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2014
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Simuler les évolutions de l’utilisation du sol pour anticiper le futur d’un territoire

Analyse critique d’une expérience de géoprospective dans un bassin versant périurbain de l’agglomération lyonnaise
Simulating land use change to anticipate the becoming of a territory. Critical analysis of a geoprospective experience in a peri-urban catchment (Yzeron, Lyon metropolitan area)
Clément Dodane, Thierry Joliveau et Anne Rivière-Honegger

Résumés

L’article propose l’analyse critique d’une démarche de géoprospective qui s’est déroulée dans le bassin versant de l’Yzeron, en périphérie lyonnaise. Cette expérience a consisté à intégrer dans une démarche de prospective territoriale, menée dans le cadre d’un atelier participatif, la discussion de scénarios d’évolution de l’utilisation du sol à l’horizon 2030. Ces scénarios ont été construits à partir de méthodes et d’outils numériques de modélisation et de simulation. Après une mise au point conceptuelle sur les questions de prospective, prospective territoriale et géoprospective, l’article détaille la démarche mise en œuvre : mode d’organisation de l’atelier, élaboration des modèles, discussion des résultats. Enfin, la compatibilité des méthodes de modélisation et de simulation spatiales avec les principes de la prospective territoriale est discutée à partir des observations des participants et des constatations des auteurs.

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Texte intégral

Introduction

  • 1 AVuPUR a été financé dans le cadre du programme Vulnérabilité Milieu Climat 2007 de l’Agence Nation (...)
  • 2 Les notions d’utilisation et d’occupation du sol sont distinctes mais complémentaires et souvent ab (...)

1L’urbanisation rapide des zones en périphérie des grandes agglomérations conduit à une artificialisation importante des milieux naturels et agricoles qui a un fort impact sur le régime hydrologique et géomorphologique des cours d’eau des bassins versants périurbains. L’imperméabilisation des sols des bassins entraîne une diminution de l’infiltration et une augmentation et une accélération des écoulements, qui accroissent les problèmes d’inondation et diminuent la recharge des nappes. La baisse des écoulements de base dans les rivières peut également avoir des conséquences importantes sur les écosystèmes. Le projet de recherche AVuPUR1 (Assessing the Vulnerability of Peri-Urban Rivers) s’était donné pour objectif de produire des connaissances et de tester des outils de simulation sur l’hydrologie des bassins versants périurbains. Il avait pour ambition de proposer une méthodologie d’ensemble qui puisse être utile aux gestionnaires. Un effort important a porté sur les méthodes de description et de cartographie de l’occupation et l’utilisation du sol2 présente et passée, à l’aide de photographies aériennes ou d’images satellites pour améliorer les modèles de simulation hydrologique (Jacqueminet et al., 2011). Un deuxième objectif était d’anticiper les évolutions de l’utilisation du sol, afin de quantifier l’effet potentiel de l’imperméabilisation des surfaces sur l’hydrologie du bassin. La réponse a consisté à organiser un atelier de prospective territoriale, pour tenter de construire une vision partagée par les acteurs locaux des évolutions possibles de l’utilisation du sol dans le bassin versant à l’horizon 2030. Les scénarios développés dans cet atelier ont ensuite été introduits dans les modèles hydrologiques. Ce travail s’est déployé dans un des deux sites pilotes instrumentés liés au projet : le bassin versant de l’Yzeron (148 km²), situé en périphérie lyonnaise (Braud et al., 2011).

2Notre hypothèse de départ pour l’organisation de cet atelier était qu’intégrer une approche de géoprospective, c’est-à-dire associer à une démarche de prospective territoriale des techniques de simulation spatiale, était non seulement possible mais utile à la mise en œuvre d’une réflexion collective et partagée sur le devenir d’un territoire. Notre objectif dans cet article est de rendre compte de cette expérience et de discuter à partir de nos observations certains principes et méthodes de mise en œuvre de la géoprospective dans un contexte collaboratif. Après un panorama des notions de prospective territoriale et de géoprospective, puis une présentation rapide du terrain d’étude, nous exposons la démarche méthodologique d’ensemble mise en œuvre dans l’atelier. Nous discutons ensuite les principaux résultats obtenus et développons une analyse critique de cette démarche de géoprospective, à partir des avis des participants sur l’intérêt et les limites qu’ils ont vu dans l’exercice. Nous concluons en développant trois questions : la compatibilité de la modélisation et de la simulation spatiale avec la dimension prospective, le maintien de la transparence dans ces démarches quand sont mobilisés des outils de simulation complexes, et la capacité à anticiper le devenir du territoire, à partir du thème plus limité de la dynamique de l’utilisation du sol.

Anticiper les dynamiques territoriales

De la prospective territoriale à la géoprospective

3Au sens général, la prospective est une manière originale d’observer sur une longue période et avec un horizon à long terme une situation déterminée (Découflé, 1972). C’est avant tout un regard sur l’avenir, destiné à éclairer l’action présente (De Jouvenel, 1964 ; Hatem, 1993). Les tendances passées et présentes sont utilisées comme support à la réflexion et non comme un carcan qui conditionne (ou qui contraint) le futur dans les limites du présent (Massé, 1965). La prospective constitue donc un va-et-vient entre le présent, le passé et le futur, en se fondant sur l’étude de l’ensemble des facteurs en jeu et de leurs inter-relations, et intégrant des ruptures subies ou voulues (De Jouvenel, 1999). L’objectif n’est pas de prédire le futur mais d’aider une société à se construire un avenir désiré. Elle a émergé en France à partir de la fin des années 1950 (Berger, 1957 et 1958).

4Les démarches de prospective territoriale sont apparues plus tard comme une solution à la nécessité d’anticiper le devenir d’un territoire (Casanova, 2011). Elles sont maintenant bien conceptualisées (Larrasquet, 1996 ; Gabillet, 1999 ; Goux-Baudiment, 2000 ; Delamarre, 2002). Leur application au domaine de l’aménagement ou de l’environnement s’est généralisée (Mermet, 2005 ; Houet, 2006) et les collectivités locales sont de plus en plus nombreuses à se livrer à de tels exercices (Lavigne, Dost, 1988 ; SEPAL, 1992 ; Loinger, 2004 ; Grand Lyon, 2000). La DATAR a contribué à relancer une réflexion à l’échelle de l’hexagone à partir de cette approche (DATAR, 2010). Les expériences de prospective territoriale se sont donc multipliées à différents niveaux territoriaux. Un corpus de guides méthodologiques et techniques à destination des praticiens a été constitué (DREAL Pays de la Loire, 2012). La prospective territoriale fait donc partie, depuis plusieurs années, de l’univers intellectuel des planificateurs et gestionnaires territoriaux.

5La géoprospective s’est constituée plus récemment (Voiron-Canicio, 2006 ; Houet et al., 2008). Dans une présentation volontairement générale, Gourmelon et al., (2012) proposent d’envisager la géoprospective comme « un ensemble de pratiques visant à anticiper à moyen et/ou long terme les devenirs des espaces, soit en explorant leurs futurs plausibles, soit en simulant les évolutions les conduisant à une situation considérée comme possible à un horizon donné, dans le but d’éclairer les décisions d’aménagement et de gestion des territoires. Sa spécificité repose sur l’intégration de la dimension spatiale aux différents stades du processus prospectif et plus précisément, sur la compréhension et la prise en compte des dynamiques et interactions spatiales, et sur la spatialisation des scénarios prospectifs ». Une des originalités de la géoprospective tient au fait qu’elle introduit souvent des méthodes de modélisation et de simulation spatiales dans la prospective territoriale. Cette greffe n’est pas anodine car les modèles de simulation ajoutent des contraintes à la prospective. Le paramétrage des simulations des évolutions de l’utilisation du sol s’appuie souvent sur des tendances observées, au risque de réaffirmer le poids des héritages spatiaux passés, alors que la démarche prospective tend à les gommer pour mettre l’accent sur les problématiques émergentes et les éléments de rupture. Nous revenons sur ce point dans la discussion finale.

Anticiper les changements d’utilisation du sol

6La prospective territoriale ne s’applique bien sûr pas seulement à l’utilisation du sol. Les questions des activités, des infrastructures, des équipements, des systèmes de transport sont cruciales. Mais la dynamique de l’utilisation du sol est un paramètre central de la planification territoriale. La maîtrise de l’implantation des activités est une condition d’un développement plus durable du territoire. L’étalement urbain, notamment en périphérie des grandes agglomérations, a des effets négatifs importants sur la préservation de la biodiversité, la capacité de maintien d’espaces agricoles et naturels périurbains viables, les coûts d’équipements en voiries et réseaux et les performances énergétiques d’une agglomération. Il influe aussi fortement sur l’imperméabilisation et la modification des flux d’eau, avec les conséquences hydrologiques évoquées plus haut (Braud et al., 2011).

  • 3 Sols artificialisés (sols bâtis, sols revêtus ou stabilisés, autres sols artificialisés) en 2006 : (...)

