Cartographie, évolution etmodélisation de l'utilisationdu sol en milieu urbain

Université Libre de Bruxelles

Laboratoire de Géographie Humaine

Faculté des Sciences

Cartographie, évolution et modélisation de l'utilisation du sol en milieu urbain

Le cas de Bruxelles

Isabelle Van den Steen

Promoteur : Eléonore Wolff

Thèse présentée en vue de l’obtention du

grade académique de Docteur en Sciences

Août 2005

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS __________________________________________________ 3 AVANT-PROPOS ___________________________________________________ 5 TABLE DES MATIERES ______________________________________________ 7

PARTIE I. INTRODUCTION GÉNÉRALE ________________________________ 13

I.1. La périurbanisation, un fait géographique majeur, largement mais partiellement étudié ? ________ 15

I.2. La périurbanisation et l’évolution de la définition de la ville _________________________________ 18

I.2.1. Périurbanisation, rurbanisation, exurbanisation ? _________________________________________ 18

I.2.2. Une nouvelle conception de la ville ___________________________________________________ 20

I.2.3. Conclusion ______________________________________________________________________ 23

I.3. Caractéristiques et dynamiques de la périurbanisation bruxelloise au sein du contexte belge ______ 24

I.3.1. Un espace qui s'étend sous l'action d'un gradient foncier ___________________________________ 24

I.3.2. Un espace structuré par l'automobile __________________________________________________ 26

I.3.3. Un espace démographiquement actif, socialement typé et fruit d'un modèle culturel _____________ 28

I.3.4. Un espace bâti essentiellement d'initiative individuelle et une morphologie caractéristique ________ 34

I.3.5. Un espace encore largement dépendant du pôle économique central __________________________ 36

I.3.6. Un espace peu structuré par les aménageurs_____________________________________________ 37

I.3.7. Conclusion ______________________________________________________________________ 38

I.4. La périurbanisation Bruxelloise et les géographes : 50 ans d'études ___________________________ 39

I.4.1. Délimiter : une constante ___________________________________________________________ 39

I.4.2. Analyses foncières et structuration sociale de l'espace urbain _______________________________ 40

I.4.3. La désurbanisation de l'économie bruxelloise____________________________________________ 40

I.4.4. Les démarches centrées sur l'emprise physique de la périurbanisation_________________________ 41

I.4.5. La contribution des ruralistes ________________________________________________________ 42

I.4.6. Conclusion ______________________________________________________________________ 43

I.5. L'impact de la périurbanisation ________________________________________________________ 45

I.5.1. Une réflexion émergente sur la ville durable ____________________________________________ 45

I.5.2. Les coûts directs __________________________________________________________________ 46

I.5.3. L'impact environnemental___________________________________________________________ 47

I.5.3.1. La "consommation" d'espace_____________________________________________________ 48

I.5.3.2. L'accroissement de la mobilité automobile __________________________________________ 49

I.5.3.3. Des "NIMBY" en croissance_____________________________________________________ 51

I.5.4. L'impact social ___________________________________________________________________ 52

I.5.5. Conclusion ______________________________________________________________________ 54

I.6. Caractériser l'utilisation du sol en milieu périurbain: les enjeux contemporains ________________ 56

I.6.1. L'utilisation du sol: le concept _______________________________________________________ 56

I.6.2. Le point sur les données ____________________________________________________________ 58

I.6.2.1. Les données d’utilisation du sol issues du cadastre____________________________________ 59

I.6.2.2. Les sources topographiques______________________________________________________ 64

I.6.2.3. Comparaison des sources disponibles ______________________________________________ 68

I.6.2.4. Les sources non cadastrales et non-topographiques ___________________________________ 70

I.6.2.5. Synthèse ____________________________________________________________________ 71

I.6.3. Une offre et une demande renouvelées _________________________________________________ 72

I.6.4. Un autre point de vue ______________________________________________________________ 75

I.6.5. De nouveaux outils ________________________________________________________________ 76

I.7. La thèse: ___________________________________________________________________________ 79

I.7.1. La thèse comme questionnement sur les méthodes et les outils ______________________________ 79 I.7.2. Evaluer les potentialités des nouvelles méthodes de collecte des données: établissement d’une base de données d'utilisation du sol ______________________________________________________________ 80 I.7.3. Analyser la périurbanisation bruxelloise sous l'angle de l'utilisation du sol: Quels apports ?________ 81 I.7.4. La modélisation spatiale comme outil d'analyse: une utopie ? _______________________________ 82

