Denise Pumain : Une géographie contemporaine : modèles et systèmes en analyse spatiale

Bibliographie | Citer cet article

12 décembre 2002

intervention de Denise Pumain

Professeure, UMR Géographie-cités, directrice de Cybergéo, Revue européenne de géographie, directrice du GDR Libergéo (CNRS) 

Denise Pumain débute sa conférence en précisant son refus d'une « égogéographie » et articule son exposé selon deux axes : 

- la notion de système
- l'enjeu et la difficulté de l'interdisciplinarité pour le géographe

1. La notion de système dynamique pour étudier le changement des objets géographiques

1.1. L’observation

Denise Pumain a commencé ses recherches par une « Étude comparative de la croissance urbaine en France (1831-1975) ». Une partie de sa thèse est alors publiée chez Economica (La dynamique des villes, Economica, 1982). Avec Philippe Pinchemel, son directeur de thèse, elle cherche à aller au-delà de l’observation de la croissance des villes telle qu’elle était faite à l’époque (toujours les mêmes séries explicatives : spécificité locale, structure économique, action volontariste d’un maire, choix d’un entrepreneur...). Elle veut dépasser les explications localistes des monographies ce qui l'amène à la conclusion importante : c’est le processus de répartition de la croissance qui produit la structure hiérarchique du système (modèle de Gibrat).

Denise Pumain cherche alors à dégager les paramètres qui conditionnent les dimensions géographiques des villes, qui suivent toujours la loi rang-taille. C’est une sorte de principe d’ordre à l’échelle macroscopique que l’on retrouve dans tous les systèmes de villes, de l’Antiquité à nos jours et sur l’ensemble du globe. L’idée qu’elle soutient est que l’on doit avoir les moyens d’étudier cette régularité à partir d’un processus de changement et elle se lance dans une étude comparative des transformations socio-économiques des villes : publication en 1978 des Dimensions du changement urbain (Editions CNRS) avec Thérèse Saint-Julien. La conclusion de l'étude est que les systèmes socio-économiques se sont transformés partout de la même façon ; le niveau de qualification s’est élevé avec des similitudes. On constate en effet la très grande rapidité du changement social et économique dans les villes et la très grande stabilité des positions relatives des villes les unes par rapport aux autres. L’univers social des villes changeait mais sans modifier leurs positions relatives. Les modifications incrémentales changent toutes parallèlement dans le système et Denise Pumain en tire la conclusion que ce sont ces transformations incrémentales qui maintiennent la structure du système.

En 1950 est encore présent ce vieil héritage du XVIIIe siècle qui différenciait les villes selon leur ouverture au grand commerce : fonctions administratives des capitales régionales continentales versus villes portuaires... Progressivement, se substitue à cette différenciation une opposition entre villes de la modernité technique (en Rhône-Alpes par exemple) et villes en retard qui n’ont pas autant participé à cette révolution technique (villes de l’Ouest et du Sud-Ouest) avec une modernisation économique et sociale beaucoup moins intense. Ce qui intéresse Denise Pumain, c’est un changement spatial – taille, attractivité... – dans la configuration relative des villes les unes par rapport aux autres et non le contenu du changement économique et social. A travers les schémas des cycles urbains, elle montre comment la ville peut changer de position relative dans le système avec le risque d’une spécialisation à un degré important. Les villes ne sont ni « jetables » ni substituables, surtout en Europe et au cercle vicieux du déclin relatif succèdedigme, dans son concept, est nouveau pour les sciences physiques, il ne l’est pas pour les sciences sociales (Héraclite). La nouveauté tient en la capacité de modélisation des phénomènes par des modèles mathématiques (conditions calculables...). 

Cette modélisation doit tenir compte des deux caractéristiques fondamentales des discontinuités qualitatives: un principe d'irréversibilité (ce qui revient à dire que chaque histoire locale est unique) et un principe d'imprévisibilité (c'est-à-dire que l'on ne sait pas vers quelle branche de la bifurcation le système va évoluer). Le principe d'imprévisibilité empêche toute prédiction, mais en revanche, la modélisation permet une exploration des futurs possibles du système étudié.

1.2. L’expérimentation

Comment transposer de tels modèles aux objets des sciences sociales ? Le travail consiste à dégager la nature des données et les paramètres pertinents, qui rentreront dans les équations différentielles qui régissent ce type de phénomène, comme le décrivent les modèles mathématiques. 

Denise Pumain est ainsi conduite à présenter plusieurs recherches expérimentales pour illustrer ce domaine de recherche comme le schéma général des interactions intervenant dans la localisation des activités et des populations.