7La nécessité de renforcer la cohérence des politiques urbaines et territoriales est prise en compte dans les objectifs des documents d’urbanisme suite à la loi SRU de 2000 relative à la solidarité et au renouvellement urbain (République Française, 2000), dont la vocation principale est de planifier la ville future, en maîtrisant l’étalement urbain par la conciliation du développement économique, de l’habitat, des transports et du maintien des équilibres écologiques. Mais tous ces dispositifs restent encore inefficaces. On estime au niveau national que tous les sept ans, c’est l’équivalent de la surface moyenne d’un département français qui est imperméabilisée3, prolongeant et accentuant une dynamique déjà ancienne (Chakir, Madignier, 2006). Les documents d’urbanisme n’assurent pas une protection efficace de la biodiversité ordinaire, des espaces agricoles et des milieux naturels (Delattre, Napoléone, 2011). L’horizon temporel d’un Plan Local d’Urbanisme (PLU) est de 10 ans, mais la pérennité des zonages agricoles et naturels est plus réduite en cas de révision de celui-ci.

8Fort de ce constat, le législateur s’est doté d’un certain nombre de textes pour instaurer un suivi de l’évolution de la consommation du foncier agricole (loi Grenelle 2 de 2010 ; loi de modernisation agricole de 2010 ; décret sur la taxe pour la gestion des eaux pluviales urbaines de 2011). Le cadre législatif en vigueur conduit avant tout à s’intéresser au passé et au présent et ne prévoit pas la mise en place d’outil ou de dispositif d’anticipation des évolutions de l’utilisation du sol. Mais il contraint de plus en plus les collectivités territoriales et les établissements publics à surveiller les évolutions de l’utilisation du sol sur leur territoire. La volonté de développer des politiques de maîtrise de l’étalement urbain conduit à la mise en place de systèmes d’observation et à la recherche de méthodes de mesure et de suivi adaptées.

L’expérimentation d’une démarche de géoprospective dans le bassin versant de l’Yzeron

9L’objectif du projet AVuPUR était de fournir des scénarios d’évolution de l’utilisation du sol dans le bassin versant à long terme (2030). L’horizon 2030 a été choisi car il correspondait à celui des deux SCOT de l’Agglomération Lyonnaise et de l’Ouest Lyonnais qui recoupent le périmètre du bassin versant de l’Yzeron. Nous disposions d’une cartographie de l’utilisation du sol à plusieurs dates, les plus récentes étant 1990 et 2008, réalisée par digitalisation manuelle de photographies aériennes de l’IGN (Jacqueminet et al., 2011). La nécessité de limiter la combinatoire des types d’évolution, nous a conduits à simplifier la typologie originelle d’utilisation du sol et de la réduire à six classes simples : Espace boisé, Friche et lande, Espace agricole, Verger et vigne, Eau, Espace urbanisé. L’objectif était donc de fournir des cartes d’utilisation du sol avec cette typologie pour 2030, construites sur la base de plusieurs scénarios.

10Pour élaborer ces scénarios d’évolution de l’utilisation du sol, un atelier a été organisé, regroupant un panel d’experts locaux, dont les compétences recoupaient les questions d’étalement urbain, d’aménagement du territoire, de planification et de gestion des environnements naturels et urbains, de sorte que tout le spectre des types d’utilisation du sol soit couvert. Nous leur avons proposé de tester une méthodologie visant à intégrer des éléments de simulation spatiale, plus précisément de simulation de la dynamique d’utilisation du sol, dans une approche de prospective territoriale. Cet atelier avait pour objectif d’établir un système d’interprétation du territoire correspondant au bassin versant, de sélectionner les thèmes importants pour le devenir du territoire, de débattre des hypothèses à intégrer dans les modèles de simulation et enfin de discuter, à partir des cartes d’utilisation du sol simulées à horizon 2030, de différents scénarios d’évolution.

Le cadre général de l’expérimentation

L’Yzeron : un bassin versant périurbain

11Le bassin versant de l’Yzeron (150 km²) (figure 1) est situé en périphérie de l’agglomération lyonnaise. Il s’étend sur plus de 20 communes, des Monts du Lyonnais à l’est jusqu’au Rhône à l’ouest, aux portes de l’hypercentre de Lyon. Un bassin versant ne constitue pas un territoire au sens géographique. C’est une unité hydrologique qui, dans le cas présent, recoupe plusieurs territoires distincts. Il est partagé entre plusieurs maillages administratifs et territoriaux : deux SCOT, trois intercommunalités et une communauté urbaine.

12La zone est le théâtre de grands projets d’infrastructures routières et autoroutières (A89, A45, Contournement Ouest de Lyon, Tronçon Ouest du Périphérique). Elle cristallise d’autres problématiques d’aménagement du territoire qui en font un lieu d’enjeux forts pour la planification : développement économique, limitation de l’étalement urbain, maintien d’une agriculture durable et respectueuse de l’environnement, préservation du cadre de vie.

Figure 1 : L’Yzeron : un bassin versant périurbain, partagé entre plusieurs territoires

Figure 1 : L’Yzeron : un bassin versant périurbain, partagé entre plusieurs territoires

La démarche

13La démarche s’est déroulée pendant 6 mois, au premier semestre 2010. Elle a consisté en une première phase d’analyse fine du territoire et d’entretiens avec différents experts locaux, en vue de rassembler l’information nécessaire et de préparer l’atelier de prospective. Celui-ci s’est déroulé en mai et juin 2010, durant trois matinées, à Grézieu-la-Varenne, commune située au cœur du bassin versant de l’Yzeron et siège du syndicat d’aménagement et de gestion du bassin versant (SAGYRC), qui a soutenu et a co-organisé la démarche mise en œuvre. Les trois chercheurs impliqués dans le projet ont animé les séances avec une répartition précise des rôles (animation et apports à la fois sur la démarche et sur le terrain étudié, explication et mise en œuvre de la simulation spatiale, reprise et observation réflexive). Une séance de restitution a permis début juillet 2010 de présenter les résultats de l’atelier à un collectif plus large de techniciens et de chercheurs intéressés, afin de recueillir leurs points de vue sur la démarche initiée et les premiers résultats obtenus. Enfin, une dernière réunion ouverte à un plus grand nombre d’acteurs du territoire, ainsi qu’aux élus du bassin versant, a été organisée mi-2011. Elle a permis d’élargir le cadre du débat sur le devenir du territoire.

  • 4 Syndicat d’Aménagement et de Gestion de l’Yzeron, du Ratier et du Charbonnières, Communauté de Comm (...)

14Tous les organismes et collectivités territoriales ayant en charge ou étant intéressés à la gestion des principales composantes du territoire (eau, agriculture, forêt, environnement, urbanisme) ont été invités à participer. Cela supposait une présence assidue aux trois séances de travail. Une quinzaine ont donné suite4. Même si les participants à l’atelier devaient discuter d’enjeux « réels » d’aménagement du territoire, les réflexions étaient déconnectées de toute action opérationnelle. La démarche était identifiée comme une action de recherche appliquée, qui prenait en charge les dépenses afférentes à l’organisation. Un protocole de suivi de la recherche et de validation a été mis en place sous forme d’une enquête de satisfaction écrite auprès des participants et une série de réunions de présentation de la démarche auprès de différents acteurs n’ayant pas participé à l’atelier. Nous rendons compte des résultats dans la dernière partie de l’article.

  • 5 Séminaire géoprospective Nice (avril 2011), Grand Lyon (mai 2011), 1ère conférence thématique de l’ (...)

15L’atelier s’est organisé en quatre temps (figure 2). Dans un premier temps, l’utilisation du sol du bassin versant, reconstituée à différentes dates (1945, 1970, 1990 et 2008), a été présentée aux participants, leur donnant une vue des changements passés de l’utilisation du sol, dont l’interprétation a conduit à une première série d’échanges. Dans un deuxième temps, on a demandé aux participants de réfléchir aux évolutions possibles de l’utilisation du sol dans le bassin versant à l’horizon 2030, à partir des changements constatés dans le passé. L’objectif était d’identifier les facteurs de maintien ou de changement dans le futur des dynamiques identifiées. Ce travail collectif a débouché sur la production de grands scénarios d’évolution du territoire à long terme (horizon 2030), susceptibles de se traduire par des transformations de l’utilisation du sol. Le troisième temps a été consacré à la traduction par l’équipe d’animation de ces scénarios en modèles de simulation informatique de changement d’utilisation du sol. On a obtenu alors pour chacun de ces scénarios des cartes d’usage du sol en 2030, au format raster avec une résolution de 10 m. Ces cartes ont été comparées et discutées par les experts durant les temps 2 et 3. Le quatrième et dernier temps a été celui de la restitution, communication et valorisation des résultats d’ensemble de la démarche aux participants de l’atelier d’abord, puis à un collectif plus large d’élus et d’habitants du bassin versant. Une série de présentations de la démarche nous a aussi permis de confronter nos hypothèses à des cénacles de chercheurs et de professionnels variés5. Les échanges ont été tout au long de la démarche nombreux et la parole partagée.

