Cellular automata simulation of urban sprawl in the Mediterranean zone: Support for participatory planning of the Thau area (France)
Simulation par automate cellulaire de l'étalement urbain dans une zone méditerranéenne : Support pour une démarche participative d'aménagement du territoire de la région de l'étang de Thau Cellular automata simulation of urban sprawl in the Mediterranean zone: Support for participatory planning of the Thau area (France)
Résumé
Since 2005, local councillors of Thau area, located in the west of Montpellier, adopted an integrated and participatory approach for the development of this coastal area. The elaboration of several tools for public policy is conducted with this approach, including a SCOT (local management tool) and a SAGE (water management tool). Cemagref gives scientific and methodological support to improve knowledge on the state and dynamics of this area, and to accompany participatory process with information and communication tools (Maurel et al. 2007a, Maurel et al. 2007b). This support contributes to a process of territorial intelligence (Bertacchini et al, 2006). Cemagref has mapped dynamics of urban sprawl for 5 periods between 1944 and 2005 (Cemagref, 2007), by developing a geographic database from a combined use of topographic archived maps (for detection of new buildings since the previous period) and an ortho aerial photography of 2005 with a 20cm resolution (for identification of building's type and precise delimitation of built parcel). In order to allow prospective mapping of urban sprawl until 2020, a simulation modelling was developed. The modelling method chosen is a cellular automata built with Spacelle software (Langlois, 2001). From a pre-existing model, applied in another regional context (Dubos-Perrier et al, 2006), new rules were written to integrate and differentiate pressures of urban sprawl on agricultural and natural areas (Crotet, 2007). Change analysis from of land cover geographic information for years 1990, 2000 and 2005 (Corine Land cover and Spot Thema types, supported by Cemagref database results) is used to define values of parameters and calibration of the model, which is a multilayer cellular automata: square cell with 1 ha size, rectangular limited universe, Euclidean neighbourhood, rules set for annual time steps, with synchronous mode, 19 states about urban planning constraints, land cover types, roads and railways, transport exchange points. Two scenarios have been developed to simulate the urban sprawl evolution between 2005 and 2020: the first one is the trend and represents the dynamic, analysed on the previous period (1990-2005), the second one includes strong constraints of urban planning, from town planning documents available, which already locate defined areas for future urbanization. The results were mainly enhanced in an interactive atlas of urban dynamics (maps and quantitative indicators), and were presented to the local councillors of Thau area during working meetings for the preparation of SCOT planning tool. In combination with a physical 3D model of the area, the atlas was also used to present the results of the diagnosis phase of the SCOT, in an itinerant exhibition in the Thau area, during 2 months. More than 1,000 people were present at this exhibition and the evaluation of it showed that it brings dynamics and issues of urban sprawl into focus.
Les élus du territoire de Thau, situé à l'Ouest de Montpellier, ont depuis 2005 adopté une approche intégrée et participative pour le développement de ce territoire côtier. L'élaboration de plusieurs instruments de politique publique est menée suivant cette approche, notamment un SCOT (gestion territoriale) et un SAGE (gestion de l'eau). Le Cemagref apporte un appui scientifique et méthodologique à la fois pour améliorer les connaissances sur l'état et les dynamiques de ce territoire, et également pour accompagner les processus participatifs en mobilisant des outils d'information et de communication (Maurel et al. 2007a, Maurel et al. 2007b) et contribuer ainsi à un processus d'intelligence territoriale (Bertacchini et al, 2006). Le Cemagref a cartographié les dynamiques de l'étalement urbain à 5 périodes entre 1944 et 2005 (Cemagref, 2007), par l'élaboration d'une base de données géographique à partir de l'utilisation combinée de cartes topographiques d'archive (pour la détection des nouvelles constructions depuis la précédente période) et d'une ortho-photographie aérienne de 2005 à 20 cm de résolution (pour l'identification du type de construction et la délimitation précise de la parcelle bâtie). Afin de permettre une cartographie prospective de l'étalement urbain à l'horizon 2020, un modèle de simulation a été élaboré. La méthode de modélisation choisie pour cette simulation est un automate cellulaire, construit avec le logiciel Spacelle (Langlois, 2001). A partir d'un modèle pré-existant, appliqué dans un autre contexte régional (Dubos-Paillard et al, 2006), de nouvelles règles ont été écrites pour intégrer et différencier les pressions de l'étalement urbain sur les zones agricoles et naturelles (Crotet, 2007). L'analyse des changements à partir de couches d'information géographique d'occupation du sol en 1990, 2000 et 2005 (types Corine Land Cover et Spot Thema, appuyé des résultats de la base de données du Cemagref) permet de définir les valeurs de paramétrages et le calage du modèle, qui est un automate cellulaire multicouches : maillage carré, taille de cellule à 1 ha, univers rectangulaire limité, voisinage euclidien, règles établies à pas de temps annuel, transitions en mode synchrone, 19 états concernant des contraintes d'urbanisme, les types d'occupation du sol, les réseaux routiers et ferroviaire, des points d'échange de transport. Deux scénarii ont été élaborés, pour la simulation de l'évolution de l'étalement urbain entre 2005 et 2020 : le premier est tendanciel et représente la dynamique analysée sur la période précédente (1990-2005), le deuxième intègre des contraintes d'urbanisme fortes, issues des documents d'urbanisme disponibles, localisant les zones d'urbanisation futures déjà définies. Les résultats ont été valorisés essentiellement sous la forme d'un atlas interactif des dynamiques urbaines (représentations cartographiques et indicateurs quantitatifs). Ces résultats ont été présentés aux élus de Thau lors de réunions de travail pour l'élaboration du SCOT. L'atlas a également été utilisé en combinaison avec une maquette physique en 3D du territoire dans le cadre d'une exposition itinérante de 2 mois sur les différentes communes de Thau pour présenter les résultats de la phase de diagnostic du SCOT. Plus de 1000 personnes y ont assisté et l'évaluation de cette exposition a montré qu'il y avait eu une véritable prise de conscience des dynamiques et des enjeux en matière d'étalement urbain.