Visualiser les flux aériens et les aéroports avec Openflights

Le site Openflights.org constitue une référence incontournable si l'on souhaite visualiser et analyser les trafics aériens dans le monde, les aéroports et les compagnies : http://openflights.org/. Ce sont plus de 5500 aéroports disponibles pour 3500 villes. Voici quelques pistes pour prendre en main l'application. 

Le site Openflights.org fournit une interface relativement intuitive qui permet de chercher une ville, un aéroport ou une ligne aérienne. Les données s'affichent directement sur la carte avec possibilité de filtrer les données en fonction d'un aéroport ou d'une compagnie au choix. Un tableau sous la carte récapitule le nombre de liaisons par aéroports avec les compagnies aériennes et les appareils. 

Interface de consultation du site Openflights.org


En cliquant sur un aéroport ou sur une ville ayant plusieurs aéroports, il est possible de faire apparaître ses caractéristiques et de cartographier ses liaisons aériennes. Voici par exemple l'aéroport international de Dubaï qui compte 365 liaisons aériennes. La liste de toutes les destinations à partir de Dubaï s'affiche avec la durée des vols, leur distance et la date où ils ont été mis en place.

L'aéroport international de Dubaï et ses 365 liaisons aériennes (source : Openflights.org)


Toutes les données sont téléchargeables sur la page Openflight data. Le plugin Flowmapper permet de réutiliser ces données dans le logiciel QGIS. Voici un lien pour télécharger les données avec la matrice de flux ainsi que les explications à suivre pour la procédure.

Si l'on ne souhaite pas exploiter la base de données, il est possible de télécharger deux cartes en haute résolution (au format PNG). La première concerne les aéroports dans le monde, la deuxième les liaisons aériennes

 

Un blog est également disponible en complément du site Openflight afin de donner des précisions : voir par exemple comment visualiser les flux dans Google Earth ou comment calculer des distances de routes aériennes.

Les problèmes posés par la représentation des flux aériens sont analysés et discutés par Françoise Bahoken qui a travaillé dans sa thèse sur les matrices de flux. Concernant Openflight, elle évoque notamment les questions liées aux sources de données et au choix des projections cartographiques dans un billet Exploration cartographique de relations mondiales sur le blog Néocarto.

Relations inter aéroports de l’Openflightdata, dans une projection polaire
(source : F. Bahoken sur le blog Néocarto)

Parmi les problèmes de représentation inhérents à la cartographie des flux on trouve "l'effet spaghetti". Dans un article de M@ppemonde paru en 2015, Françoise Bahoken explique l'effet spaghetti à partir d'une définition empruntée à Breukelmann et al. (2009): « S’il y a beaucoup de flux, sur une carte, entre les origines et les destinations, leur tracé peut entraîner un motif ‘spaghetti’; tous les types de flux étant dessinés les uns sur les autres, brouillant les motifs généraux. Pour être en mesure de produire une carte lisible, seuls les principaux flux seront par exemple représentés ». Un bon exemple est fourni par la cartographie établie par Matthieu Totet sur sa page IataMap Airports. Pour information, le code IATA (en français AITA) est le code international qui permet d'identifier n'importe quel aéroport dans le monde à partir d'un identifiant à trois lettres.

Cartographie des liaisons aériennes par Matthieu Totet (source : IataMap airports


Pour éviter ces problèmes de surcharge graphique, on peut cliquer sur un aéroport au choix afin de faire apparaître les lignes aériennes en provenance ou à destination de ce noeud. Voici par exemple les destinations pour l'aéroport de Francfort, grand hub à l'échelle européenne et internationale.

Francfort, un hub international pour les liaisons aériennes (source : IataMap airports)


Un dégradé de couleur (du bleu clair au bleu foncé) permet de distinguer l'importance du hub ainsi que le nombre de compagnies aériennes par destination. Voici par exemple l'aéroport de Chicago (en bleu foncé car il constitue un hub important aux Etats-Unis en lien avec le Canada tout proche).