Figure 2 : Une démarche en quatre temps. L’exemple de la géoprospective « Yzeron 2030 »

Figure 2 : Une démarche en quatre temps. L’exemple de la géoprospective « Yzeron 2030 »

Les méthodes et outils de la simulation

16Pour quantifier et cartographier les changements de l’utilisation du sol passée, en extraire un modèle de changements et simuler l’évolution à long terme, nous avons utilisé le module Land Change Modeler (LCM) du logiciel Idrisi, développé par le Clark Lab de l’Université de Worcester aux Etats-Unis6. Il existe de nombreux outils de modélisation des changements de l’utilisation du sol (Mas et al., 2011). Notre étude ne porte pas sur la recherche d’un « bon » outil mais sur la manière dont une démarche de simulation spatiale peut s’intégrer dans une approche de prospective. LCM présente de ce point de vue certaines qualités. Il met en œuvre des méthodes et techniques classiques pour ce type de modélisation (chaînes de Markov, analyse statistique et réseau de neurones, automates cellulaires et allocation multi-objectifs7). Intégré dans un environnement de Système d’Information Géographique, son mode d’assistance facilite le travail et permet à un non spécialiste de le mettre en œuvre. Nous discutons plus loin la nature et les limites des modèles utilisés, mais le principe général de LCM est d’utiliser l’observation des changements de types d’utilisation du sol passés (dans notre cas entre 1990 et 2008), appelés transitions d’un état à un autre, pour construire un modèle de répartition de l’utilisation du sol dans le futur sur le territoire, en fonction de facteurs déterminés (physiques, géographiques, etc.).

17Ce modèle comprend trois éléments :

  • Un modèle temporel fondé sur des chaînes de Markov qui pilote la probabilité générale de changement de l’utilisation du sol. Ce modèle est tiré de l’observation du rythme des changements passés.

  • Un modèle spatial d’allocation de probabilité de transition fondé sur un calcul statistique de type réseau de neurones (Perceptron multicouche), à partir de variables bien corrélées à l’utilisation du sol. Ce modèle produit une série de cartes indiquant les endroits où la probabilité d’un changement d’utilisation du sol est la plus forte.

  • Un algorithme d’allocation multi-objectif stochastique qui pilote la simulation, en calculant les changements d’utilisation du sol à chaque pas de temps, à partir des différentes probabilités qu’un changement se produise. Il alloue les nouvelles utilisations du sol en fonction des probabilités respectives et du rythme global de changement de chacune des transitions.

18La simulation peut être paramétrée en jouant sur trois facteurs :

  • La matrice de transition, qui donne le rythme associé aux différentes transitions. Elle peut être modifiée si nécessaire.

  • Les cartes de transition potentielle, qui peuvent elles aussi être modifiées de manière à changer la localisation des transitions, si l’on pense que le mode de répartition spatiale des transitions a évolué par rapport au passé.

  • Des zonages de contrainte/incitation, qui peuvent freiner ou accélérer une transition en fonction des règlements de la planification ou d’autres effets.

On trouvera plus loin des exemples qui illustrent les facteurs permettant de paramétrer les simulations spatiales.

19En combinant ces différents outils, il est possible de produire deux types de carte : une carte de simulation dite « hard », qui alloue à chaque pixel de la carte un type d’utilisation du sol et un seul, et un résultat de simulation dit « soft », qui associe à chaque pixel une valeur d’intensité de changement au cours du temps, une sorte de propension générale au changement d’utilisation du sol.

20Par ailleurs, un SIG a été constitué pour stocker et analyser les données nécessaires à l’analyse (Modèle Numérique de Terrain, pentes, orientation, réseau routier et ferroviaire, données de planification, limites administratives, etc.).

La mise en œuvre

Une meilleure connaissance du fonctionnement du système territorial

21La première séance de l’atelier de prospective territoriale a été consacrée à un débat entre les experts participants à propos du devenir du bassin versant. Celui-ci s’est appuyé sur un jeu de cartes présentant les dynamiques passées de l’utilisation du sol dans le bassin versant de l’Yzeron entre 1990 et 2008 (figure 3). Ces changements d’utilisation du sol ont été spatialisés et quantifiés. Cela a permis de mettre en évidence l’importance de l’étalement urbain dans le bassin versant au cours de la période (près de 600 hectares urbanisés en 18 ans), ainsi que son corollaire, la perte de surfaces agricoles. Les cartes donnaient à voir d’autres dynamiques spatiales à l’œuvre, comme les processus d’enfrichement et de reforestation. Ces constats ont servi d’amorce au débat entre les différents experts qui ont échangé leurs connaissances et expériences sur la zone de l’Yzeron. Une première réflexion s’est engagée sur les évolutions possibles de l’utilisation du sol, sur les facteurs de maintien ou les changements de dynamique à l’avenir. Par exemple, la friche est apparue comme un marqueur territorial intéressant dans un contexte périurbain, qui pouvait correspondre à deux processus différents. Les friches qui se développent après abandon de l’usage agricole renseignent sur l’état de l’élevage dans les Coteaux du Lyonnais, qui continue à régresser et qui libère encore de l’espace là où les conditions d’exploitation sont difficiles, comme les terrains en pente et les fonds de vallon, repérables sur la figure 3. Les friches qui apparaissent en limite d’urbanisation témoignent plutôt des pressions exercées par l’urbanisation et surtout des stratégies délibérées de spéculation foncière de certains propriétaires qui misent sur un changement de destination des sols, à l’occasion d’une révision du PLU, et qui préfèrent ne plus louer leurs terrains à des agriculteurs.

Figure 3 : L’utilisation du sol dans le bassin versant de l’Yzeron en 1990 et 2008

Figure 3 : L’utilisation du sol dans le bassin versant de l’Yzeron en 1990 et 2008

22Au moyen d’un système simple de schéma heuristique (figure 4) construit interactivement et collectivement au vidéoprojecteur8, l’équipe a animé les échanges entre experts afin de déterminer les thématiques importantes à aborder, les problématiques prioritaires liées à ces thématiques et les composantes explicatives (Sanders et al., 1985) des changements de l’utilisation du sol à prendre en compte. Cette technique interactive et visuelle permet de grouper ou séparer les composantes, de les hiérarchiser, agréger ou désagréger à la demande. Il a ainsi été possible d’élaborer par discussion collective une arborescence décrivant les principales thématiques d’ensemble à prendre en compte (forêt, agriculture, environnement, transport), auxquelles étaient associées des problématiques spécifiques, des facteurs explicatifs ou des dynamiques envisagées et les données utilisables pour en rendre compte. Ce travail de diagnostic collaboratif très fouillé a produit un document qualitatif de type prospectif rassemblant les différents points de vue du collectif (figure 5).

Figure 4 : Développement partiel de la branche agriculture du schéma heuristique présentant les composantes explicatives des évolutions de l’utilisation du sol

Figure 4 : Développement partiel de la branche agriculture du schéma heuristique présentant les composantes explicatives des évolutions de l’utilisation du sol

Figure 5 : Synthèse du diagnostic territorial élaboré collectivement dans le cadre de la démarche « Yzeron 2030 »

Thématiques

Problématiques spécifiques

Facteurs explicatifs

Évolutions possibles

Dynamiques envisagées

Forêt

- répartition spatiale
(massif forestier des Monts du Lyonnais / forêts éparses)

- gestion forestière
(peu active)

- influence rural / urbain

- majorité de petits propriétaires privés

- augmentation de la demande en bois de chauffage

- maintien global de la surface boisée

- extension forestière limitée en zone périurbaine
(zonage des boisements et reboisements)

- augmentation des coupes de taillis

Agriculture

- maintien d’un usage et d’un tissu social agricole
(zones agricoles viables, limitation de l’étalement urbain)

- irrigation (présence / absence, législation sur les retenues collinaires)

- proximité à la zone urbanisée
(+ de 100 m d’une habitation)

- périmètres de Protection des Espaces Naturels et Agricoles Périurbains

- concurrence du cheval

- spéculation sur le patrimoine foncier et bâti

- effets de la réforme de la Politique Agricole Commune en 2013

- possible déprise agricole
(perte des usages agricoles)

- type de cultures
(élevage, arboriculture)

- type d’agricultures
(intensive / extensive)

- modes de culture
(verger, maraîchage productions à forte valeur ajoutée)

- modes de valorisation
(valorisation directe, circuits courts)

- irrigation
(présence / absence, législation sur les retenues collinaires)

- filières agricoles
(lait, fruits)

- spéculation foncière

- spéculation foncière limitée
- durcissement de la législation sur les collinaires

- diminution du nombre d’adhérents au syndicat d’irrigation
(financement entretien / renouvellement réseau)

- difficultés économiques des filières agricoles
(coopérative Sicoly : coopérative pour la transformation / commercialisation des fruits, Danone, Yoplait : volumes lait produits trop faibles pour être ramassés)

- basculement d’une agriculture intensive à extensive

- disparition des vergers à proximité de la zone urbanisée

Transports

- réseaux de transport
(vecteur d’urbanisation)

- proximité gares ou échangeurs

- création de nouveaux réseaux

- nouvelles zones d’étalement urbain

- densification du tissu urbain

Environ-nement

- trame verte et bleue (limitation de l’étalement urbain)

- zonages réglementaires / inventaires (PLU, ZNIEFF, etc.)

