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Mod´ elisation et simulation multi-agents de la dynamique urbaine : application

Mod´ elisation et simulation multi-agents de la dynamique urbaine : application ` a la mobilit´ e r´ esidentielle Igor Agbossou To cite this version: Igor Agbossou. Mod´ elisation et simulation multi-agents de la dynamique urbaine : application ` a la mobilit´ e r´ esidentielle. G´ eographie. Universit´ e de Franche-Comt´ e, 2007. Fran¸ cais. <tel- 00924741> HAL Id: tel-00924741 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00924741 Submitted on 7 Jan 2014 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. UNIVERSITÉ DE FRANCHE‐COMTÉ ÉCOLE DOCTORALE «LANGUES, ESPACES, TEMPS, SOCIÉTÉS » Thèse en vue de l’obtention du titre de docteur en GÉOGRAPHIE MODÉLISATION ET SIMULATION MULTI‐AGENTS DE LA DYNAMIQUE URBAINE APPLICATION À LA MOBILITÉ RÉSIDENTIELLE Présentée et soutenue publiquement par Igor AGBOSSOU Le 28 novembre 2007 Sous la co‐direction de : Pierre FRANKHAUSER, Professeur à l’université de Franche‐Comté et Christiane WEBER, Directrice de recherche au CNRS, UMR 7011 Image et Ville, Strasbourg Membres du jury : Jean‐Christophe FOLTETE, Professeur à l’université de Franche‐Comté Pierre FRANKHAUSER, Professeur à l’université de Franche‐Comté Patrice LANGLOIS, Maître de conférences, HDR à l’université de Rouen Damienne PROVITOLO, Chargée de recherche au CNRS, UMR 6049 ThéMA, Besançon Lena SANDERS, Directrice de recherche au CNRS, UMR 8504 Géographie‐cités, Paris Christiane WEBER, Directrice de recherche au CNRS, UMR 7011 Image et Ville, Strasbourg à Chrisas et Fidèle Remerciements Je voudrais commencer par dire un grand merci à mon directeur Pierre Frankhauser, Professeur à l’Université de Franche-Comté, et ma co-directrice Christiane Weber, Directrice de recherche au CNRS, UMR 7011 Image et Ville, Strasbourg, qui, au-delà de m’encadrer, ont su me faire confiance et m’encourager tout au long de ce travail que je n’aurais probablement jamais réalisé sans eux. Tels des parents attentifs ils ont guidé mes pas, depuis ma soutenance de DEA à Strasbourg où j’étais sensé faire ma thèse, à Besançon pour un nouvel espoir. Ils m’ont fait découvrir autrement les joies de la recherche scientifique. Je tiens à exprimer toute ma gratitude et ma reconnaissance à Damienne Provitolo, Chargée de recherche au CNRS, UMR 6049 ThéMA Besançon pour sa disponibilité et sa spontanéité généreuse à mon égard. Merci pour les précieux conseils ! Mes reconnaissances vont également à Léna Sanders et Patrice Langlois qui ont accepté les fonctions de rapporteur et à Jean-Christophe Foltête pour avoir accepté de juger mon travail en prenant part au jury alors que les sollicitations ne manquaient pas et que leur emploi du temps respectif était déjà bien rempli ! A Hélène Houot et Cécile Tannier pour leurs encouragements et précieux conseils. A Florence Bailly, Patrice Caro, Edwige Dubos-Paillard, Sophie Carel et Marc Richard pour le soutien et les discussions qui ont permis l’aboutissement de ce travail. Merci également pour le cadre de travail agréable qui m’a été offert tant aux plans matériels et financiers qu’aux plans des relations humaines ! A Aurélie Coig et Armelle Kaufmant pour leur attention et la promptitude avec laquelle elles me répondent chaque fois que j’ai besoin de leurs services. A Jérôme Valance qui ne ménage pas ses efforts pour “trouver et me fournir” en temps opportuns logiciels et matériels informatiques adéquats à mes besoins. A Joëlle Depoulon, Michèle Pétigny et Denise Vardanega pour la marque de sympathie qu’elles m’ont toujours témoignée. A Thierry Brossard, Daniel Joly et Serge Ormaux pour leurs encouragements stimulants. A toutes les personnes du laboratoire ThéMA ainsi que mes collègues qui sont devenus au cours du temps plus que de simples collègues. Avant-propos Les données qui nous ont permis de réaliser des simulations sont issues de l’Enquête- Ménages-Déplacement réalisée par la Communauté d'Agglomération du Grand Besançon (CAGB) dans le cadre d’un partenariat, associant l’INSEE de Franche-Comté et l’Agence d’Urbanisme de l’Agglomération de Besançon (AUDAB). Elles ont été acquises grâce au partenariat qui lie le laboratoire ThéMA UMR 6049 à ces différentes institutions. Par ailleurs, le prototype de simulation VisualSimores (dont les instructions pour l’installation se trouvent dans le fichier “Lisez-moi” du CD-ROM d’accompagnement) a été entièrement développé par nos soins en langage C# avec le Framework .NET 2.0 de Microsoft. Il s’agit à l’heure actuelle, d’un outil de recherche non destiné à un public plus large. […] une idée essentiellement géographique : celle d’un milieu composite, doué d’une puissance capable de grouper et de maintenir ensemble des êtres hétérogènes en collaboration et corrélation réciproque. Cette notion pourrait être la loi même qui régit la géographie des êtres vivants. P. Vidal de la Blache, Principes de géographie humaine Et quoiqu’on en dise, dans la vie scientifique, les problèmes ne se posent pas d’eux-mêmes. C’est précisément ce sens du problème qui donne la marque du véritable esprit scientifique… S’il n’y a pas eu de question, il ne peut y avoir connaissance scientifique. Rien ne va de soi. Rien n’est donné. Tout est construit. G. Bachelard, La formation de l’esprit scientifique Sommaire Introduction…..