 Fig. 44. Les différentes représentations des forts français, autour de 1910, 1920. 242 Fig. 45. Vue de Oudomxay depuis le site de l’ancien fort français. 243 Fig. 46. Plan parcellaire, de la ville de Vientiane, en 4 feuilles, 1912, échelle 1/2000e. Le géomètre Guillini. 244 Fig. 47. Plan de la ville de Vientiane, 1931, état existant état projeté, échelle 1/2000e, Mariage. 244 Fig. 48. La typologie architecturale la plus représentative de l’architecture coloniale. 244 Fig. 49. La ville de Savannakhet, état actuel. 245 Fig. 50. La ville de Paksé, état actuel. 245 Tabless. Tab. 7. Liste non exhaustive des monuments construits par Sethathirat au XVIe s. 200 Tab. 8. Les produits exportés du Lane Xang au milieu du XVIIe s. 214 Tab. 9. Les produits imposés aux Lao du Lane Xang comme taxe de capitation au XIXe s. 214. Tab. 10. Liste non exhaustive des muang du Laos occidental à la fin du XIXe s. 222 Tab. 11. Population de Vientiane, fin XIXe s. 225 Tab. 12. L’organigramme de l’administration locale pour le statut de colonie. 232 Tab. 13. L’organigramme de l’administration locale pour le statut du protectorat. 233 Tab. 14. Classement des fonctions administratives et du personnel administratif indigène. 233 Tab. 15. Liste comparative des programmes de constructions lao et coloniales (avec des exemples ds programmes de constructions des équipements hospitaliers coloniaux). 257 Tab. 16. Liste non exhaustive des stèles et des bornes les plus significatives évoquant les fondations. 316 Tab. 17. Quelques chiffres montrant l’un des aspects du sous-développement du Laos à la fin des années 1960. 367 Tab. 18. Répartition des investissements industriels 1966-1972. 367 Tab. 19. Investissements industriels tous secteurs. 368 Tab. 20. La population et sa densité dans les villes les plus importantes du Laos, entre 1966 et 1968. 371 Tab. 21. La population active travaillant dans . Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui - 525 - Fig. 51. Projet d’extension et de connexion de la ville de Vientiane par rapport à sa région. 247 Fig. 52. Le plan cadastre de Vientiane, 1964. 248 Fig. 53. Marché de Nam Phou à Vientiane, 1930. 254 Fig. 54. Village types entourés de rizières. 267 Fig. 55. Monuments en ruine de Muang Khoun. 282 Fig. 56. Le sô f’a d’un sanctuaire. 288 Fig. 57. Les deux stupas de Xieng Khouang. 292 Fig. 58. Plan de représentation de Muang Khoun Xieng khouang. 292 Fig. 59 Situation politique et géographique de Muang Sing dans le Haut Mékong vers 1885. 293 Fig. 60. Schéma d’occupation de Muang Sing, 1996. 293 Fig. 61. Plan de Muang Sing. Traduction en français d’après un plan siamois dressé vers 1889-1890. 294 Fig. 62. Schéma de hiérarchisation spatiale et symbolique de Muang Sing. 295 Fig. 63. Un lak ban lü à Bountaï. 295 Fig. 64. Relevés de la fortification de Vieng Phu Kha. 299 Fig. 65. La ville de Chiang Saèn Thaïlandaise (rive droite), état actuel. 301 Fig. 66. Reliefs de la région de BokéoTonh-pheung. 301 Fig. 67. Plan de Chiangmai. 302 Fig. 68. Site archéologique de l’ancien Souvanna- khomkham, d’après les relevés de H.Rattanavong. 302 Fig. 69. Situation de Souvanna-khomkham, en rapport avec Chiang Saèn Thaïlandaise et Muang Tonhpheung lao actuel, devenu chef-lieu du district. 302 Fig. 70. Vestiges archéologiques de Chiang Saèn Thaïlandaise (rive droite), état actuel. 303 Fig. 71. Plan de Wien Kum Kam. 305 Fig. 72. Plan de Vientiane. 305 Fig. 73. Schéma d’occupation de Vientiane. 305 Fig. 74 Plan de Viengkham. 309 Fig. 75. Quartier de That Phranom. 310 Fig. 76. Plan de Khorat à la fin du XIXe siècle. 311 Fig. 77. Plan Khorat, état actuel. 311 Fig. 78. Muang Kao état actuel. 313 Fig. 79. Un autel des esprits. 324 Fig. 80. Un autel rituel phi f’a a Ban Khounta-tha. 331 Fig. 81. Le pieux lak tham. 333 Fig. 82. Plan-masse d’un village Tariang, Dak Seng. 346 Fig. 83. Plan-masse, Ban Donoune, Vientiane, 1972. 346 Fig. 84. Plan-masse de Ban Dak Mouan, en 2003. 347 Fig. 85. Illustrations murales de la bibliothèque de Vat Xieng Thong à Luang Prabang : Syaosavat. 349 Fig. 86. Bâtiment administratif de Viengxay. 362 Fig. 87. Le jardin de la résidence du Prince Souphanouvong. 