Un modèle intéressant de ville fictive avait été bâti par Peter Allen, avec la géographe F. Boon, pour répondre à la demande du ministère des transports américains qui, à la suite des chocs pétroliers des années 1970, s'interrogeait sur ce qu'il adviendrait si le prix du pétrole augmentait encore. Le mécanisme de description des liens entre les activités passait par le biais de la base économique. L’intérêt de ce modèle était d’être dynamique puisqu'il exprimait le changement d’une quantité d’état selon le temps. 

La mise en place de ces modèles était relativement facile à l'époque car ils étaient alors écrits en Fortran : il s’agissait d’un véritable apprentissage de la formalisation quantifiée du savoir qu’on avait sur la ville. Les résultats obtenus montrent une cohérence des modèles mais aussi des difficultés d’estimation des paramètres et du passage à l’opérationnel. Par ailleurs, on manque de recul car ces modèles n’ont que 20 à 30 ans d’existence.

- Modèle de P. Allen (école de Prigogine) : évolution économique, sociale et spatiale de quatre agglomérations. Villes et auto-organisation, 1989
- Modèle de A. Wilson, 1988
- Modèle synergétique, Weidlich, Haag, 1987, Sanders, 1992 Migrations interrégionales et interurbaines

Le niveau microscopique indique la probabilité individuelle de migrer alors que le niveau macroscopique reprend l’équation maîtresse de physique théorique. Cela permet d’obtenir l’attractivité de chaque zone. La construction micro-macro est très solide sur le plan théorique et l’interprétation des résultats du modèle n’est pas affectée par les différences de découpage ce qui rend facile la comparaison entre les pays. Le modèle permet en outre de calculer l’écart entre le distribution de population actuelle et celle à laquelle on aboutirait si la matrice de migration était réitérée, ce qui donne un résultat très intéressant en termes de mesure des dynamiques interrégionales ou interurbaines.

Nouveaux outils de modélisation pour des modèles dynamiques : Equations différentielles - Fractales - Automates cellulaires - Systèmes multi-agents - Réseaux neuronaux - SIG permettant de faire le couplage entre des bases de données très importantes et les nouveaux modèles.

1.3. La construction théorique

L’objet de la construction théorique était de dépasser les apories de la théorie des lieux centraux par une conception dynamique (et non un simple transfert des théories de l’auto-organisation). Cf. Denise Pumain, « Pour une théorie évolutive des villes », in l’Espace géographique, 1997

La formalisation systémique des objets urbains consiste à distinguer, dans le milieu urbain, différentes entités : système de villes (hiérarchie, diversité, trame spatiale), la ville (taille, fonction, morphologie) et les acteurs (profession, stratégie, cycle de vie) soit un niveau macro, méso et micro.

Ce sont les variables d’état ou encore les propriétés émergentes à un moment donné. Il s’agit alors d’identifier ces propriétés et de savoir quels sont les processus qui les relient à un niveau supérieur. Ces propriétés sont entretenues par les interactions. Les processus qui entretiennent le système sont aussi ceux qui, à un moment donné vont le faire évoluer. 

Denise Pumain est alors amenée à définir l’expansion distribuée ou « loi de l’effet proportionnel » (Gibrat) comme des fluctuations aléatoires autour d’un taux de croissance moyen identique pour toutes les villes et la sélection hiérarchique comme le renforcement des inégalités hiérarchiques dans l’ensemble du système. Cette sélection se fait à la fois par la diffusion hiérarchique des innovations et par le court-circuitage des petites villes associé à la contraction de l’espace-temps. Plusieurs thèses ont permis de préciser ces processus :

- Avantage initial des grandes villes dans la diffusion hiérarchique des innovations (C. Rozenblat, S. Baudet-Michel)
- Simplification par le bas de la hiérarchie sous l’effet de la contraction espace-temps (A. Bretagnolle)
- Différenciation des systèmes de villes par organisation politique et administrative des territoires. (F. Moriconi)

En s’appuyant sur une représentation cartographique de l’Europe proportionnelle aux temps de déplacements et leur évolution dans l’histoire, elle souligne la formidable expansion des possibilités d’interactions par une augmentation des transmissions des innovations d’où une tendance au court-circuitage des petites villes : exemple présenté des étapes ou des relais entre Paris et Poitiers (théorie d’É. Reclus, thèse d’Anne Bretagnolle).