Chicago et ses liaisons aériennes vers les Etats-Unis et le Canada (source : IataMap airports)


L'intérêt de l'application créée par Matthieu Totet est de permettre de faire des recherches par aéroport, par compagnie aérienne et par pays (code à saisir dans la barre d'adresse qui propose une aide à la saisie). Un fois affichée à l'écran, la carte interactive permet de se déplacer de noeud en noeud et de faire apparaître le réseau des destinations. Voici par exemple les destinations de la compagnie British Airways dans le monde.

Les destinations de la compagnie British Airways dans le monde (source : IataMap airports)



En complément, il est possible de consulter cette autre carte montrant de manière très explicite l'interconnexion des aéroports américains en 2008.

A partir de la même source de données Openflights.org, Martin Grandjean, un historien suisse spécialiste dans le domaine des humanités numériques, a conçu une carte qui s'efforce de rendre plus explicite l'organisation des réseaux en les regroupant par zones géographiques. Sur son site, il est possible de télécharger la carte en haute résolution.


D'autres jeux de données par pays sont disponibles en accès libre sur le site Data.world.

Pour télécharger des données sur la France, il peut être utile de consulter le site Data.gouv.fr. Le site fournit des données sur les aéroports et sur leurs trafics aériens.

Le site Airline Route Maps permet de télécharger des cartes plus classiques de liaisons aériennes à partir de différents pays et aéroports.

On comptabilise en moyenne chaque jour plus de 80 000 vols commerciaux dans le monde. Pour une vue du trafic aérien en temps réel, consulter le site Flightradar 24. Le site Radar virtuel offre également un suivi du trafic en France et dans le monde.  Pour les 100 ans de l'aviation civile, le site The Guardian a mis en ligne une carte animée des flux sur 24h pour l'année 2014.

Visualiser le trafic aérien en temps réel dans le monde (source : Flightradar 24)


Pour appréhender l'inégale densité des flux aériens selon les régions, voici une reconstitution vidéo proposée par le site World Traffic Worldwide. Il s’agit d’une simulation du trafic aérien mondial sur 24 heures réalisée par des chercheurs de l'Ecole des Sciences Appliquées de Zurich. La carte utilise les données de Flightstats.com et superpose leur position sur une projection cylindrique de Miller. Le même type de simulation en défilé plus rapide est disponible avec l'alternance jour/nuit sur 72h.

Le trafic aérien dans le monde sur 24h (source : World Traffic Worldwide)


Ces cartes valent surtout pour leur valeur esthétique. ESRI aborde cette dimension esthétisante sur sa page Global Air Traffic As Data Art et propose une storymap à ce sujet. La couleur bleu clair utilisée pour représenter les 58 000 liaisons aériennes sur un fond de carte noir permet d'obtenir un contraste élevé et de produire un impact visuel assez fort.

Trafic aérien et data art à travers 58 000 routes aériennes (source : ESRI Airflow Pro)



Certaines data visualisations très esthétiques ont été élaborées à l'échelle de régions ou de villes comme par exemple cette vidéo montrant le trafic aérien intense des 5 aéroports de Londres. Il convient de souligner que ces cartes ne permettent pas vraiment de saisir la hiérarchie des flux aériens ni l'importance des aéroports. Comme le rappelle Françoise Bahoken, les données sont souvent pauvres sur le plan sémantique. Il s'agit d'une cartographie de relations (relation maps) et non d'une cartographie de flux (flow maps). Pour saisir les logiques de connexité qui sont à l'oeuvre dans l'organisation des réseaux aériens, il convient de recourir à la théorie des graphes. Saglietto & Lévy (2005) montrent par exemple comment la théorie des graphe permet de comprendre les stratégies des compagnies aériennes réunies au sein d'alliances en coopétition.

D'autres applications permettent de construire des cartes de flux. Voir par exemple le projet ICAO Traffic Flow Chart 2015 avec une carte de flux à télécharger en haute résolution au format PDF. Il fournit également une cartographie des émissions de CO2 produits par le trafic aérien. Le site ICAO donne des liens vers d'autres applications de visualisation des flux aériens en ligne.

