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Autour de l’informatique : la géographie ubiquitaire

Denise Pumain, Thérèse Saint-Julien et Lena Sanders ont comparé les transformations socio-économiques des agglomérations de Rouen (ici), Bordeaux, Nantes et Strasbourg au fil du temps. Shutterstock

Autour de l’informatique : la géographie ubiquitaire

Un nouvel « Entretien autour de l’informatique ». Serge Abiteboul et Claire Mathieu interviewent Denise Pumain, professeure à l’université Paris 1 Panthéon-Sorbonne et membre de l’Institut Universitaire de France. Elle est spécialiste de l’urbanisation et de la modélisation en sciences sociales. Cet article est publié en collaboration avec le Blog Binaire.

Denise Pumain. Claude Truong-Ngoc, CC BY-SA

Denise, quel est ton métier ?

Denise Pumain : Je suis enseignante-chercheure en géographie à l’université Paris 1 (Panthéon-Sorbonne). J’ai été un temps détachée à l’Institut d’études démographiques, un temps à l’université de Paris Nord à Villetaneuse, un temps recteur de l’académie de Grenoble.

La géographie est une science sociale interdisciplinaire, avec des interactions fortes avec la sociologie et l’économie, et des liens étroits avec les sciences naturelles. Ma recherche porte sur la géographie humaine, c’est-à-dire l’étude de la manière dont les sociétés organisent leur espace, de manière différenciée selon les régions du monde. Je m’intéresse aux villes et à ce qu’elles ont de commun, notamment dans leur dynamique, la façon dont elles évoluent au cours du temps.

La principale question des géographes depuis la fin du XVIIIe siècle, c’est de comprendre la diversité du monde. On a d’abord expliqué cette diversité par des inégalités physiques, des différences entre les sols et les cadres naturels, le rôle des dotations initiales naturelles. Jared Diamond a récemment actualisé ce fil explicatif. Mais la géographie a ensuite beaucoup insisté sur la dimension spatiale, les effets de proximité et de réseaux dans les organisations des sociétés et leurs rencontres, selon un mécanisme de type centre-périphérie qui rend compte d’une grande partie des inégalités entre les sociétés humaines, à différentes échelles.

Binaire s’intéresse à la transformation des sciences par l’informatique. En quoi ta discipline a-t-elle été transformée par la nôtre ?

D. P. : L’informatique a introduit des progrès décisifs dans la manière de pratiquer la géographie et a également fait beaucoup pour amplifier les usages de la science géographique dans la société. Je vois trois grandes étapes dans cette évolution.

L’informatique, automatisation de tâches

D’abord, dans les années 1960-1970, nous avons pu informatiser des analyses statistiques. L’ouverture de centres de calcul accessibles aux gens des sciences sociales a changé notre travail. En ce qui concerne la géographie, l’instrument décisif a été l’analyse multivariée pour rendre compte des diversités entre des territoires ruraux, des villes, ou des États. À ces échelles, l’enquête individuelle n’est pas possible, il faut utiliser des recensements. Nous avons utilisé ce qu’on appelle aujourd’hui l’analyse exploratoire des données pour effectuer des comparaisons de manière systématique, plus raisonnée et répétable.

Par exemple, j’ai rassemblé des données sur la croissance de plusieurs centaines de villes françaises depuis le recensement de 1831, sur l’évolution de leur démographie et de leur profil économique. Dès 1954, on avait des statistiques sur la composition par branche d’activité économique, la composition socioprofessionnelle, avec des nomenclatures comprenant des dizaines, puis des centaines de catégories, toute une richesse d’informations exploitables par le géographe. Pour nous, la quantification a été la solution. Pour moi, l’informatique a donc d’abord été une libération, une possibilité d’objectiver, d’avoir un degré de scientificité plus important qu’auparavant.

La pensée algorithmique

Denise Pumain a tenté de comparer les transformations socio-économiques de plusieurs agglomérations françaises, dont celle de Bordeaux. Plans

Ensuite, l’informatique a véritablement transformé notre façon de penser. Elle nous a conduits d’une formalisation essentiellement liée à l’usage des statistiques, à des formalisations bien plus riches utilisant des modèles de simulation. Avec des universitaires de Stuttgart et de l’Université libre de Bruxelles, nous avons exploré des modèles dynamiques d’analyse territoriale et régionale. Avec Thérèse Saint-Julien et Lena Sanders, nous avons pu comparer les transformations socio-économiques des agglomérations de Rouen, Bordeaux, Nantes et Strasbourg au fil du temps.

