Létalement urbain en France
Définitions de l'étalement urbain et autres notions . http://urbamet.documentation.equipement.gouv.fr/documents/Cdu/0186/Cdu-0186656/005089-02.pdf.
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évaluation de son impact sur
la biodiversité, de la reconstitution des trajectoires à la modélisation prospective.Application à une agglomération de
taille moyenne : Rennes MétropoleThèse soutenue le 11 Décembre 2009
devant le jury composé de :Guy Baudelle
Professeur, Université Rennes 2 - RESO UMR 6590 LETGPrésident
Philippe Clergeau
Professeur, Muséum National d"Histoire Naturelle - UMR 5173Rapporteur
Wilfried Endlicher
Professeur, Institut de Géographie, Université Humboldt, BerlinRapporteur
Laurence Hubert-Moy
Professeur, Université Rennes 2 -
Directrice de thèse
Ronan Viel
Chargé d"études, Agence d"Urbanisme et du Développement Intercommunal de RennesExaminateur
THESE / UNIVERSITE RENNES 2 HAUTE BRETAGNE
sous le sceau de l"Université européenne de Bretagne pour obtenir le titre deDOCTEUR DE L"UNIVERSITE EUROPEENNE DE BRETAGNE
Mention : Géographie
Ecole doctorale Sciences Humaines et Sociales
présentée par Rahim Aguejdad Préparée à COSTEL UMR 6554 LETG/IFR CARENUniversité Rennes 2 Haute-Bretagne
COSTEL
UMR 6554 LETG
1Remerciements
En premier lieu, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Laurence Hubert-Moy, Professeur de Géographie à l'Université de Rennes 2 et directrice du laboratoire COSTEL,de m'avoir donné l'opportunité d'effectuer cette thèse au sein du laboratoire, de la confiance
dont elle a fait preuve envers moi ainsi, de son suivi régulier, de sa compréhension et ses qualités humaines dont je suis très reconnaissant. Wilfried Endlicher, Philippe Clergeau, Guy Baudelle et Alain Lalau-Keraly ont accepté defaire partie du jury de cette thèse. Je les remercie sincèrement d'avoir pris le temps de lire et
d'évaluer ce travail. Je remercie mes collègues du programme ECORURB : Philippe Clergeau, Solène Croci,Vincent Pellissier, Alain Butet, Damien Forcy...
Mes remerciements s'adressent à l'AUDIAR, en particulier Alain Lalau-Keraly, Jérome Malle et Ronan Viel ainsi que toute leur équipe, d'avoir mis à ma disposition toutes lesdonnées nécessaires à la modélisation de l'étalement urbain et d'avoir participer à éclairer et
orienter une grande partie de ce travail de recherche. Je tiens à exprimer ma vive reconnaissance à Thomas Houet pour son apport considérable dans la troisième partie de cette thèse dédiée à la modélisation et la simulation. Je remercie Marc Baudry de m'avoir associé au programme PUCA. Je remercie également Jean-Pierre Marchand pour ses relectures, ses remarques et ses encouragements. Mes remerciements s'adressent à toute l'équipe du laboratoire COSTEL avec une penséetoute particulière pour les stagiaires et tous les thésards anciens et actuels (Clémence,
Thomas, Soazig, Vincent, Mehdi, Damien, Rémi, Jonathan, Samuel, Sena, Mabiane, Janique, Anaïs, Emilie, Antoine, Sébastien, Lemine, Rhida, Cyril...), John, Roselyne... Merci également à mes amis qui m'ont soutenu dans les moments difficiles bien connus des thésards ainsi qu'à toute personne m'ayant soutenu et encouragé durant ce parcours.2Liste des sigles et acronymes
5S : Simulation of the signal in the solar spectrum
AEE : Agence Européenne pour l'Environnement ACP : Analyse en Composantes Principales ASTER : Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer AUDIAR : Agence d'Urbanisme et du Développement Intercommunal de RennesBD : Base de Données
COSTEL : Climat et Occupation du Sol par Télédétection CORINE : Co-ordination of Information on the invironment DIREN : Direction Régionale de l'EnvironnementDOM : Départements d'Outre-Mer
ECORURB : ECOlogie du Rural vers l'URBain
EEA : European Environment Agency
EPCI : Etablissements Publics de Coopération IntercommunaleETM : Enhanced Thematic Mapper
GES : Gaz à Effet de Serre
IFEN : Institut Français de l'Environnement IFN : Inventaire Forestier National IGN : Institut Géographique NationalINSEE :
Institut National de la Statistique et des Etudes Economiques IRS : Indian Remote Sensing satelliteLCM : Land Change Modeler
LGV : Ligne à Grande Vitesse
MNA : Modèle Numérique d'Altitude MNT : Modèle Numérique de terrainNUR : Noyau Urbain Rennais
ONU : Organisation des Nations Unies
PDU : Plan de Déplacements UrbainsPLH : Plan Local d'Habitat
PLU : Plan Local d'Urbanisme
POS : Plan d'Occupation des Sols
PTA : Partial Triadic Analysis
PUCA : Plan Urbanisme Construction et ArchitectureRM : Rennes Métropole
RMS : Root Mean Square
SAU : Surface Agricole Utile
SCoT : Schéma de Cohésion TerritorialeSD : Schéma Directeur
SDAU : Schéma Directeur d'Aménagement Urbain SIG : Système d'Informations Géographiques SPOT : Système Probatoire d'Observation de la Terre TERITU : Enquête utilisation du territoireTM : Thematic Mapper
UNFPA : United Nations Population Fund Agency ZAC : Zone d'Aménagement ConcertéeZAU : Zonage en Aires Urbaines
ZNIEFF : Zones Naturelles d'Intérêts Ecologiques Faunistiques et Floristiques ZUP : Zone à Urbaniser en Priorité3Sommaire
REMERCIEMENTS................................................................................................................................................. 1
LISTE DES SIGLES ET ACRONYMES.................................................................................................................. 2
SOMMAIRE............................................................................................................................................................. 3
INTRODUCTION GENERALE................................................................................................................................ 5
PARTIE I : ETALEMENT URBAIN ET ECOLOGIE URBAINE : ENJEUX ET METHODES................................. 18
INTRODUCTION DE LA PREMIERE PARTIE .................................................................................................. 19
1.1. Etalement urbain : définitions et représentations .................................................................................. 20