Le site de Sciences Po a produit une carte des 50 premiers aéroports internationaux en 2008 ainsi qu'une carte des flux de passagers par route aérienne en 2010 qui montre bien l'importance des liaisons nationales malgré l'internationalisation du trafic. Les données sont issues de l'étude de Huang et al. (2015), An Open-Access Modeled Passenger Flow Matrix for the Global Air Network in 2010. Dans cet article, les auteurs montrent l'importance de pouvoir disposer de données libres sur les déplacements nationaux et internationaux de manière à en comprendre les implications socio-économiques, environnementales et épidémiologiques. Ils proposent d'élaborer une matrice de flux à partir du nombre estimé de passagers.

Flux de passagers estimés à partir de l'aéroport d'Atlanta (source : Huang et al., 2015)


Le site Diploweb propose une carte des 150 premiers aéroports dans le monde en fonction du fret passager en 2013-2014. Les données utilisées sont issues du site Top Airlines Ranking qui livre des statistiques sur le classement des aéroports, des flux et des compagnies.

Le site Airinfo fournit un classement des 20 premiers aéroports dans le monde en 2016, en fonction du trafic global, du trafic international et des mouvements. Dubaï, Londres, Hong Kong, Amsterdam, Paris arrivent dans les 5 premiers rangs en termes de trafic international, alors qu'Atlanta, Chicago, Los Angeles, Dallas, Pékin arrivent en tête concernant le nombre de mouvements. 25% des aéroports concentrent 83% du trafic mondial. 5 plateformes concentrent 1/3 des flux du fret aérien et les 15 premières 70%. Il en ressort une interconnexion en réseau très hiérarchisé comme le montre la carte de Carroué et al. publiée dans leur ouvrage sur la mondialisation. 

Gilles Palsky esquisse une réflexion sur la manière de cartographier ces flux  dans un article publié en 2013 sur le site Géoconfluences Carte à la une : visualiser les flux aériens. La carte ou l'icône ? Il peut s'avérer plus efficace d'adopter une cartographie schématique et de produire des graphes simplifiant la lecture des flux. Dans un article publié en février 2018 dans la revue M@ppemonde, Françoise Bahoken propose des solutions pour produire une cartographie par matrices de flux  en agrégeant les données et en simplifiant les tracés.

Concernant l'organisation en réseau des grandes compagnies aériennes et leur regroupement en grandes alliances à l'échelle mondiale, Hervé Théry a réalisé une synthèse très complète dans un article de la revue M@ppemonde publié en janvier 2017 : Les ailes de la centralité, réseaux aériens planétaires et mondialisation. Il y reprend notamment la carte issue du projet Mapping the World’s Biggest Airlines qui montre la forte concentration du réseau aérien autour de quelques grandes compagnies exerçant une forte emprise à l'échelle de grandes régions continentales.

Les principales liaisons aériennes des 7 premières compagnies aériennes mondiales (source : Spatial.ly)


Comme le montre Hervé Théry, il peut être intéressant d'utiliser les cartes réalisées par les compagnies aériennes pour analyser leurs dessertes à différentes échelles et pour décrypter les logiques à l'oeuvre entre héritages historiques et culturelles et stratégies de conquête de nouveaux marchés. Le site Airline Route Maps fournit de nombreuses cartes pour conduire ce type d'analyse (à compléter en consultant les sites des compagnies aériennes elles-mêmes).

A l'échelle de l'Océan indien, voici par exemple la route map d'Air India comparée à celle d'Air Kenya, d'Air Mauritius, d'Air Seychelles ou d'Air Austral. Même si les échelles des cartes diffèrent, l'analyse des destinations permet d'établir des comparaisons intéressantes.



La route map d'Air India

 


La route map de la compagnie Air Kenya



La route map de la compagnie Air Seychelles 


La route map de la compagnie Air Austral

 


Espace mondial : l’Atlas de Sciences Po 2018 en version numérique

La version numérique de l’Atlas 2018 est en accès libre et gratuit sur le site de Sciences Po. Même s’il comporte quelques limites, cet atlas est une mine d'informations et de cartes à utiliser et analyser avec des élèves ou avec des étudiants.