Ces études permettent au final d’expliquer des objets géographiques (territoires, villes, systèmes de villes) non plus seulement par l’aboutissement d’un récit biographique mais comme l’une des issues possibles d’un ensemble de processus interactifs complexes, ce qui apporte une autre interprétation que celle des historiens, pour qui le changement territorial est la conséquence d’une histoire unique (révolution industrielle...) et non la trajectoire d’un système dynamique dont l’histoire particulière d’une ville n’est que l’une des issues possibles réalisée dans un processus d’inter-relations complexes. Les géographes qui pensent un système de villes et identifient des trajectoires théoriques qui représenteraient des trajectoires historiques ont une vision plus formalisée du changement.

Denise Pumain s’arrête enfin un instant sur le modèle SIMPOP (modélisation multi-agents) mis en place en collaboration avec une équipe d’informaticiens. Il s’agit d’un modèle informatique plus souple que les modèles strictement mathématiques qui permet, avec règles qualitatives et quantitatives de réaliser des analyses et des simulations. L’exemple présenté est celui de la révolution industrielle qui peut entraîner soit la concentration dans une grande ville soit dans plusieurs petites villes. 

1.4. Recherches en cours

- Sur les théories de la complexité : notion d’attracteur d’un système dynamique avec G. Haag, fractales avec P. Frankhauser, comparaisons avec économie et biologie dans le cadre du programme européen ISCOM.
- Sur la hiérarchie, ouvrage en préparation : Hierarchy in natural and social sciences. La hiérarchisation est-elle le produit de l’aléa ou d’un principe caché à découvrir ? Peut-on transposer des méthodes d’une discipline à l’autre pour cette analyse ?
- Sur l’observation des systèmes de peuplement (recherches comparatives en Europe, en Inde, en Afrique du Sud)

La conférencière s'interroge alors sur l’importance de ces études pour des systèmes de villes qui, d’une manière générale, malgré l’aménagement du territoire sont relativement peu contrôlés. Elle souligne alors les multiples tentatives d’intervention dans la dynamique de ces systèmes vers une utopie de taille idéale, de meilleure répartition des populations villes/campagnes...

Elle prend ainsi l’exemple de l’Union Européenne dont les préoccupations sont de se diriger vers une Europe urbaine polycentrique en refusant l’idée d’une mégalopole européenne au profit d’un développement urbain équilibré.

Mais quelle expertise, quels coûts mettre en œuvre ? Cela ne sera pas pareil si les processus du système de villes sont aléatoires ou si ce système, cette forme est optimale pour quelque chose qui correspondrait à un fonctionnement social que l’on n’a pas encore réussi à mettre à jour, explique-t-elle. L’aspect pratique de ces études est donc fondamental et c’est pour cela qu’elle continue à travailler sur des observations directes des systèmes de peuplement à plus ou moins grande échelle dans différents pays.

2. Aux marges disciplinaires : l’indispensable dialogue pour construire une géographie vivante

Denise Pumain souligne les indispensables fréquentations, échanges, et collaborations avec historiens, physiciens, économistes, statisticiens, informaticiens...

Elle fait par exemple partie du réseau « Raison et Rationalité » (Universités de Genève et Lausanne) qui regroupe des philosophes, des mathématiciens, des géographes... qui s’intéressent à diverses thématiques comme : qu’est-ce que le changement dans chaque discipline ? Quel emploi des métaphores ? ou encore la Preuve dans les différentes disciplines...

Mais Denise Pumain insiste bien sur le risque toujours présent d’un cloisonnement disciplinaire et si la solidité conceptuelle, disciplinaire est indispensable, elle ne doit pas empêcher l’ouverture.

Une des grosses difficultés de l’interdisciplinarité demeure la question de la formulation théorique : même les économistes les plus ouverts ne peuvent pas imaginer construire quelque chose sur des bases autres qu'économiques. Or les géographes sont souvent plus empiricistes et les économistes ont des présupposés complètement opposés aux systèmes ouverts et déséquilibrés ; il s’agit là d’une pierre d’achoppement qui n’est pas encore dépassée.

Avec les physiciens les difficultés de l’interdisciplinarité proviennent avant tout, selon elle, de leur sentiment de domination intellectuelle, théorique et conceptuelle. Ils sont essentiellement preneurs de données. Elle prend pour exemple de ces difficultés de communication l’opposition qu’elle a eu avec des physiciens qui employaient le terme « d’utilité » pour celui « d’attractivité » et conclut que seuls la confiance, le respect et la connaissance de la discipline de l’autre permettent une véritable collaboration.

C’est un combat gagné pour ce qui est des dynamiques urbaines avec les physiciens mais la géographie a perdu dans le domaine de l’environnement, pourtant au cœur de ses problématiques, face aux géophysiciens, chimistes, biologistes... Les géographes n’ont qu’une toute petite part malgré une contribution forte (G. Bertrand). et selon elle, ils ont perdu faute d’avoir développé des concepts suffisamment forts (formalisation et conceptualisation) pour passer d’une discipline à l’autre. La création de l’INSUE (Institut National des Sciences de l’Univers et de l’Environnement) souligne que cette captation est désormais institutionnalisée.