1.1.1 Quelques éléments de description de l'étalement urbain.............................................................. 20
1.1.2. Facteurs, impacts et enjeux de l'étalement urbain ........................................................................ 42
1.1.3. Les modèles d'étalement urbain.................................................................................................... 56
1.1.4. Les outils de modélisation de l'étalement urbain........................................................................... 64
1.2. Etalement urbain, changements d'usage des sols et changements paysagers.................................... 73
1.2.1. Usage des sols et fragmentation du paysage .............................................................................. 73
1.2.2. Le suivi de l'étalement urbain par télédétection............................................................................. 79
1.2.3. Indicateurs de l'écologie du paysage en milieu urbain : définitions et usages en milieu urbain .... 83
Synthèse .................................................................................................................................................91
1.3. Les impacts des changements d'usage des sols et des paysages sur la biodiversité en milieu urbain93
1.3.1. Ecologie urbaine : définitions et concepts ..................................................................................... 93
1.3.2. Paysages et biodiversité en milieu urbain ..................................................................................... 98
Synthèse ................................................................................................................................................105
1.4. Le cas d'une métropole de taille moyenne : Rennes............................................................................106
1.4.1. Rennes Métropole, un territoire en fort développement à l'aire d'influence étendue...................106
1.4.2. Une forte dynamique économique et démographique..................................................................110
1.4.3. Une forte croissance urbaine dans le cadre d'une ville-archipel...................................................112
1.4.4. Une prise en compte grandissante de la biodiversité et des continuités écologiques..................128
1.4.5. Le programme ECORURB...........................................................................................................130
CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE.....................................................................................................133
PARTIE II : RECONSTITUTION DES TRAJECTOIRES D'OCCUPATION DES SOLS ET DES PAYSAGES ETEVALUATION DE LEUR IMPACT SUR LA BIODIVERSITE ..............................................................................137
INTRODUCTION DE LA DEUXIEME PARTIE .................................................................................................138
2.1. Les changements d'occupation et d'utilisation des sols observés à différentes échelles.....................139
2.1.1. A l'échelle du département d'Ille-et-Vilaine 21 ans d'artificialisation...........................................141
2.1.2. A l'échelle de Rennes métropole : le rythme et les formes de l'artificialisation du territoire......162
2.1.3. A l'échelle des sites ECORURB...................................................................................................185
Synthèse ................................................................................................................................................219
2.2. Les modifications de l'occupation des sols et des paysages à travers différents indicateurs de l'écologie
du paysage .................................................................................................................................................220
2.2.1. A l'échelle de Rennes Métropole..................................................................................................220
2.2.2. A l'échelle des sites ECORURB...................................................................................................241
Synthèse ................................................................................................................................................255
2.3. L'impact des changements observés à l'échelle des sites sur la biodiversité ......................................256
2.3.1. La réponse des espèces à la structuration actuelle des habitats et de leur environnement.........256
2.3.2. La réponse des espèces aux modifications des habitats et de leur environnement.....................264
Synthèse ................................................................................................................................................266
CONCLUSION DE LA DEUXIEME PARTIE....................................................................................................267
PARTIE III : DE LA MODELISATION A LA SIMULATION PROSPECTIVE DE L'ETALEMENT URBAIN ........270INTRODUCTION DE LA TROISIEME PARTIE ................................................................................................271
3.1. La modélisation des changements : facteurs de changements passés, actuels et futurs....................272
3.1.1. Identification des facteurs explicatifs............................................................................................272
3.1.2. Enjeux d'aménagement et scénarios ...........................................................................................274
3.2. Simulation prospective de l'étalement urbain.......................................................................................279
3.2.1. Le choix du modèle de simulation de l'étalement urbain...................................................................279
3.2.2. Fonctionnement du modèle LCM .................................................................................................279