Les atlas publiés en cette rentrée sont nombreux comme en témoigne le recensement réalisé sur le site Géoconfluences, auquel il faudrait également ajouter l’Atlas de la mondialisation publié début 2018 par Laurent Carroué. Preuve que les atlas de géographie rencontrent un certain succès, même si leur multiplication ces dernières années finit par donner le tournis. L'Atlas de Sciences Po se distingue de cette production en proposant une version numérique et une version imprimée (voir le CR de Jean-Christophe Fichet sur Carto-lycée pour la version papier). Il faut dire que l’Atelier de cartographie de Sciences Po bénéficie d'une notoriété ancienne. Leur premier Atlas de la mondialisation date de 2006. Il est en grande partie renouvelé dans cette nouvelle version numérique. Les conditions d’élaboration de cet e-Atlas multimédia montrent que le projet éditorial s’inscrit dans une démarche collaborative. Pas moins de 6 géographes ou politistes et 4 cartographes ont collaboré pendant deux ans à sa réalisation. Le projet témoigne aussi de la volonté affirmée de toucher un public plus large et de fournir une sorte de « Web Book » en accès libre et gratuit. Pour juger du résultat, nous avons examiné cet atlas numérique selon trois critères : le choix des contenus, le choix des modes de représentation et le potentiel d’usages numériques.

Un contenu très riche avec des données récentes

Même si le titre « Espace mondial » peut sembler traditionnel (c’est le nom d’un cours phare de Sciences Po pour lequel cet atlas sert de support), le contenu est très riche et varié. Plus de 200 cartes sont proposées pour appréhender l’espace mondial contemporain. La plupart sont des créations originales des cartographes de Sciences Po, même si quelques cartes sont reprises à partir d’autres sources. Toutes les cartes sont construites à partir de données récentes. Elles s’ajoutent aux 2 000 cartes de la cartothèque de Sciences Po, un fond très utile pour disposer de cartes vierges et de cartes thématiques que les enseignants d'histoire-géographie connaissent en général assez bien.

Dans son introduction, l’Atlas présente les grands enjeux des espaces-temps du monde d’aujourd’hui. Il évoque également les problèmes de représentation liés aux cartes « qui ne sont qu’une interprétation du réel ». Les auteurs reconnaissent avec franchise qu’il n’est pas toujours aisé de « réunir les données pertinentes sur certains sujets ». Ils avouent également, face aux difficultés pour représenter la complexité des réseaux, qu’il y a finalement peu d’innovation de leur part dans ce domaine (voir cette carte classique des flux de pétrole assortie malgré tout d’une typologie intéressante). En dépit de ces défis cartographiques, ils ont cherché pour chacune des six grandes thématiques proposées à trouver « un équilibre entre une vision d’États juxtaposés et celle d’un monde de plus en plus transnational et global.... Au total, le décalage croissant entre abondance des données et complexité des processus en cours montre qu’approcher le monde mondialisé, global et local (glocal), transnational, aux acteurs multiples, avec des outils anciens ou partiels, est de plus en plus difficile ». Et de souligner très justement : « il faut aussi accepter que les cartes et les graphiques ne montrent qu’un compromis, à un moment donné, entre un questionnement, des données plus ou moins vérifiables et des choix de représentation ». C’est donc l’occasion d’interroger le choix des projections et des modes de représentation qui sont loin d’être neutres dans la construction de notre vision du monde.

Une volonté de varier les cartes et les modes de représentation

L'Atelier de cartographie de Sciences Po n’a pas ménagé ses efforts pour varier les types de cartes (fixes ou animées), les projections (souvent assez originales) et les graphiques (en interaction avec les cartes). Concernant les projections, l’Atlas utilise souvent la projection Bertin ou la projection Mollweide qui offrent des compromis intéressants entre respect des surfaces et des formes et compacité du dessin. La récente projection Natural Earth (plus respectueuse de l’équilibre entre contours et surfaces) est également utilisée. Elle figure d’ailleurs, aux côtés d’un grand nombre d’autres projections, dans l’outil cartographique Khartis développé et mis à disposition sur le site de Sciences Po. Cette variété de projections permet de jouer sur les points de vue et de favoriser les décentrements. Certaines cartes sont centrées sur le Pacifique témoignant d’un basculement du centre de gravité économique et financier, telle cette carte représentant les 2000 premières firmes multinationales. Tout en étant intéressant voire original, le choix de certaines projections pourra paraître un peu déroutant. Ainsi par exemple le choix de la projection Waterman pour figurer les organisations régionales ou encore le choix de la projection Atlantis pour représenter les Grandes découvertes et le premier partage du monde.