- meilleure prise en compte dans les documents d’urbanisme

Risques

- inondation

- urbanisation dans le lit de l’Yzeron à Oullins

- imperméabilisation des sols

- règlements d’urbanisme
(Plan de Prévention du Risque Inondation)

- meilleure prise en compte dans les documents d’urbanisme

- restauration du lit de l’Yzeron

Habitat

- densification du tissu urbain

- règlements d’urbanisme
(PLU, SCOT)

- polarités

- réseaux de transports

- distance à la zone urbanisée

- distance à Lyon

- maintien de la pression sur la disponibilité de foncier à bâtir à travers les documents d’urbanisme

Population

- évolution
(nombre d’habitants / de logements)

- tendance passée 1990-2008

- Plan Local de l’Habitat

- SCOT de Lyon à horizon 2030 : + 150 000 habitants / + 30 000 logements

- SCOT de l’Ouest lyonnais à horizon 2020 : + 15 000 habitants / + 12 500 logements

- volonté de rupture par rapport au modèle de développement par l’étalement urbain
(+ d’habitants + de logements + de foncier agricole urbanisé)

Planification

- effets passés et futurs des zonages de la planification

- périmètres de Protection des Espaces Naturels et Agricoles Périurbains

- PLU (zones à urbaniser)

- zonages espaces naturels

- polarités des SCOT

- différents scénarios

Une sélection des thèmes de scénarios prospectifs pour simuler les évolutions de l’utilisation du sol

23Les deux séances suivantes ont été dédiées à l’élaboration de scénarios prospectifs. L’objectif était de passer d’un constat et d’une analyse des évolutions passées à une réflexion sur le territoire du futur. Il s’agissait de faire émerger des discussions entre acteurs les processus ou questions qui leur paraissaient importantes pour structurer les scénarios définitifs. Ce travail s’est fait par des échanges de vues, à partir des résultats du travail collaboratif produit lors de la première séance, ainsi que par une discussion d’une première simulation spatiale de l’utilisation du sol produite par l’équipe qui montrait le simple prolongement du rythme actuel des changements d’utilisation du sol sur la période 2008-2030. Les outils utilisés et les résultats attendus ont été présentés aux participants de l’atelier pour susciter leur intérêt et stimuler la réflexion collective. Une fois les principes des scénarios déterminés, ils ont été construits en laboratoire sous forme de simulations spatiales, pour être présentés à la réunion suivante.

24Lors de la première de ces deux séances, le scénario tendanciel, produit selon la méthode qui sera détaillée juste après, ne faisait que prolonger dans le futur les évolutions observées entre 1990 et 2008. Bien que simple, le scénario tendanciel a toutefois permis aux participants de saisir les principes de la méthode de simulation de l’utilisation du sol employée et de prendre conscience des résultats qu’elle pouvait produire. Ces deux séances ont conduit à faire converger deux référentiels : les scénarios que les experts souhaitaient vouloir étudier et ceux dont il était possible de simuler les résultats avec les données et les outils disponibles et dans le temps imparti.

25Ce travail de convergence a permis de faire émerger trois thèmes, qu’il était possible de transformer en scénarios et de documenter avec les outils et les données disponibles : 1) l’étalement urbain et la densification ; 2) l’efficacité des démarches de planification ; 3) la fragilité des espaces agricoles. L’équipe a donc préparé pour la deuxième séance de cette étape des simulations spatiales informatisées permettant de répondre de la meilleure manière possible à cette demande de scénarios, compte tenu des données disponibles. Les cartes de l’utilisation du sol à horizon 2030 présentées ont conduit à des débats sur les hypothèses et les résultats des simulations.

L’élaboration des scénarios

26La modélisation des causes des transitions observées passe par la recherche des variables qui ont pu expliquer dans le passé chaque type de transition entre les six classes d’utilisation du sol, par exemple d’Espace agricole à Espace urbanisé ou de Lande et Friche à Espace boisé. Le principe est de construire des sous-modèles regroupant les différentes transitions dont on pense qu’elles dépendent des mêmes facteurs. Ainsi, le sous-modèle d’urbanisation pourra regrouper toutes les transitions vers le type Espace urbanisé, quel que soit le type d’origine. Ce travail se fait de manière empirique et heuristique, en testant les variables plausibles et leurs combinaisons jusqu’à obtenir des modèles dont le taux de précision donné dépasse 80 %.

27Six modèles ont été construits, dont les variables explicatives sont listées ci-dessous (figure 6).

Figure 6 : Modèles empiriques et heuristiques expliquant les changements d’utilisation du sol dans le bassin versant de l’Yzeron entre 1991 et 2008

Modèles

Variable 1

Variable 2

Variable 3

Variable 4

Devagri
Développement des usages agricoles

pentes

altitude

distance à Lyon à vol d’oiseau

distance à la zone urbaine la plus proche

Devarbori
Développement de l’arboriculture

distance à la zone urbaine

pentes

latitude

altitude

Coupe
Passage à l’état de friche ou de lande des terres boisées

pentes

altitude

Boisement
Passage à l’état boisé des terres agricoles, des friches et des landes

pentes

altitude

Enfrichement
Passage à l’état de friche ou de lande des terres agricoles

pentes

altitude

distance à la forêt la plus proche

distance à vol d’oiseau à Lyon

Devurba
Toutes les transitions de type urbanisation

distance à la zone urbaine

pentes

distance à Lyon

28On constate que le modèle « expliquant » les changements d’utilisation du sol dans le passé est très sommaire et mobilise des facteurs causaux très simples, fondés sur des facteurs physiques de localisation et de distance. C’est un des intérêts et bien sûr une des limites de l’approche. Les variables peuvent être statiques, c’est-à-dire qu’elles ne changent pas sur la période de temps étudiée comme les pentes ou l’altitude. D’autres sont dynamiques et doivent être recalculées à chaque pas de la simulation car elles font référence à un état lui-même évolutif. C’est le cas, par exemple, de la distance à la zone habitée la plus proche, qui varie de manière continue en fonction de l’étalement urbain.

29La matrice des transitions (figure 7) présente la probabilité de passage d’un usage du sol à un autre pour un pas de temps donné. Les valeurs varient donc entre 0 et 1. Une valeur de 0 indique que la transition n’a aucune chance de se produire, une valeur de 1 qu’elle est certaine. Sur la diagonale, se trouvent le plus souvent des valeurs fortes, qui traduisent une tendance au maintien en l’état de l’utilisation du sol. Dans le bassin versant de l’Yzeron, les espaces boisés ont ainsi 96 % de chance de rester boisés et les espaces urbanisés quasiment 100 % de chance de se maintenir. L’écart à 100 % dans ce dernier cas s’explique en partie par des discordances négligeables de délimitation des entités aux deux dates (1990 et 2008). En revanche, on constate que les landes et friches (42 % de stabilité) et que les vergers et vignes (44 % de stabilité) ont une probabilité assez grande de mutation vers une autre catégorie d’une année sur l’autre.

Figure 7 : Matrice des transitions permettant d’établir la probabilité de transition d’un type d’utilisation du sol vers un autre (entre 1990 et 2008 dans le bassin versant de l’Yzeron)

Espace boisé

Friche et lande

Espace agricole

Verger et vigne

Eau

Espace urbanisé

Espace boisé

96 %

2 %

0,9 %

0,07 %

0,01 %

1,2 %

Friche et lande

35 %

48 %

14 %

0,01 %

0,00 %

2,9 %

Espace agricole

4,3 %

1,8 %

80 %

2,6 %

0,04 %

12 %

Verger et vigne

1,8 %

0,8 %

47 %

44 %

0,00 %

6,9 %

Eau

1,4 %

0,00 %

1,5 %

0,00 %

97 %

0,3 %

Espace urbanisé

0,45 %

0,02 %

0,11 %

0,00 %

0,00 %

99 %

30Pour simuler l’utilisation du sol future, on peut modifier les paramètres de cette matrice et fixer un rythme différent pour certaines transitions. Par exemple, ralentir ou accélérer le rythme de croissance globale des espaces urbanisés afin de simuler leur densification ou leur étalement.

  • 9 Institués par la loi relative au développement des territoires ruraux de 2005, les « périmètres de (...)

31Il est possible de ralentir ou d’accélérer les transitions dans le modèle en fonction de paramètres géographiques. Par exemple, en prenant en compte des contraintes réglementaires, pour la plupart issues des politiques urbaines et d’aménagement du territoire (SCOT, PLU, Plan de Prévention du Risque Inondation, périmètres de Protection des espaces Agricoles et Naturels Périurbains9) ou des politiques d’environnement (Zone Naturelle d’Intérêt Ecologique, Faunistique et Floristique, réserves naturelles, etc.). Les prescriptions des règlements des PLU qui délimitent les zones agricoles, naturelles et à urbaniser ne peuvent en effet pas être considérées comme absolues. Ces documents ne sont censés encadrer le développement urbain que durant une décennie, horizon inférieur à celui de notre simulation. Par ailleurs, ils résultent de la traduction d’un projet politique et ils sont donc susceptibles d’être remis en cause. Ils ont été intégrés dans le système sous forme de contraintes atténuées : une priorité forte est donnée à ces zones, mais on laisse la possibilité que des allocations contraires soient possibles, en particulier pour distribuer de nouvelles zones urbanisées en dehors des périmètres prévus dans la période postérieure aux PLU.

32Enfin, il est possible aussi de ralentir ou d’accélérer les transitions dans le modèle en fonction de la distance à un lieu. Cela permet, par exemple, de prendre en compte des effets de polarité liés à la distance à un bourg-centre ou bien l’installation de nouveaux équipements, comme les futures gares du REAL (Réseau Express de l’Agglomération Lyonnaise), supposées accélérer la densification et donc ralentir l’étalement urbain dans un rayon déterminé.