……………………………………………………… 13 Partie I : De la mobilité à la modélisation des dynamiques urbaines 19 Chapitre 1. La mobilité : quelle place dans l’analyse des dynamiques socio- spatiales ?…………………………………………………………………………... 21 1.1. La mobilité : une notion transdisciplinaire à dominance spatiale 23 1.2. Retour sur les différentes formes de la mobilité 27 1.3. Mobilité et politiques territoriales 32 1.4. La mobilité comme moteur de la dynamique urbaine 37 Bibliographie référencée 44 Chapitre 2. La mobilité résidentielle : mesure, dynamiques et déterminants.... 47 2.1. Mesures et évolution des connaissances sur la mobilité résidentielle 49 2.2. Les dynamiques habitat-habitants 56 2.3. Les déterminants de la mobilité résidentielle 61 Bibliographie référencée 75 Chapitre 3. Problématiques et premières approches de modélisations et de simulations urbaines………………………………………………………………. 79 3.1. Problématiques liées à la modélisation des dynamiques urbaines 80 3.2. La ville et son fonctionnement 82 3.3. Approche systémique de la ville 89 3.4. Appréhender la ville comme un système complexe 93 3.5. Des approches classiques de modélisation à la géosimulation urbaine 97 Bibliographie référencée 106 Partie 2 : Appropriation conceptuelle et méthodologique des outils de la géosimulation…………………………………………………… 113 Chapitre 4. L’approche multi-agents en géographie…………………………… 115 4.1. Quelques généralités sur le paradigme multi agents 117 4.2. Le concept d’agent 123 4.3. Système multi agents versus simulation multi agents 127 4.4. Méthodologie orientée agent en géographie 130 4.5. Quelques applications géographiques des SMA 135 Bibliographie référencée 141 Chapitre 5. Les automates cellulaires comme support spatial à la dynamique urbaine……………………………………………………………………………... 143 5.1. Introduction aux automates 144 5.2. Réseaux d’automates et automate cellulaire 145 5.3. Modélisation par automates cellulaires en géographie 147 5.4. Quelques exemples d’applications géographiques des automates cellulaires 155 Bibliographie référencée 164 Partie 3 : Réalisation et application d’un modèle de simulation de la dynamique urbaine : VisualSimores……………………………… 167 Chapitre 6. Modélisation du comportement des agents et de la dynamique résidentielle………………………………………………………………………... 169 6.1. Considérations théoriques relatives aux réseaux bayésiens 171 6.2. Formalisation du modèle comportemental des agents 178 6.3. Formalisation de la dynamique spatiale de l’habitat 181 6.4. Modèle algorithmique du système résidentiel : couplage SMA-AC 188 Bibliographie référencée 200 Chapitre 7. Résultats de l’application du modèle de simulation.……………….. 203 7.1. Présentation succincte du prototype VisualSimores 204 7.2. Le terrain d’application : la commune de Saône 206 7.3. Description des données de calibrage du modèle de simulation 208 7.4. Analyse des résultats 210 Bibliographie référencée 222 Conclusion..………………………………………………………….. 223 Bibliographie générale …………………………………………………………… 229 1 INTRODUCTION Les villes sont par essence, par définition, faites non pas de clones mais de gens différents, issus de différents milieux sociaux, de différentes professions, de différents âges […]. Nous avons tous intérêt à maintenir cette diversité, à permettre à tous les milieux sociaux, aux riches, aux pauvres de vivre dans les villes. J-R. Pitte Cette recherche s’intéresse à l’étude des choix résidentiels dans le contexte de la périurbanisation. La périurbanisation est un processus d’urbanisation ancrée dans les dynamiques territoriales de nombreux pays, notamment ceux de l’Europe occidentale et aux États-Unis. Elle a débuté dans les années 1940 aux États-Unis et a gagné l’Europe occidentale dans les années 1950-60. Ce phénomène, qui se manifeste par un étalement urbain du centre vers les périphéries, s’est d’abord manifesté dans les grandes villes, avant de se diffuser dans les villes moyennes et petites, sous l’effet notamment d’une motorisation massive et d’une baisse des coûts de transport. En France, le phénomène de périurbanisation est né à la fin des années 1960, période à partir de laquelle la politique de l’habitat s’oriente vers l’accès à la propriété. Les communes périurbaines deviennent ainsi des espaces privilégiés pour accueillir un grand nombre de lotissements pavillonnaires. La périurbanisation étant un objet d’étude vaste et complexe, nous avons focalisé notre recherche sur un axe thématique de ce phénomène, celui de la mobilité. Le système de mobilité accompagne en effet les dynamiques périurbaines et uploads/Litterature/ la-dynamque-urbaine.pdf