Cette thèse a été réalisée sous la direction de Julien Perret, Directeur de Recherche du Développement Durable, IGN/LaSTIG – ENSG et de Cécile Tannier, Directrice de Recherche CNRS, laboratoire ThéMA et encadrée par Mickaël Brasebin, Dr., Ingénieur des Travaux Cartographiques d’État, IGN/LaSTIG – ENSG.

La soutenance se tiendra le vendredi 27 septembre 2019 à l’Université Paris-Est, en salle K0 à l’IGN, 73 avenue de Paris, à Saint Mandé.

Composition du jury

Cyrille Genre-Grandpierre, Professeur des Universités, Université d’Avignon - UMR Espace (Rapporteur)

Jacques Teller, Professeur, Université de Liège, Belgique (Rapporteur)

Hélène Houot, Maître de conférence, Université de Franche-Comté - UMR ThéMA (Examinatrice)

Florent Le Néchet, Maître de conférences, Université Paris-Est - UMR LVMT (Examinateur)
 

Résumé

L’étalement des agglomérations urbaines est un processus très critiqué pour de nombreuses raisons. Les dynamiques du développement résidentiel, principal facteur de cet étalement, sont très complexes car elles résultent de l’interaction de plusieurs sous-systèmes. De nombreuses lois et règlements sont supposés contrôler la construction des bâtiments afin de limiter les impacts négatifs de l’urbanisation. Il est toutefois difficile d’anticiper l’effet d’un tel corpus réglementaire. Sa nature multi-échelle, liée aux différents niveaux de réglementation, aux différentes thématiques réglementées et aux différentes parties mettant en œuvre ces règlements compliquent la prévision de leurs effets et des configurations spatiales qu’ils contribuent à créer.

Nous proposons ici un modèle de simulation du développement résidentiel d’une agglomération urbaine. Il produit des configurations réalistes à partir d’une modélisation fine du territoire en respectant les orientations, les objectifs et les contraintes provenant des documents de planification et d’urbanisme. Pour ce faire, nous élaborons un couplage de deux modèles de simulation spatiale pré-existants. Ce couplage, nommé ArtiScales, procède d’une manière descendante en simulant la forme du développement résidentiel de l’ensemble de la zone d’étude, en sélectionnant des parcelles constructibles et en simulant le potentiel de construction de chaque emplacement. ArtiScales intègre le modèle MUP-City, qui permet de sélectionner des emplacements intéressants à urbaniser en fonction de la configuration bâtie de la zone d'étude et de divers points d’intérêt (réseaux de transports, commerces, services, etc.). Nous avons ensuite développé un modèle de gestion parcellaire, afin de sélectionner les parcelles existantes intéressantes à urbaniser et de les recomposer au besoin des scénarios et des situations particulières (densification, opérations spéciales).  Nous utilisons enfin le modèle SimPLU3D afin de simuler la constructibilité de chaque parcelle. Ce modèle génère des configurations bâties en trois dimensions respectant les contraintes réglementaires provenant du Plan Local de l’Urbanisme (PLU). Nous concentrons l’analyse des résultats du couplage ArtiScales sur l’estimation de la création de logements et sa concordance avec les objectifs définis dans le Programme Local de l’Habitat, ainsi que sur la densité de logements par hectare et sa concordance avec les objectifs définis dans le Schéma de Cohérence Territoriale.

Les modèles de simulation spatiale sont sujets à une forte variabilité pouvant mettre en cause la fiabilité des résultats de simulation. Le modèle MUP-City étant particulièrement soumis à cette variabilité, nous menons une analyse complète de ses résultats de simulation afin de caractériser les paramètres à l'origine de cette variabilité et comment elle se traduit en termes de formes produites.
Nous distinguons deux types de variations : celles provoquées par les paramètres scénaristiques, permettant de simuler différentes formes de développement résidentiel, et celles issues des paramètres techniques internes au modèle, permettant de proposer des variantes à ces scénarios. La variabilité entre les variantes de scénarios d’ArtiScales est comparée avec la variabilité dans l’étude des résultats de MUP-City afin de constater si le couplage de modèle la résorbe ou l’amplifie.

Le modèle ArtiScales (https://github.com/ArtiScales/ArtiScales) est disponible sous une licence ouverte et peut être utilisé pour de nombreuses applications. Un ensemble de simulations représentant différents scénarios ont été expérimentées sur le territoire du Grand Besançon (est de la France).  Les simulations réalisées permettent de représenter un potentiel de développement résidentiel se conformant à toutes les réglementations en vigueur.  Nous proposons également des simulations modifiant le zonage autorisant ou non la construction.