33L’hypothèse d’un effondrement de l’agriculture traditionnelle dans le territoire lié entre autres à la fragilité des marchés et aux incertitudes réglementaires (réforme de la Politique Agricole Commune) a été mise au centre de la réflexion par l’atelier. La simulation correspondant à ce scénario se base sur une accélération des transitions des zones agricoles vers l’enfrichement et le boisement.

Le débat autour des scénarios

34Dans l’atelier, il n’était pas envisageable de présenter toutes les combinaisons possibles des simulations correspondant aux trois thèmes retenus (étalement urbain, effets des mesures de la planification, devenir de l’agriculture). L’analyse ne prenant sens que par la comparaison des variantes, cela nous a conduits à ne garder que les plus signifiantes d’entre-elles. Par ailleurs, toutes les combinaisons ne sont pas pertinentes. Au final, six scénarios ont été choisis par les animateurs pour produire des simulations (figure 8).

Figure 8 : Des scénarios prospectifs pour piloter des simulations spatiales

Rythme des changements dans l’utilisation du sol par rapport au passé

Application des règlements

Application d’un effet polarité, déprise agricole

Scénario

Inchangé

Pas de contrainte réglementaire

Sans effet : S1Aa

Densification minimale (tendanciel)

Effet déprise agricole : S1Ac

Densification minimale (tendanciel), sans contrainte réglementaire, avec effet déprise dans la zone centrale

Contraintes réglementaires

Sans effet : S1Ba

Densification minimale (tendanciel) avec contraintes réglementaires de la planification

Effet polarité : S1Bb

Densification minimale (tendanciel) avec contraintes réglementaires de la planification et effet de polarité SCOT

Accélération déprise agricole

Pas de contrainte réglementaire

Sans effet : S3Aa

Accélération de l’enfrichement des espaces agricoles, sans contrainte réglementaire et sans effet

Ralentissement étalement urbain

Contraintes réglementaires

Sans effet : S2Ba

Densification accrue et contraintes réglementaires de la planification mais sans effet de polarité

35Pour chaque scénario, une carte de l’utilisation du sol en 2030 et une vidéo illustrant sous forme de carte animée, au pas de temps annuel, l’évolution de l’utilisation du sol de 2008 à 2030 ont été produites (la figure 9 présente deux de ces cartes). Des cartes des simulations « soft » ont été présentées aux participants de l’atelier. Celles-ci mesurent la propension générale au changement, quelle qu’en soit la nature. Cette propension est calculée par cumul des probabilités de changement à chaque pas de la simulation (voir figure 10). Toutes ces cartes et ces vidéos ont été présentées en réunion et un dispositif de comparaison visuelle des résultats deux à deux a été placé sur Internet, accompagné d’un document détaillant la méthodologie utilisée10.

36Les discussions ont porté sur différents points. D’abord, il est apparu que le scénario tendanciel (S1Aa) correspondait déjà à une densification de l’habitat puisque le rythme de construction de logements prévus dans l’ensemble des deux SCOT, à horizon 2030, s’avérait supérieur à celui constaté dans la période écoulée (1990-2008). Pour maintenir et prolonger le rythme de l’étalement urbain passé dans le futur, il était donc nécessaire de densifier la ville. Ce constat s’est révélé inattendu pour les participants, qui n’avaient jamais combiné les simulations des deux SCOT. Pour mesurer l’effet d’une densification accrue de l’agglomération, nous avons réduit de 10 % les transitions vers l’urbain par rapport au rythme passé, ce qui a produit un effet de rétractation de la tache urbaine de même niveau, soit 171 ha de consommation d’espaces agricoles et naturels en moins (S2Ba). On a constaté que cette économie se faisait un peu partout sur de petites surfaces, mais conduisait surtout à réduire l’étalement urbain en nappe de la zone centrale.

Figure 9 : Deux simulations spatiales des usages du sol à horizon 2030 dans le bassin versant de l’Yzeron pour discuter de l’efficacité des outils de planification

Figure 9 : Deux simulations spatiales des usages du sol à horizon 2030 dans le bassin versant de l’Yzeron pour discuter de l’efficacité des outils de planification

Figure 10 : Un exemple de carte de propension au changement pour le scénario S1Ba 2008-2030.
Plus la valeur est forte, plus la potentialité de changement d’utilisation du sol est forte

Figure 10 : Un exemple de carte de propension au changement pour le scénario S1Ba 2008-2030.Plus la valeur est forte, plus la potentialité de changement d’utilisation du sol est forte

37Le scénario d’accélération sensible de l’enfrichement (S3Aa) reproduit le modèle de la déprise agricole observée dans les années 1990-2008, qui concerne les zones les plus élevées et les plus pentues du bassin versant de l’Yzeron. La comparaison de ce scénario avec le scénario tendanciel produit quelques changements de localisation des espaces urbanisés, au centre du bassin en particulier. Mais ce scénario n’était pas le plus probable pour le groupe, qui souhaitait simuler un abandon rapide de l’élevage dans les Monts du Lyonnais. Une augmentation très sensible des probabilités de transition des espaces agricoles à la friche dans la zone centrale entre 300 et 600 mètres d’altitude, avec des zones de pente inférieures à 15 %, permet d’observer que la partie occidentale et la partie méridionale de cette zone d’abandon potentiel de l’agriculture pourraient suivre des évolutions très différentes. On a constaté aussi que certains secteurs agricoles se maintiendraient au sud dans cette configuration. Mais le modèle s’avérait assez peu réaliste, car il permettait uniquement de simuler les évolutions éparses en « confettis » observées dans le passé, et non l’abandon de grands secteurs agricoles en cas de crise forte de l’élevage bovin et de cessation d’activité des exploitations agricoles.

  • 11 Propos recueilli, dans le cadre de l’enquête de satisfaction, auprès des participants à l’atelier d (...)

38L’intégration de contraintes absolues (zones de protection des espaces naturels, PENAP) contribuait à orienter l’extension de l’urbanisation vers d’autres zones que celles où elle se serait développée dans le prolongement des tendances passées. Les contraintes permettaient de garder des espaces non urbanisés à l’intérieur du tissu urbain et de préserver des espaces ouverts à proximité et dans les vallons boisés, situation caractéristique de la géographie de l’Ouest lyonnais. Mais en contrepartie, elles conduisaient à repousser plus loin, à l’ouest et au sud, les grands secteurs d’urbanisation nouvelle. Ce phénomène logique a paru aussi très intéressant aux participants, car il soulignait les effets induits sur la périphérie (SCOT de l’Ouest Lyonnais) de choix de développement de la ville centre (SCOT de l’Agglomération Lyonnaise). Il révélait donc l’existence d’interactions spatiales entre territoires de la planification et les répercussions plutôt inattendues des ambitions de développement d’un SCOT envers l’autre. Cela attestait du besoin de renforcer les démarches Inter-Scot et d’intégrer à l’amont des démarches de planification des outils d’anticipation permettant de tester les interactions spatiales des hypothèses d’aménagement du ou des territoires, pour « aider les élus à prendre conscience de l’impact des politiques d’aménagement sur lesquelles ils réfléchissent11 ».

39L’augmentation des valeurs de transition vers l’urbanisation, en fonction de la distance aux bourgs à polarisation renforcée ou aux gares du réseau express de l’aire métropolitaine dans le bassin versant de l’Yzeron (S1Bb), a permis de repérer un effet, même s’il restait assez limité. Une partie de l’urbanisation qui se faisait dans la périphérie nord se reportait à l’intérieur de la zone polarisée et en particulier dans la partie centrale.

40Une note technique détaillant la méthode utilisée, les choix opérés et les résultats obtenus a été rédigée (Joliveau et al., 2011) et mise en ligne sur le site Internet. Dans le cadre du projet AVuPUR, le scénario tendanciel (S1Aa) a permis de proposer un premier diagnostic sur les possibles effets des modifications de l’utilisation du sol en 2030 sur le régime hydrologique et le risque d’incision dans le bassin versant de l’Yzeron (Braud et al., 2011).

Discussion

41L’ensemble de cette démarche a fait l’objet d’évaluations à différents niveaux. Nous présentons et discutons les avis et critiques rapportés dans un questionnaire écrit par les participants à l’atelier, ainsi que nos propres observations. Nous revenons enfin, suite aux réactions recueillies auprès d’experts extérieurs à l’expérience, sur la manière dont notre expérimentation nous semble interroger la géoprospective.