Au début des années 1980, s’est créée une communauté autour de la simulation pour la géographie, avec des modèles mathématiques d’auto-organisation urbaine, ou encore d’analyse des migrations interrégionales. Cela nous a conduits à des modélisations informatiques par systèmes d’agents. Un agent pouvait être un territoire, une personne, un élément de l’environnement. Les agents, représentés par des êtres informatiques, sont susceptibles d’acquérir des informations sur leur environnement et de communiquer avec d’autres agents pour avoir des interactions, des actions avec eux.

Typiquement, les attributs d’une ville pouvaient être sa population, sa richesse, ses types de production, sa situation portuaire, son attractivité touristique ou le fait d’être une ville capitale. On a beaucoup de mal à connaître tous les échanges que les villes ont entre elles, surtout pour mesurer les échanges économiques ou financiers. On a donc imaginé un système théorique de marché d’échanges entre villes à partir de leurs fonctions économiques ; elles proposent des productions et des services à des villes dans un environnement proche, avec un marché régulant ce commerce, modélisé informatiquement. Les systèmes multi-agents offrent une grande souplesse de modélisation pour représenter une diversité de formes d’interactions dans l’espace selon les fonctions des villes, capitales régionales, ou villes industrielles ou touristiques par exemple. Les modèles ainsi construits font partie d’une série que nous appelons « SimPop » pour « simulation de population », à partir de systèmes multi-agents. Cette évolution est trop complexe pour être imaginée sans ordinateurs bien sûr.

Cette deuxième étape a eu un débouché inattendu. Les modèles SimPop étaient conçus au début par des doctorants dépendant d’informaticiens, et du coup nous n’avions qu’une capacité d’intervention limitée. Puis nous avons pu construire les modèles directement, en réunissant des informaticiens de l’Institut des systèmes complexes et des géographes déjà formés à l’informatique. Cela a tout changé pour nous. On pouvait commencer avec un modèle simple pour le raffiner. On pouvait voir l’amélioration produite entre deux versions. On pouvait complexifier le modèle, introduire des effets de contexte environnementaux… Cela nous a permis une meilleure mise au point par exploration de toutes les possibilités offertes par le modèle. On pouvait procéder pas à pas, en réduisant la complexité, et aussi, faire des millions de simulations avec le même modèle. On pouvait vraiment explorer l’espace des paramètres.

On a, par exemple, mis au point un modèle informatique d’émergence de ville post-néolithique. Un archéologue peut le nourrir de ses propres données, et vérifier si ce que raconte théoriquement le modèle a un sens sur son cas particulier en archéologie. Ça a été un progrès épistémologique car cette manière de faire des modèles permet de valider des hypothèses scientifiques. On savait par exemple que des villes produisaient des innovations qui se propageaient d’une ville à l’autre. On a pu construire un modèle qui capturait finement cette propagation. Pour la première fois, on pouvait montrer que « nos hypothèses étaient nécessaires et suffisantes ». Par exemple, on a montré que spécifier la durée de vie d’une innovation dans le modèle n’avait pas d’importance.

Cette modélisation est essentiellement algorithmique. Nous apprenons énormément des algorithmes. Cette seconde étape, c’est donc l’entrée de la pensée algorithmique dans notre discipline.

La géographie au quotidien

La troisième et dernière étape que je considérerai tient de l’arrivée des systèmes d’information géographique (GIS en anglais) et, dans notre quotidien, de données géolocalisées de manière massive. Cela me semble être un véritable bouleversement.

La première loi de la géographie, c’est celle de la proximité : tout interagit avec tout, mais deux choses proches ont plus de chances d’interagir que deux choses lointaines. Aujourd’hui, des applications vous donnent des informations sur vos amis qui sont dans le voisinage ou sur d’autres qui sont géographiquement très loin. Le numérique permet d’élargir considérablement les interactions, et les distances jouent un moins grand rôle. Malgré cela, la géographie prend une place considérable. Il n’y a pas de chômage chez les géographes numériciens ! Ils trouvent du travail, par exemple, en géocartographie des prix immobiliers, ou dans le suivi des flottes de véhicules pour des entreprises de transport. Les concepts, la visualisation, les outils qu’ils utilisent, s’appuient sur des savoir-faire de la cartographie et de la géographie : la géomatique, que certains appellent gis-science !