362 Fig. 88. Habitations, immeubles urbains des années 1960 à Vientiane, mais aussi des habitats précaires. 379 Fig. 89. Autres équipements des années 1960 dans le centre de Vientiane : Banque, Piscine, hotels. 379 Fig. 90. Equipement des années 1950. 379 Fig. 91. L’Hôpital Mahosot (bâtiment des années 1960, dans un campus de la période coloniale). 379 Fig. 92. L’immeuble de logement des professeurs du lycée de Vientiane, construit à la fin des années 1950. 380 Fig. 93. Autres immeubles des années 1960, dans le quartier centre de Vientiane. 380 Fig. 94. Les Cinéma Vieng Samaï et Sèng Lao. 406 Fig. 95. La place Nam Phou. 407 l’administration. Année 1958. Sources : Condominas et Halpern. 372 Tab. 22. Population urbaine. Fin 1950 et en 1968. (Source : Statistiques. 372) Tab. 23. Population active répartie sur trois secteurs à Thakkek, Paksé, Savannakhet. (d’après Halpern, 1959). 373 3ème partie et conclusion Figures Fig. 96. Le cinéma « fanthome » de Savannakhet. 422 Fig. 97. Panneau de propagande et de sensibilisation, années 1970-1980. 423 Fig. 98. Souphanouvong, à la présentation de la fabrication de l’emblême nationale. Fig. 99. Le buste de Kaysone Phomvihane. 428 Fig. 100. Carte, montrant la progression de l’élaboration des plans urbains. 481 Tables. Dispositifs spatiaux et évolutions des villes lao. Persistance des pratiques et permanence des formes. La place du centre historique et de l’habitat ancien dans la recomposition de la ville d’aujourd’hui - 526 - 7. ELEMENTS CHRONOLOGIQUES DE L’HISTOIRE POLITIQUE DU LAOS Déclin et Siamisation du Lane Xang, 1707-1828. 1707 ■Première scission du Lane Xang en deux royaumes : sécession de Luang Prabang. 1713 ■Deuxième scission du Lane Xang : sécession de Champassak et création de la famille royale de Champassak. Soysisamouth Phouthalangkhoune 1er roi lao de Champassak. 1723 ■Usurpation du pouvoir à Luang Prabang par Inthasom, le roi se réfugie à Chiangmai 1774 ■Révolte et conflit à Thakkek déstabilisant le Royaume de Vientiane. 1766- 1768 ■Phravô et Phrata se révoltent contre le roi de Vientiane et se réfugient à Champassak. 1767 ■Destruction d’Ayuthia par les Birmans. 1768- 1782 ■Restructuration et reconstruction du Siam par Tarksin. 1771 ■Usurpation du pouvoir à Luang Prabang par Suryavong au détriment de son frère Sothika avec l’aide des Birmans stationnés à Chiangmai. 1772 ■Luang Prabang attaque Vientiane, les Birmans interviennent et soumettent les deux parties. 1777 ■Phravô quitte Champassak, demande protection au Siam. Il est exécuté par les troupes de Vientiane. Le reste des scissionnistes demande l’intervention de l’armée siamoise. 1778- 1779 ■Le Siam attaque le Laos par les provinces Sud : Champassak, Moukdahan, Nakhone Phranom, Nong Khaï, Viengkuk, jusqu’aux portes Sud de Vientiane. Luang Prabang l’attaque par le Nord. La Ville résiste puis tombe aux mains siamoises en octobre 1779. Les membres de la famille royale et une partie de la population sont amenés au Siam. Vientiane est pillée et Luang Prabang qui est venue prêter main forte aux Siamois pour soumettre Vientiane est également soumis. 1783 ■Le Cambodge dont la capitale est à Oudong est occupé par le Siam. 1788 ■Xiang Khouang qui était tributaire de Daï Viet devient aussi tributaire de Vientiane. 1791 ■Révoltes à Champassak. Installation de la capitale du royaume de Champassak à Muang Kao Keung en face de la ville de Paksé actuel. 1792 ■Luang Prabang est accusé de conspiration avec les Birmans contre le Siam, son roi est traduit en procès à Thonboury pendant quatre ans ■Les Chao F’a de Xieng Hung tentent de se révolter contre l’autorité siamoise. 1793 ■Le Siam place sur le trône du Cambodge un Prince khmer, Phra Naraï Ramathibodi, et partage son territoire en deux : Batambong, Siem Reap et Sisophonh sont appelés le Cambodge intérieur et sont placés sous la garde d’un gouverneur siamois pour être rattachés directement à Thonboury. Le reste appelé le Cambodge extérieur est placé sous le règne de son roi et indirectement soumis à Thonboury. Ceci jusqu’à le protectorat français en 1863. Le Cambodge intérieur ne redevient Cambodgien, sous protectorat français, qu’en 1906 en échange de Muang Dan say Lao que la France cède au Siam.