PARTIE II. INTERPRETATION NUMERIQUE D'UNE CARTE D'UTILISATION DU SOL SUR BASE D'IMAGERIE SATELLITAIRE ___________________________ 85

II.1. Introduction________________________________________________________________________ 87 II.2. Zone d'étude, légende, "vérité-terrain" et données de base _________________________________ 90 II.2.1. Zone d'étude de la classification _____________________________________________________ 90 II.2.2. Légende ________________________________________________________________________ 91 II.2.3. "Vérité-terrain" __________________________________________________________________ 92 II.2.4. Données de base _________________________________________________________________ 97 II.3. Les "INPUTS" d'une classification numérique ___________________________________________ 98 II.3.1. Introduction _____________________________________________________________________ 98 II.3.2. Le choix des sites d’entraînement et de validation _______________________________________ 99 II.3.2.1. La localisation des sites ________________________________________________________ 99 II.3.2.2. Le nombre de sites d'entraînement et leur taille______________________________________ 99 II.3.2.3. Application à la zone d'étude ___________________________________________________ 100 II.3.3. Intégration d’information texturale et de données contextuelles ____________________________ 104 II.3.3.1. Utilité _____________________________________________________________________ 104 II.3.3.2. Le voisinage________________________________________________________________ 105 II.3.3.3. Nature de l'information texturale et structurelle_____________________________________ 108 II.3.3.4. Applications et utilisations de la texture __________________________________________ 109 II.3.3.5. Attributs texturaux calculés pour la zone d'étude____________________________________ 111 II.3.3.6. L'information contextuelle _____________________________________________________ 112 II.3.3.7. Application à la zone d'étude ___________________________________________________ 113 II.3.4. Les traitements post- classification __________________________________________________ 116 II.3.4.1. Principe et utilité ____________________________________________________________ 116 II.3.4.2. Le filtre modal ______________________________________________________________ 116 II.3.4.3. Le filtre « passoire » (SIEVE) __________________________________________________ 117 II.3.4.4. Combinaison de filtres ________________________________________________________ 119 II.4. Les techniques de classification _______________________________________________________ 122 II.4.1. Introduction ____________________________________________________________________ 122 II.4.2. Les classifications par pixel________________________________________________________ 122 II.4.2.1. Le classificateur multiple ______________________________________________________ 122 II.4.2.2. Comparaison entre le classificateur multiple et des classificateurs classiques______________ 123 II.4.2.3. Analyse détaillée de la meilleure classification par pixel obtenue_______________________ 125 II.4.2.4. Conclusion _________________________________________________________________ 130 II.4.3. La segmentation d'image __________________________________________________________ 131 II.4.3.1. Introduction ________________________________________________________________ 131 II.4.3.2. La segmentation par extraction de régions_________________________________________ 131 II.4.3.3. Quels attributs pour une classification par région ___________________________________ 135 II.5. Conclusion sur l’interprétation numérique d’une carte d’utilisation du sol sur base d’imagerie satellitaire_____________________________________________________________________________ 141

PARTIE III. 50 ANS D’ÉVOLUTION DE L’UTILISATION DU SOL À BRUXELLES ET DANS SA PÉRIPHÉRIE__________________________________________ 145

III.1. Introduction ______________________________________________________________________ 147

III.2. La base de données Murbandy_______________________________________________________ 149

III.2.1. Origine et contexte des données ____________________________________________________ 149

III.2.2. Caractéristiques de la base de données murbandy ______________________________________ 150

III.2.2.1. La zone étudiée_____________________________________________________________ 150

III.2.2.2. Echelle et légende___________________________________________________________ 152

III.2.2.3. Méthode et sources __________________________________________________________ 157

III.2.3. Conclusion ____________________________________________________________________ 161

III.3. Structure actuelle de l'utilisation du sol à Bruxelles et dans sa périphérie ___________________ 163

III.3.1. Aperçu général _________________________________________________________________ 163

III.3.2. Directions privilégiées ___________________________________________________________ 167

III.3.3. Affinités spatiales des types d'utilisation du sol ________________________________________ 168

III.3.3.1. Le principe de l'autocorrélation spatiale __________________________________________ 169

III.3.3.2. Application : Murbandy 1997__________________________________________________ 170

III.3.4. Conclusion ____________________________________________________________________ 176

III.4. Evolution de la structure l'utilisation du sol entre 1955 et 1997 ____________________________ 177

III.4.1. Préambule_____________________________________________________________________ 177