OpenStreetMap

Les cartes géographiques prennent énormément d’importance. Les cartes ont été longtemps du ressort des états-majors, selon la formule : « la géographie, ça sert d’abord à faire la guerre ». L’IGN a d’ailleurs été créé par hasard en 1940 pour éviter que les Allemands ne mettent la main sur la cartographie de l’armée. Les citoyens utilisent aujourd’hui quotidiennement des cartes numériques sur leurs téléphones. Avec des systèmes comme OpenStreetMap, ils s’approprient la cartographie ; ils participent à la mise au point des cartes, à leurs mises à jour en temps réel.

Les villes industrielles en Chine sont encore souvent de très grandes villes, en position littorale. Elfie Swerts, Author provided

Y a-t-il eu des surprises dans l’évolution des villes ces cinquante dernières années ?

D. P. : Oui, clairement, celle des villes chinoises. L’urbanisation chinoise a été très forte, rapide, contrôlée, avec des résultats indéniables (il n’y a pas de bidonville), et une capacité à prendre en compte les nécessités écologiques. Tout cela se fait sous contrôle étatique mais décentralisé, car la capacité d’urbaniser a été transférée au niveau des villes et districts. Il nous faut modifier nos modèles pour tenir compte de ces contrôles. Mais cette urbanisation est une urbanisation intelligente, s’appuyant sur l’existant, donc il y a une continuité, un suivi qui correspondent aux principes que des millénaires d’évolution de l’urbanisation nous ont enseignés.

La première loi de la géographie à l’épreuve du numérique

Peut-on envisager une transformation des villes du fait de la numérisation ? La remise en question peut-être de la première loi de la géographie ?

D. P. : On peut envisager un retour vers les villes petites et moyennes, qui étaient traditionnellement vues comme condamnées à une perte de substance, et qui seront peut-être sauvées par le télétravail. Il y a eu une tendance lourde à la concentration dans les grandes villes au détriment des petites, et ce processus s’est accéléré dans les années 1980. Après le recensement de 1982, et surtout celui de 1990, la métropolisation, c’est-à-dire la convergence de la population vers les grandes villes, est devenue claire. Est-ce que cela va changer avec la téléprésence ? Qualitativement, l’effet est encore limité à des métiers où la coprésence et l’action collective ne sont pas absolument nécessaires tout le temps ; cela reste coûteux, car impliquant des déplacements vers de grandes villes quand les face-à-face sont nécessaires. Donc la métropolisation continue, et je ne la vois pas diminuer.

Je crois que les gens et l’économie ont besoin de proximité. Par exemple, l’essentiel des transactions financières est assuré par juste trois grandes villes, New York, Londres et Tokyo ! Les financiers qui font des produits dérivés à outrance savent que si on veut spéculer sur la petite marge quasi-instantanée, il faut être à quelques nanosecondes par câble des centres financiers. Le virtuel n’invalidera pas, selon moi, la première loi de la géographie. Rien dans l’histoire ne me conduit à le penser. Les décentralisations historiques fortes n’ont été observées qu’en périodes de guerre.

Comme géographe, tu es dans une situation privilégiée pour étudier les évolutions du monde. Qu’as-tu observé ?

D. P. : Je trouve inquiétant le creusement des inégalités de revenus, ainsi qu’une certaine passivité devant les problèmes sociaux causés par l’organisation de la finance mondiale qui entame sans vergogne des processus entraînant des catastrophes. Nous vivons aussi un grand bouleversement avec l’afflux des informations vraies ou fausses, leur amplification. Il suffit de voir par exemple l’élection de Trump et le Brexit pour comprendre les conséquences catastrophiques que peuvent avoir des processus mal compris, mal contrôlés. Mais le pire n’est pas toujours certain. La géographie apprend à croire dans les capacités de réactions des sociétés humaines. Dans les années 1960, il aurait été impossible d’imaginer que l’on serait capable de nourrir sept milliards d’habitants. On sait le faire et le pourcentage de la population situé sous un seuil de pauvreté s’est même réduit. Reste qu’il faut être conscient des menaces et de la nécessité de structures intermédiaires pour contrebalancer les effets du libéralisme exacerbé et du pouvoir non contrôlé.