Les avis des participants

42L’enquête de satisfaction auprès des participants a renvoyé une image positive de l’expérience. Elle a été administrée par voie électronique et comportait 9 questions relatives à la forme de l’atelier et aux intérêts et limites d’une telle démarche dans la pratique des participants. Les répondants (9 sur les 12 ayant participé à toutes les réunions) ont souligné d’une manière générale l’intérêt de la démarche proposée à l’origine d’une « émulsion collective » (sic) faisant émerger des problématiques qui s’enrichissaient et se précisaient au fil des échanges entre des experts de spécialités différentes. Elle a fourni, selon eux, des visions contrastées du devenir d’un territoire, aptes à susciter le débat et à prendre du recul par rapport aux préoccupations quotidiennes, qui restent souvent à trop court terme. Les participants ont situé l’apport spécifique des outils de simulation dans la capacité à repérer les zones les plus vulnérables ou les plus susceptibles d’évoluer, et surtout à évaluer les effets de la planification, mettant ainsi à l’épreuve leurs outils d’action. D’une manière générale, ils ont apprécié cette démarche expérimentale qui consiste à envisager la planification comme une suite de tests à partir de jeux d’hypothèses discutées collectivement. Les participants ont relevé la possibilité de raisonner sur le développement futur du territoire en fonction d’un panel de paramètres très complets, intégrant la possibilité d’évolutions sociétales (crises, mode, réglementations). L’intérêt pour l’aide à la décision a été mis en avant.

43Les limites repérées par les participants sont l’impossibilité de modéliser et de tester toutes les dynamiques : présence d’un réseau d’irrigation comme facteur de maintien de l’agriculture dans le bassin versant, déplacements domicile-travail, logiques d’implantation des activités économiques par rapport aux nouvelles infrastructures ou d’autres éléments déterminants. Une des limites perçues a été le fait que tous les éléments à prendre en compte pour imaginer le futur d’un territoire n’étaient pas intégrés dans les simulations, car ils étaient qualitatifs ou non cartographiables, ou parce qu’il était difficile de trouver des critères simples pour représenter des phénomènes complexes. Certains ont exprimé aussi la crainte que ces simulations d’experts à long terme ne soient perçues par les élus comme le signe que les processus en cours seraient inéluctables, ce qui conduirait à l’inverse de ce qui est souhaité, c’est-à-dire à inhiber une volonté d’action politique créative et innovante. La validité de l’échelle d’application de la démarche au bassin versant de l’Yzeron a aussi été questionnée. L’exercice a porté sur une zone intermédiaire dont l’échelle est située entre celle de la commune et celle de l’agglomération, donc un peu décalée par rapport aux niveaux d’analyse habituels des experts et des gestionnaires. La question de sa validité à une échelle plus petite ou plus grande a aussi été interrogée. Enfin, le sentiment dominant a été que la mise en œuvre de cette démarche dans des procédures de concertation publique risquerait de produire des effets non souhaités, avec le danger d’un usage « spectaculaire » des outils de simulation pour orienter les décisions.

44Il nous semble que notre hypothèse de départ a été validée par cette première expérimentation. L’injection dans une démarche de prospective territoriale d’un exercice de simulation spatiale de l’utilisation du sol, à travers des scénarios prospectifs, a été perçue par les praticiens comme positive. La modélisation/simulation a été vue comme un medium utile à la démarche d’élaboration collective. Elle a aidé à mobiliser des experts, à structurer les débats et à faciliter la confrontation des connaissances et l’expression des intuitions de chacun. La simulation numérique est apparue un peu comme un nouveau langage à élaborer en commun, qui a « activé » la réflexion territoriale, au sens où il a mis en action les idées qui ont été discutées, et qu’il a renouvelé les habitudes de pensée. Les réserves ont porté plus sur la définition du domaine d’application de la méthode, de manière à ne pas outrepasser les limites de sa pertinence. Cette approche s’est avérée complémentaire d’autres exercices et c’est son apport qu’il importe de mieux cerner. Par ailleurs, il convient de rappeler que le produit de la démarche était tout autant l’ensemble des échanges de points de vue qualitatifs, riches et variés sur le fonctionnement du système territorial dont il a été gardé trace, que les cartes elles-mêmes, qui n’étaient pas dissociables de ces points de vue. Intégrés dans une démarche d’ensemble, les outils de simulation pourraient contribuer à la réflexion territoriale. Il faudrait renouveler les expériences, mais ce premier essai incite à aller plus loin dans cette voie.

Nos observations

45Notre expérience de concepteurs et d’animateurs de la démarche nous a conduits à mettre l’accent sur trois autres plans, qui n’ont pas été abordés par les participants.

46D’abord, il faut souligner le caractère lourd de cette approche. Bien sûr, celle-ci était expérimentale et tout devait être imaginé, de la mise en œuvre de la modélisation et des simulations, à l’animation de l’atelier en passant par la mise au point des formes de rendu. Même corrigée de cette dimension inaugurale, il ne faut pas sous-estimer le temps nécessaire à sa mise en œuvre. La démarche a exigé une bonne connaissance du territoire d’étude et a supposé la réalisation d’un diagnostic territorial simplifié. Celui-ci s’est construit en parallèle à l’indispensable travail de création d’une base de données d’utilisation du sol à deux dates, qu’a accompagnée une activation des réseaux d’acteurs du territoire. À cela, s’est ajoutée l’animation prospective en atelier, ainsi que le travail de mobilisation et de traitement de données utilisées dans les simulations spatiales.

47Ensuite, il est intéressant de remarquer que la validité de la modélisation et des simulations, pourtant centrale dans l’exercice, a été assez peu questionnée par les participants, pas plus que la constitution non participative des scénarios eux-mêmes. Cela a pu s’expliquer par une confiance de principe envers les scientifiques dans ce cadre expérimental, mais aussi parce que les simulations tendancielles réalisées correspondaient à ce que les experts avaient en tête pour le futur proche. Le scénario tendanciel reflétait de manière générale l’étalement urbain qu’ils attendaient au regard des dynamiques actuelles, des choix de développement des équipes municipales en place et de leurs traductions dans les PLU en vigueur. La validation scientifique du modèle utilisé est cruciale. Même si d’après Eastman et al. (2005), le perceptron multicouche intégré dans LCM est la méthode la plus fiable pour générer des modèles de transition d’utilisation du sol, le pilotage du réseau de neurones a demandé l’ajustement de nombreux paramètres et constituait une boîte noire plutôt difficile à interpréter. C’est d’ailleurs pour répondre à ces défauts que LCM a intégré entre temps la méthode SimWeight, plus facile à maîtriser et à évaluer (Sangermano et al., 2010). Les techniques de régression logistique, présentes aussi dans LCM, permettent un pilotage plus formalisé (Thériault et al., 2011) mais sont plus lourdes à mettre en place.

48Par ailleurs, une fois le modèle validé dans le passé, la question de la validation des simulations dans le futur se pose. Des méthodes robustes existent pour une validation rétrospective, en comparant un état observé aux résultats d’une simulation (Pontius, 2000 ; Pontius et Millones, 2011). Il serait ainsi possible de comparer l’utilisation du sol en 2012 avec le résultat d’une simulation produite pour la même date, à partir d’un modèle élaboré sur une période antérieure, par exemple 1990-2000. Pontius et Spencer (2005) proposent une méthode pour évaluer l’extrapolation d’un modèle dans le futur (2030 par exemple), fondée sur l’idée que la simulation devient de plus en plus aléatoire au fur et à mesure que le temps passe et qu’il est possible de quantifier la perte de qualité de la prédiction. Mais, par définition, l’extrapolation dans le futur d’un modèle construit sur le passé postule la stationnarité des processus, c’est-à-dire que ce sont les mêmes combinaisons de facteurs qui continuent à expliquer, au cours du temps, la configuration de l’utilisation du sol. Or, le réalisme de cette hypothèse est d’autant plus discutable que la période de référence retenue pour construire le modèle de changements d’utilisation du sol est ancienne. On est dès lors confronté au choix entre deux écueils : utiliser un modèle de changement validé uniquement de manière statistique sur la période juste antérieure, ou valider rétrospectivement des simulations construites sur un modèle dont les hypothèses correspondent à une situation plus ancienne. L’évaluation de ce risque doit être replacée dans le contexte spécifique d’une démarche dont les objectifs sont prospectifs. Un autre point sensible est l’étalonnage des modifications des paramètres de simulation, en particulier des probabilités de transition, soit globales, soit locales. On a piloté en fait le système en attribuant des vitesses de diffusion aux différents types d’utilisation du sol, mais leur ajustement a relevé d’un processus empirique.

49Enfin, nous terminerons par la question des représentations imagées du territoire et de leur potentiel de conviction, mis en avant par de nombreux chercheurs (Lardon et al., 2001 ; Debarbieux et al., 2002, 2003). Plusieurs types de cartes ont été produits au cours de l’atelier. Les cartes d’état de l’utilisation du sol passée ont beaucoup intéressé les participants, car elles fournissaient une information inédite. Mais bien que nous ayons fourni à côté des cartes de toute la zone, des extraits à des échelles plus détaillées, ces dernières ont été en fait peu utilisées par les experts, pour la plupart attachés d’abord à comprendre les changements d’ensemble du territoire.

50Les cartes présentant les résultats des simulations de l’utilisation du sol dans le bassin versant à horizon 2030 ont joué un rôle essentiel dans la réussite de la démarche. Leur validation s’est faite très facilement et plus rapidement que nous ne l’attendions. Pourtant, les simulations ont posé un réel problème de communication. En effet chaque carte n’avait pas d’intérêt par elle-même. Les cartes n’avaient un sens que les unes par rapport aux autres. C’est en comparant les dates et les scénarios deux à deux, qu’il a été possible de mesurer l’effet des paramètres de simulation et d’évaluer par différence les effets d’un scénario. Seul le jeu complet de l’ensemble des cartes, accompagné des hypothèses ayant présidé aux scénarios était pertinent et pouvait être communiqué. Il était donc nécessaire de trouver un moyen de procéder à cette comparaison en atelier.