III.4.2. Les mutations entre 1955 et 1997___________________________________________________ 177

III.4.3. Logiques spatio-temporelles de l’évolution des classes d’utilisation du sol __________________ 186

III.4.3.1. Le tissu urbain résidentiel_____________________________________________________ 196

III.4.3.2. Zones industrielles, services, réseaux routiers _____________________________________ 200

III.4.3.3. Usages agricoles ____________________________________________________________ 202

III.4.3.4. Forêts et espaces verts artificialisés _____________________________________________ 206

III.4.4. Conclusion ____________________________________________________________________ 206

III.5. Evolution des réseaux entre 1955 et 1997 ______________________________________________ 208

III.5.1. Evolution générale ______________________________________________________________ 208

III.5.2. Evolution des relations entre réseaux et utilisation du sol ________________________________ 211

III.5.2.1. Les réseaux et le tissu urbain résidentiel clairsemé _________________________________ 212

III.5.2.2. Les réseaux et les zones industrielles ____________________________________________ 214

III.5.2.3. Les réseaux et les zones tertiaires_______________________________________________ 216

III.5.3. Conclusion : Vers une fermeture des paysages ? _______________________________________ 218

III.6. Evolution du rôle structurant des noyaux villageois dans l’urbanisation periurbaine ? ________ 220

III.6.1. Aperçu général _________________________________________________________________ 220

III.6.2. Spécificités des cadrans __________________________________________________________ 222

III.6.3. Conclusion ____________________________________________________________________ 224

III.7. Plans de secteur et utilisation de fait, confrontation rétrospective et prospective ______________ 225

III.7.1. Un potentiel constructible : les plans de secteurs _______________________________________ 225

III.7.2. Confrontation avec l’utilisation du sol en 1970 ________________________________________ 228

III.7.3. Confrontation avec l’utilisation du sol en 1997 ________________________________________ 231

III.7.4. Conclusion ____________________________________________________________________ 234

III.8. Utilisation du sol et statistiques « classiques », quel lien ? _________________________________ 237

III.8.1. Densités nettes _________________________________________________________________ 237

III.8.2. Taille et type du logement et espace urbanisé _________________________________________ 240

III.8.3. Evolution démographique et urbanisation ____________________________________________ 242

III.8.4. Et si le luxe, c’était l’espace ? _____________________________________________________ 244

III.8.5. L’espace agricole, une notion qui devient ambigüe _____________________________________ 246

III.8.6. Conclusion ____________________________________________________________________ 247

III.9. Morphologie de l’utilisation du sol____________________________________________________ 249

III.9.1. Concept ______________________________________________________________________ 249

III.9.1.1. Indices de composition _______________________________________________________ 252

III.9.1.2. Indices de configuration spatiale _______________________________________________ 255

III.9.2. Utilisation pratique : Application à la zone Murbandy, 1955-1997 _________________________ 257

III.9.2.1. Indices généraux de structure __________________________________________________ 258

III.9.2.2. Indices de frontière __________________________________________________________ 261

III.9.2.3. Indices de forme ____________________________________________________________ 263

III.9.2.4. Indices d'isolement et de proximité _____________________________________________ 264

III.9.2.5. Indices de dispersion (ou de fractionnement de l'espace) _____________________________ 265

III.9.3. Conclusion ____________________________________________________________________ 267

III.10. Synthèses et conclusion: deux approches de l'évolution de l'utilisation du sol à Bruxelles______ 268

III.10.1. Approche thématique ___________________________________________________________ 268

III.10.2. Approche territoriale ___________________________________________________________ 270

III.10.3. Conclusion prospective _________________________________________________________ 280

PARTIE IV. MODELISATION DE L'EVOLUTION DE L'UTILISATION DU SOL _ 281

IV.1. Introduction ______________________________________________________________________ 283 IV.2. Les modèles numériques de l’utilisation du sol : définitions, caractéristiques, historique, typologie