Il faut donc valoriser les modèles d’analyse spatiale et montrer qu’ils sont le fruit de notre réflexion disciplinaire.

Questions

• Paul Arnoud (ENS-LSH) : Ce qui est perdu un moment peut se regagner. Le vocabulaire utilisé est toujours celui de petites, grandes, moyennes villes, villes industrielles... Faut-il chercher un nouveau langage ?

— On peut être tenté de renouveler le vocabulaire. On utilise « ville » depuis des millénaires alors que les objets ont évolué. On pense en termes de pérennité des processus ce qui ne convient pas à tous les chercheurs : B. Lepetit, par exemple, qui avait étudié le réseau des routes sous Louis XV refusait de parler de réseau de villes au XVIIIe siècle car selon lui il n’y avait pas de connection d’ensemble de ces villes. Pour ma part, j’affirme ma position dissidente et parle de réseau urbain quoiqu’il arrive car du seul fait que les villes sont concurrentes de proche en proche leur concurrence se transmet et de plus il y a toujours eu des axes importants de villes (dans l’Empire Romain, à la Renaissance...). Inventer des termes nouveaux serait sans doute utile pour les villes du loisir (en les distinguant de celles du tourisme) qui vivent de la redistribution (sun belt...). Il faudrait inventer un néologisme.

• Ismaël Nour : Y a-t-il une possibilité d’utiliser les modèles à l’échelle d’un quartier ou d’un centre-ville ?

— Oui, on peut. C’est un travail mis en place par certains démographes de l’INED. Il serait intéressant d’établir une typologie en fonction des histoires des centres-villes qui se ressemblent (Agencement et devenir relatif et inflexion de leurs histoires particulières...)

Travaux de J. Eudes Roullier en cours sur les villes nouvelles : faire l’histoire de ces entités urbaines « clonées » . L’objectif était en principe de les rendre autonomes sur le plan des emplois et il est intéressant de modéliser les difficultés d’une ville « monochronologique » : une même population arrivée au même moment avec des trajectoires communes...

• Myriam Houssay-Holzschuch : Vous avez fait partie de l’Union Géographique Internationale (UGI) : pouvez-vous expliquer son rôle et ses actions ? 

— Il s’agit d’une « respectable vieille dame », plus que centenaire. C’est un espace de rencontre pour les géographes du monde entier qui leur permet de se réunir dans des groupes de travail, des réunions...

L’UGI essaie d’évoluer car elle admet désormais des participations individuelles sans passer par les comités nationaux pour permettre des évolutions plus rapides. Mais il y a une forte concurrence avec les sciences dures et il apparaît nettement que la géographie souffre d’une insuffisance d’organisation. Pour autant de nombreuses initiatives sont mises en place comme le programme sur la vulnérabilité des grandes villes ou encore en France les réseaux Libergéo et Cybergéo. La géographie a atteint un niveau de maturité collective qui n’est pas reflété par les institutions.

Récemment l’Espagne a reconnu un métier de géographe alors qu’en France il n’y a toujours pas de reconnaissance institutionnelle : la profession n'est pas vraiment organisée en dehors de l’enseignement et de la recherche.

• Paul Arnoud : J’insisterais sur la dimension géopolitique de l’UGI dans laquelle l’Afrique et l’Amérique du Sud sont sous-représentées. Et Paul Arnoud de donner ce qui pourrait être le « mot de la fin » résumant une idée forte de l’exposé de Denise Pumain: « il faut travailler en complémentarité pour une meilleure représentativité », avis aux géographes de demain...

Compléments bibliographiques

• Denise Pumain et Thérèse Saint-Julien, Dimensions du changement urbain (Editions CNRS) 1978.
• Denise Pumain, La dynamique des villes, Economica, 1982.
• Denise Pumain, Thérèse Saint-Julien et Léna Sanders, Villes et auto-organisation, Economica, 1989. Compte-rendu de Bernard Lepetit dans les Annales de Géographie et compte-rendu de Hubert Béguin dans L'Espace géographique.
• Léa Sanders, Migrations interrégionales et interurbaines, Anthropos, 1992.
• Denise Pumain, « Pour une théorie évolutive des villes », in l’Espace géographique, 1997.
• Denise Pumain, Hierarchy in natural and social sciences, Springer, 2006.
• Cybergéo, revue européenne de géographie

Compte-rendu réalisé par Ségolène Débarre, 12 décembre 2002.