51En séance, un vidéoprojecteur a été utilisé et nous avons pu projeter les cartes et les faire défiler les unes après les autres, ce qui donnait l’effet visuel d’une superposition et permettait la comparaison. Cette technique a été reprise pour une consultation sur le Web. Même s’il a été possible de percevoir les différences, le travail d’examen, de validation et de discussion de ces cartes n’était pas satisfaisant. Cette difficulté a été exacerbée dans le cas de la visualisation de cartes animées, mode de visualisation bien adapté à la représentation des dynamiques spatiales, mais assez difficile à discuter en groupe. Par ailleurs, des travaux ont montré les problèmes liés à la mémorisation des cartes animées et à leur comparaison (Harrower, 2007). L’usage de la modélisation et de la simulation a produit une avalanche de documents et les participants ont eu besoin de les organiser et de les comparer pour se les approprier et les critiquer. Il est donc apparu nécessaire d’inventer, dans ce type de démarche, des modes de visualisation inédits et de nouveaux dispositifs, en proposant des solutions, à base de tables ou tablettes tactiles pour l’exploration individuelle, et de vidéo-projection pour la confrontation en collectif.

Retour sur la géoprospective

52Nous revenons dans cette partie finale sur trois interrogations, souvent soulevées par des experts n’ayant pas participé à l’atelier. Elles portent sur le caractère réellement prospectif de cette expérience. Ce questionnement nous semble être généralisable à la plupart des opérations de géoprospective, telle que nous l’avons définie dans l’introduction : la dimension en réalité plutôt prédictive ou projective d’une approche par la simulation, la complexité rédhibitoire des outils utilisés, et enfin la pertinence dans une problématique globale du devenir d’un territoire de la simulation de l’utilisation du sol.

53Pour certains de nos interlocuteurs, l’emploi de techniques de simulation de type déterministe ferait basculer l’exercice du côté de la projection, voire de la prédiction, et le situerait donc à l’opposé des démarches de prospective, toujours construites sur le postulat de rupture avec le passé, de recherche et d’amplification « des signaux faibles » et d’atténuation « des tendances lourdes » (Sgard, 2008). Mais la démarche proposée nous semble procéder d’une étape rétrospective, reconnue comme indispensable dans toute approche prospective. Cela permet de remettre en cause les certitudes et de simuler d’autres hypothèses. Dans le cas de l’Yzeron, l’atelier a permis aux participants de questionner l’effet des outils de planification sur l’étalement urbain, les a conduits à interroger la solution de la densification, référence partagée des experts présents, et a montré que l’effort de densification devrait être plus intense qu’attendu. Un autre scénario a permis de placer dans le débat la question des conséquences sur la configuration de l’agglomération de l’écroulement du système agricole de l’Ouest lyonnais. Enfin, il nous semble ne pas avoir exploité dans cette expérimentation les potentialités réflexives du scénario tendanciel sans prise en compte des mesures de planification déjà programmées. C’est un objet irréaliste, puisqu’il fait table rase des contraintes de planification futures, même déjà décidées, tout en intégrant l’inertie des dynamiques d’utilisation du sol passées, mais qui peut permettre un travail de réflexion prospectif à la fois riche et inédit. La simulation semble pouvoir apporter à la prospective territoriale un nouveau type d’exercice intellectuel, dans lequel le groupe confronte ses idées à une expérimentation qui les met en œuvre sous une forme simplifiée, mais de manière raisonnée. Si elle ne peut pas devenir l’outil unique de la prospective territoriale, la simulation peut trouver son intérêt en complément des outils déjà utilisés. C’est par la proposition d’un nouveau mode de raisonnement des experts, confrontés à des simulations numériques, que la géoprospective innove. C’est sur la nature de ce raisonnement, ses limites de validité et les risques qu’il peut générer, qu’une partie du travail théorique devrait porter.

54Une deuxième critique, qui concerne elle aussi la géoprospective, est la compatibilité des outils complexes de simulation spatiale, quels qu’ils soient, avec les démarches plutôt ouvertes et qualitatives de la prospective territoriale. Pour Michel Godet (1991), les outils utilisés en prospective stratégique sont tenus de rester simples, appropriables et doivent permettre d’améliorer la pertinence, la cohérence, la vraisemblance et la transparence des raisonnements face à la complexité des problèmes. Si les outils de simulation utilisés semblent bien respecter les trois premiers critères, celui de la transparence est questionnable. L’emploi d’un modèle complexe de modélisation à base statistique ou fondé sur un réseau de neurones s’est avéré difficile à expliquer en termes simples, même à des experts du territoire. La manière dont les idées de construction des scénarios, issues de l’atelier, ont été transformées en simulations informatiques n’a pas été non plus facile à expliquer. Il existe bien sûr des outils pédagogiques pour faire comprendre la logique des simulations. Elles n’en risquent pas moins de demeurer une boîte noire pour nombre de participants. Cette question n’a pas de réponse simple. Il convient toutefois de rappeler que même les méthodes utilisées en prospective et développées ou réactivées par Michel Godet lui-même (Micmac, Mactor, Morphol ou Smic-Prob Expert par exemple12) ne sont pas toujours simples d’emploi et posent donc le même type de problème. La complexité des outils est d’ailleurs liée à la prise en compte des dynamiques et des interactions spatiales à l’œuvre sur un territoire, dans les démarches de prospective territoriale.

55Cela conduit à la troisième et dernière question, celle de la simplification des dynamiques territoriales que produirait une approche réduite à des questions d’utilisation du sol. Comme l’expliquent Thériault et al. (2011), le fonctionnement d’un territoire local envisagé de manière systémique mobilise de nombreux sous-systèmes : l’économie à différentes échelles (mondiale, nationale et régionale), les politiques aux mêmes échelles, le changement global, l’environnement local géographique, biologique et atmosphérique, les contraintes naturelles liées au sol et au substrat, la démographie, la société locale, le marché foncier. L’utilisation du sol ne constitue qu’un seul de ces sous-systèmes, en relation avec tous les autres. Pour ces auteurs, tout travail de modélisation et de simulation du système doit prendre en compte, du passé vers le futur, les multiples trajectoires de ces différents sous-systèmes et leurs interactions. La trajectoire de l’utilisation du sol (et sa diffusion dans l’espace) est à mettre en relation avec la trajectoire environnementale du territoire (et les transformations écologiques), sa trajectoire politique (et les mouvements politiques), sa trajectoire sociale (et les mouvements sociaux), sa trajectoire économique (et les cycles économiques), sa trajectoire démographique (et les mouvements de population). Thériault et al. (2011) montrent les difficultés que posent une modélisation et une simulation déterministe de l’utilisation du sol intégrant la totalité des composants du système territorial.

56Mais il est possible d’envisager la question autrement. Les opérations de prospective territoriale ont comme objectif d’anticiper et de penser le devenir d’un territoire en intégrant ces différentes composantes, mais sans s’appuyer sur une modélisation formelle de celles-ci. Le postulat de la prospective est que l’on peut guider l’action territoriale en prenant en compte de manière qualitative ces trajectoires et leurs interactions tout en identifiant collectivement les ruptures possibles et les germes de changement. Dans ce contexte, on n’envisage donc pas de modéliser et de simuler le système territorial pour prévoir une utilisation du sol à terme, mais de modéliser et simuler l’utilisation du sol pour enrichir les perceptions des trajectoires territoriales d’un point de vue économique, écologique, démographique… ou des questions plus sectorielles relevant des transports ou de l’agriculture, par exemple.

57Ce que nous soumettons comme hypothèse, à partir de notre expérimentation, c’est que les dynamiques spatiales de l’utilisation du sol, même si elles sont la résultante de multiples autres facteurs, sont un objet pertinent pour discuter du futur d’un territoire. En effet, la nature simple et concrète de l’utilisation du sol en fait un support adéquat pour y greffer des préoccupations variées : économiques, écologiques, foncières, urbanistiques. Dans une approche de prospective territoriale, qui vise par nature mais qui peine dans les faits à dépasser les approches sectorielles, l’utilisation du sol semble un bon catalyseur des échanges entre spécialistes. Bien entendu, cette simplicité n’est qu’apparente. Il existe de nombreuses manières d’élaborer une typologie de l’utilisation du sol en fonction des objectifs assignés et ces classifications ne sont ni universelles, ni interchangeables. Par exemple, dans la démarche de l’Yzeron, nous disposions d’une typologie plus précise de l’utilisation du sol, que nous n’avons pas mis en œuvre dans ce cadre. Une simulation plus pertinente de la densification de la ville, aurait par ailleurs nécessité de s’appuyer sur des données plus désagrégées de l’habitat, intégrant des indicateurs de densité, qu’il n’était pas possible de constituer dans le temps imparti. Mais l’utilisation du sol intègre et connecte de nombreuses autres thématiques territoriales et peut favoriser une approche globale, sans tomber dans des généralités. Il ne faudrait pas tenter de reconstruire toutes les problématiques territoriales autour de simulations de l’utilisation du sol ; mais s’en servir de base pour une réflexion de prospective territoriale apparaît pertinent.