_____________________________________________________________________________________ 285 IV.2.1. Modèles et modélisation : définitions _______________________________________________ 285 IV.2.2. Les caractéristiques nécessaires d’un modèle _________________________________________ 286 IV.2.3. De la théorie à la pratique : bref historique de la mise en place des modèles urbains ___________ 289 IV.2.4. La modélisation de l'utilisation du sol: approches contemporaines _________________________ 290 IV.2.4.1. Les modèles empiriques et statistiques___________________________________________ 291 IV.2.4.2. Les modèles d'optimisation ___________________________________________________ 293 IV.2.4.3. Modèles basés sur les agents et les automates cellulaires ____________________________ 294 IV.2.5. Conclusion ____________________________________________________________________ 296 IV.3. Les modèles basés sur les automates cellulaires _________________________________________ 298 IV.3.1. Introduction et bref historique _____________________________________________________ 298 IV.3.2. Quelques applications ___________________________________________________________ 299 IV.3.3. Principes, fonctionnement et transposition à Bruxelles et sa périphérie _____________________ 302 IV.3.3.1. Le principe des automates cellulaires et leur fonctionnement _________________________ 302 IV.3.3.2. Réseau cellulaire et spatialité __________________________________________________ 304 IV.3.3.3. L'état des cellules ___________________________________________________________ 305 IV.3.3.4. Le réseau de voisinage _______________________________________________________ 310 IV.3.3.5. Les règles de transition_______________________________________________________ 311 IV.3.3.6. Le modèle à macro-échelle____________________________________________________ 313 IV.3.3.7. L'intégration des données externes______________________________________________ 314 IV.3.3.8. Le facteur temps ____________________________________________________________ 315 IV.3.4. Conclusion ____________________________________________________________________ 315 IV.4. La calibration du modèle ___________________________________________________________ 317 IV.4.1. Objectifs______________________________________________________________________ 317 IV.4.2. Méthodologie __________________________________________________________________ 317 IV.4.3. Mesures de la qualité de la calibration _______________________________________________ 318 IV.4.4. Calibration du modèle ___________________________________________________________ 321 IV.4.4.1. Macro modèle______________________________________________________________ 321 IV.4.4.2. Relations de voisinage _______________________________________________________ 322 IV.4.4.3. Positionnement face aux réseaux de communication ________________________________ 333 I.V.4.5. Conclusions___________________________________________________________________ 338 IV.5. Application analytique : l’influence des plans de secteur sur la structuration de l’espace bruxellois

_____________________________________________________________________________________ 340 IV.5.1. Philosophie de la démarche _______________________________________________________ 340 IV.5.2. Intégration des plans de secteur à la modélisation ______________________________________ 341 IV.5.3. Comparaison des résultats du modèle intégrant le plan de secteur à la situation observée _______ 343 IV.5.4. La contribution des plans de secteur à la localisation des activités _________________________ 346 IV.5.5. Conclusion ____________________________________________________________________ 350 IV.6. Conclusion: L'apport de la modélisation spatiale à l'analyse de l'utilisation du sol ____________ 351

PARTIE V. CONCLUSIONS GÉNÉRALES______________________________ 355

V.1. Introduction : le constat _____________________________________________________________ 357 V.1.1. Les différentes approches de la périurbanisation bruxelloise ______________________________ 357 V.1.2. La notion d'utilisation du sol, ses sources et son intérêt dans l'étude de la périurbanisation _______ 358 V.1.3. Les grandes problématiques de la thèse_______________________________________________ 358 V.2. La collecte des données d'utilisation du sol au travers d'une interprétation numérique d'images satellitaires ____________________________________________________________________________ 359

V.2.1. L'apport de la thèse ______________________________________________________________ 359

V.2.2. Perspectives ____________________________________________________________________ 360

V.3. L'exploitation des données d'utilisation du sol ___________________________________________ 362 V.3.1. L'apport de la thèse ______________________________________________________________ 362 V.3.2. Perspectives ____________________________________________________________________ 364 V.4. La modélisation spatiale _____________________________________________________________ 365 V.4.1. L'apport de la thèse ______________________________________________________________ 365 V.4.2. Perspectives ____________________________________________________________________ 366 V.5. Conclusions générales _______________________________________________________________ 366

BIBLIOGRAPHIE__________________________________________________ 369

Partie I. Introduction générale____________________________________________________________ 371 Partie II. Interprétation numérique d'une carte d'utilisation du sol sur base d'imagerie satellitaire___ 377 Partie III. 50 ans d’évolution de l’utilisation du sol à Bruxelles et dans sa périphérie _______________ 381 Partie IV. Modélisation de l'évolution de l'utilisation du sol____________________________________ 383

ANNEXES _______________________________________________________ 387

Annexe A _____________________________________________________________________________ 389

Annexe B _____________________________________________________________________________ 411

Annexe C _____________________________________________________________________________ 421

Annexe D _____________________________________________________________________________ 428

Annexe E _____________________________________________________________________________ 433

Annexe F _____________________________________________________________________________ 437