3.2.3. Méthodes d'évaluation des simulations produites par LCM .........................................................282
3.2.4. Application sur Rennes métropole : projections à l'horizon2020.................................................283
3.3. L'impact des scénarios sur les paysages et la biodiversité..................................................................295
3.3.1. Impact des scénarios sur les paysages........................................................................................295
3.3.2. Impact des scénarios sur la biodiversité.......................................................................................305
CONCLUSION DE LA TROISIEME PARTIE....................................................................................................306
CONCLUSION GENERALE.................................................................................................................................308
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES................................................................................................................312
LISTE DES FIGURES..........................................................................................................................................344
LISTE DES TABLEAUX ......................................................................................................................................350
TABLE DES MATIERES......................................................................................................................................368
RESUME ET ABSTRACT....................................................................................................................................372
4Introduction générale
5 Introduction générale
1- Contexte général
La ville : un système complexe et dynamique, un paysage hautement hétérogène et " un macro- écosystème » original vu par l'écologie urbaineConsidérée comme un ensemble morphologique, physionomique, social et culturel différencié
(Cosinschi et Racine, 1998), la ville est un milieu complexe, dynamique, et auxcaractéristiques spécifiques où s'articulent diverses interactions hommes/milieux mettant en
jeu l'espace. La ville est fonctionnellement intégrée dans un système hiérarchisé de villes :
" cities as systems within systems of cities »(Berry, 1964). En tant que système complexe fonctionnant à des niveaux d'organisation différents (Pumain, 1998 et 2006), " la ville estaujourd'hui à la fois territoire et unité de vie collective, milieu et enjeu, cadre physique et
noeud de relations entre les êtres sociaux » (Cosinschi et Racine, 1998). Elle est une
concentration d'habitants, un milieu de fonctions croisées dans lequel s'exercent la plupartdes activités humaines (habitat, commerce, industrie, éducation, politique, culture), sans
cesser d'être une confluence d'enjeux (Ferras, 1990). Enjeu spatial, la ville nécessite une gestion rationnelle de son expansion, ce qui implique la connaissance et la compréhension de ses structures et de leur évolution. La ville repousse incessamment ses limites de plus en plus loin. " Le problème des limites de la ville est doncinsoluble »(Allain, 2004). Définir la ville, délimiter ses contours et suivre son évolution
spatiale dans le temps est un des problèmes redoutables auxquels se trouve confronté tout chercheur travaillant sur cet espace dynamique et complexe. Comme l'observe Lajoie (2007), " la définition de la ville se recompose en permanence au rythme des territorialités toujourschangeantes qui la constituent ». Longtemps, la ville a été définie par opposition à la
campagne en faisant souvent référence à cette limite brutale ville/campagne. Aujourd'hui,cette dichotomie est obsolète et n'est plus d'actualité (Mangin, 2004). La ville, ne se
définissant plus comme une simple unité géographique séparée de son environnement
périurbain, ne se conçoit plus en dehors de son environnement. La ville est donc rattrapée par
son environnement (Clergeau, 2007) dans lequel elle évolue et qui est à la fois le milieu physique et le résultat de l'action humaine. Ce clivage ville/campagne, urbain/rural s'estompede plus en plus et on se trouve en face d'une autre réalité beaucoup plus complexe, les espaces
périurbains. Ces espaces mixtes offrent le sentiment d'être à la fois en ville et en campagne ou
posent un problème d'identité on ne sait plus si on est en ville ou en campagne.
" Désormais omniprésent, l'étalement urbain combiné à la recomposition de villes remodèle
la géographie fabriquant des territoires hybrides, ni urbains ni ruraux » (Mangin, 2004), qui sont une marque récente des mutations profondes du couple espace-société. Ces changements s'accompagnent d'une évolution des termes et des nomenclatures qui semultiplient, au point qu'ils risquent de brouiller la lecture de l'espace urbain : banlieue,
suburbanisation, rurbanisation, exurbanisation, péri-urbanisation, péri-urbain,périurbanisation, périurbain, aire urbaine, couronne périurbaine, commune multipolarisée,
zone à dominante urbaine, métropole, métapole, ville-pays, ville globale, ville-réseau, ville-
archipel, ville-diffuse, ville-éclatée, ville-compacte ..., (Rouxel, 2002 ; Allain, 2004). Cette
évolution du vocabulaire urbain et périurbain reflète parfaitement la particularité de tels
espaces, les modifications et les mutations qu'ils subissent en continu, ainsi que la complexité du phénomène urbain.6Cette complexité tient aux caractéristiques propres de la ville : un espace construit par des
hommes et des sociétés (Paulet, 2005), des activités et des fonctions diverses, et une forte
diversité d'objets le composant. Espace extrêmement anthropisé, la ville est caractérisée par
une forte hétérogénéité spatio-temporelle. En effet, formé de matériaux de nature
différente et d'objets de tailles variées mais souvent petites, l'espace urbain est un milieufortement hétérogène, formant une mosaïque urbaine. Il est caractérisé par une grande
variété de surfaces, mais surtout par une grande fréquence spatiale, une large variété de
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