Conclusion

58La démarche « Yzeron 2030 » a été une expérience originale de géoprospective. Elle a intégré, dans une approche de prospective territoriale sous forme d’atelier, des méthodes de simulation spatiale des évolutions de l’utilisation du sol, pilotées à partir de scénarios (tendanciel d’étalement urbain, déprise agricole, ralentissement de l’étalement urbain). Son objectif était de fournir des hypothèses d’utilisation du sol à long terme, pour nourrir une modélisation exploratoire à l’échelle du bassin versant.

59L’intérêt principal des jeux de simulation produits n’a pas été tant de vouloir prédire une situation future que de stimuler la réflexion sur la planification d’un territoire dynamique. Les techniques de simulation de l’utilisation du sol ont semblé intensifier les échanges et les débats entre experts et aider à co-construire des hypothèses et les mettre à l’épreuve de manière dynamique. L’observation des résultats des simulations a enrichi alors les connaissances produites par les experts sur le fonctionnement du système territorial. Ce genre de démarche peut venir en complément des méthodes traditionnelles de planification, et accompagner une réflexion prospective de type plus qualitatif. Il est par exemple envisageable lors de la phase d’élaboration d’un Schéma de Cohérence Territoriale de tester les hypothèses d’aménagement en fonction de différents scénarios, et d’alimenter les réflexions sur le territoire à partir de ces simulations. Il serait possible de faire jouer et de jouer avec les outils de la planification pour interroger leur efficacité et leurs effets inattendus sur d’autres politiques territoriales ici ou ailleurs, maintenant ou plus tard. Dans le domaine de l’aménagement du territoire, où les acteurs ont de plus en plus conscience que les mauvaises décisions vont devenir de plus en plus coûteuses et dommageables, ce type d’approche présente un intérêt certain pour expérimenter des idées.

60La démarche de géoprospective qui a été présentée dans cet article avait pour but d’enrichir et de partager l’expertise du territoire. Elle visait donc un public d’experts aux profils variés en charge de l’élaboration et de la gestion de politiques sectorielles ou territoriales. Elle nous semble utile pour faciliter les échanges entre les experts de différents secteurs sur un même territoire ou les experts de différents territoires contigus ou sécants. La connaissance des évolutions de l’utilisation du sol ainsi que le jeu des scénarios et des simulations peut faciliter une expertise territoriale collaborative. Un court article, qui est paru dans une revue technique deux ans après l’expérimentation, soulignait ces aspects du point de vue des gestionnaires (Poirot, 2012). Son extension à des arènes participatives intégrant des élus et des citoyens demande réflexion, car l’usage des techniques de simulation et la diffusion des résultats peuvent s’avérer délicats. Il semble cependant que les démarches de simulation peuvent s’inscrire dans ce que Marie-Christine Fourny et Damien Denizot (2007) nomment une « intelligence collective territoriale », dont les manières de faire restent encore à inventer.

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Bibliographie

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Notes

1 AVuPUR a été financé dans le cadre du programme Vulnérabilité Milieu Climat 2007 de l’Agence Nationale de la Recherche. Il s’agit d’un projet interdisciplinaire regroupant des équipes en hydrologie et en sciences sociales et coordonné par le Cemagref (Iresta) de Lyon : http://www.irstea.fr/la-recherche/unites-de-recherche/hhly/hydrologie-des-bassins-versants/projet-anr-avupur

2 Les notions d’utilisation et d’occupation du sol sont distinctes mais complémentaires et souvent abordées de manière conjointe, comme en témoigne le terme anglais LULC (Land Use and Land Cover). Dans l’article, nous avons préféré le terme d’utilisation du sol. La typologie de nos cartes porte en effet sur les grands usages du sol et non sur les propriétés physionomiques et physiques de son occupation.

3 Sols artificialisés (sols bâtis, sols revêtus ou stabilisés, autres sols artificialisés) en 2006 : 4 587 700 ha, en 2010 : 4 902 400 ha ; soit une moyenne annuelle de 78 700 ha. Source : Agreste (2011). L’occupation physique du territoire en 2010. TABLEAU n° 6.2 : Évolution de l’occupation du sol entre 2006 et 2010. http://agreste.agriculture.gouv.fr/IMG/pdf_teruti2011T7.pdf

4 Syndicat d’Aménagement et de Gestion de l’Yzeron, du Ratier et du Charbonnières, Communauté de Communes des Vallons du Lyonnais, Assemblée des Communautés de Communes de l’Ouest Lyonnais pour l’Aménagement et le Développement, Syndicat de l’Ouest Lyonnais, Grand Lyon, Direction Départementale des Territoires du Rhône, Agence d’urbanisme pour le développement de l’Agglomération Lyonnaise, Chambre d’agriculture du Rhône, Fédération des chasseurs du Rhône, Société d’Aménagement Foncier et d’Etablissement Rural, Centre Régional de la Propriété Forestière, Fédération Rhône-Alpes de Protection de la Nature.

5 Séminaire géoprospective Nice (avril 2011), Grand Lyon (mai 2011), 1ère conférence thématique de l’OTHU (juin 2011), Lyon Science Transfert (décembre 2011), DREAL Rhône-Alpes (mars 2012), vitrine technologique du Forum 4i (mai 2012), Saint-Étienne Métropole et Agence d’urbanisme de la région stéphanoise (septembre 2012), sans compter les différentes communications informelles à l’Agence d’urbanisme de Lyon, au SCOT de Lyon, etc.

6 Présentation du module Land Change Modeler (LCM) : http://www.clarklabs.org/products/Land-Change-Modeling-IDRISI.cfm

7 LCM n’utilise pas de systèmes multiagents, autre technique souvent employée dans la simulation de l’occupation du sol.

8 Le logiciel était Freemind (http://freemind.sourceforge.net/wiki/index.php/Main_Page) mais n’importe quel outil de schématisation heuristique peut être utilisé.

9 Institués par la loi relative au développement des territoires ruraux de 2005, les « périmètres de protection et de mise en valeur des espaces agricoles et naturels périurbains » sont plus connus sous le terme de PAEN au niveau national. Les PENAP étant une désignation propre à l’agglomération lyonnaise.

10 Ces documents sont toujours consultables sur le site : http://e-geo.fr/Yzeron/Accueil.html

11 Propos recueilli, dans le cadre de l’enquête de satisfaction, auprès des participants à l’atelier de prospective territoriale dans le cadre de la démarche « Yzeron 2030 ».

12 Ces outils sont présentés sur son site : http://www.laprospective.fr/methodes-de-prospective.html

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Table des illustrations

Titre Figure 1 : L’Yzeron : un bassin versant périurbain, partagé entre plusieurs territoires
URL http://cybergeo.revues.org/docannexe/image/26483/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 440k
Titre Figure 2 : Une démarche en quatre temps. L’exemple de la géoprospective « Yzeron 2030 »
URL http://cybergeo.revues.org/docannexe/image/26483/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 448k
Titre Figure 3 : L’utilisation du sol dans le bassin versant de l’Yzeron en 1990 et 2008
URL http://cybergeo.revues.org/docannexe/image/26483/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 660k
Titre Figure 4 : Développement partiel de la branche agriculture du schéma heuristique présentant les composantes explicatives des évolutions de l’utilisation du sol
URL http://cybergeo.revues.org/docannexe/image/26483/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 228k
Titre Figure 9 : Deux simulations spatiales des usages du sol à horizon 2030 dans le bassin versant de l’Yzeron pour discuter de l’efficacité des outils de planification
URL http://cybergeo.revues.org/docannexe/image/26483/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 832k
Titre Figure 10 : Un exemple de carte de propension au changement pour le scénario S1Ba 2008-2030.Plus la valeur est forte, plus la potentialité de changement d’utilisation du sol est forte
URL http://cybergeo.revues.org/docannexe/image/26483/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 447k
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Pour citer cet article

Référence électronique

Clément Dodane, Thierry Joliveau et Anne Rivière-Honegger, « Simuler les évolutions de l’utilisation du sol pour anticiper le futur d’un territoire », Cybergeo : European Journal of Geography [En ligne], Systèmes, Modélisation, Géostatistiques, document 689, mis en ligne le 01 octobre 2014, consulté le 02 décembre 2016. URL : http://cybergeo.revues.org/26483 ; DOI : 10.4000/cybergeo.26483

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Auteurs

Clément Dodane

CNRS UMR 5600 Environnement Ville Société
Université Jean Monnet de Saint-Étienne - Université de Lyon
6 rue Basse des Rives 42023 Saint-Étienne cedex 2
Post-Doctorant
clement.dodane@ens-lyon.fr

Thierry Joliveau

CNRS UMR 5600 Environnement Ville Société
Université Jean Monnet de Saint-Étienne - Université de Lyon
6 rue Basse des Rives 42023 Saint-Étienne cedex 2
Professeur des Universités
thierry.joliveau@univ-st-etienne.fr

Anne Rivière-Honegger

CNRS UMR 5600 Environnement Ville Société
Université de Lyon
18 rue Chevreul, 69362 Lyon cedex 07
Directrice de recherche CNRS
anne.honegger@ens-lyon.fr

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Droits d’auteur

© CNRS-UMR Géographie-cités 8504

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