Ces cartes au format « vertical » sont un peu difficiles à afficher au format horizontal d’un écran d’ordinateur (à moins de disposer d’un très grand écran). Faute de temps, nous n’avons pas pu analyser l’ensemble des 200 cartes proposées, mais il serait intéressant de chercher les critères qui ont pu présider au choix de telle ou telle projection en fonction du thème abordé et de la vision que les auteurs ont voulu en donner. On peut également s’interroger sur certains choix de sémiologie graphique (voir par exemple cette carte sur les attentats terroristes ou celle-ci sur les victimes de groupes armés). Même si les grandes questions de notre temps sont bien abordées (migrations, ressources, environnement, changement climatique…), les thèmes géopolitiques dominent dans cet atlas (conflits, (in)sécurité, stratégies d’acteurs… sans oublier pour autant les tentatives de régulation), ce qui est en soi logique venant d’un atlas de Sciences Po.

Un fort potentiel d’usages numériques malgré quelques limites

Le moteur de recherche permet d’interroger par mots-clés les cartes, les graphiques, les articles et le lexique. Il est très utile pour accéder directement à l’information recherchée. Par exemple en saisissant « globalisation », le moteur interne renvoie aussi bien à des termes du lexique (mégapole, mondialisation) qu’à un article sur les espaces-temps du monde ou à différentes cartes, comme par exemple cette carte des data centers au 1er janvier 2018. Un atout appréciable : les cartes et les graphiques ainsi que les photographies (d’une très grande qualité graphique) sont regroupés dans un dossier à part (Ressources) où figurent également des compléments (Focus). Les références proposées à la fin de chaque article comportent des liens sur Internet permettant de prolonger la réflexion. De même, les mots-clés fournis au bas de chaque page ainsi que les rubriques associées au thème permettent une navigation thématique qui rompt avec la consultation plus linéaire d’un atlas papier. S’agissant des possibilités de réutilisation des cartes et images, il est rappelé que toutes les informations ainsi que les cartes sont protégées par des droits de propriété intellectuelle. L'usage de ces cartes à des fins pédagogiques semble possible, mais on ne peut pas les republier (sauf à en demander l'accord explicite à Sciences Po). 

Les cartes sont téléchargeables en trois versions : version détaillée, simplifiée et très simplifiée. Ces trois versions de téléchargement ne sont pas très parlantes pour l’utilisateur : il s’agit en réalité de la dimension des images qui est déterminante si l’on veut pouvoir projeter ces cartes sur un vidéoprojecteur ou encore les visualiser sur un ordinateur, une tablette ou autres interfaces. Les dimensions en pixels de chacun de trois formats varient d’une carte à l’autre, ce qui ne simplifie pas le choix (parfois peu évident entre version simplifiée et très simplifiée). Si l'utilisateur ne peut qu'être satisfait de pouvoir avoir accès à des cartes et des graphiques en haute résolution, certains d'entre eux ont un format allongé verticalement. Il peut sembler un peu difficile de les utiliser dans le format horizontal et en basse résolution d’un vidéoprojecteur. Autrement dit, cet Atlas vaut plus par sa dimension interactive et multimédia que par ses possibilités de réutilisation par des utilisateurs dans des contextes variés. Malgré ces petits inconvénients, il convient de souligner la richesse et la profondeur des analyses ainsi que les possibilités multiples de navigation au sein de cet e-Atlas multimédia.


L'interface de navigation de l'Atlas de Sciences Po 2018



Cet atlas propose plusieurs niveaux de navigation. L'utilisateur peut choisir de consulter le site :
  • par un accès page par page en cliquant sur le petit triangle au milieu droit de la page (parcours linéaire article par article);
  • par le menu qui apparaît en cliquant en haut à gauche (parcours thématique en fonction du thème sélectionné) ;
  • par le moteur de recherche qui est accessible sur la page d'accueil ou en haut à droite de chaque article (parcours personnel) ;
  • par la rubrique ressources (parcours iconographique dans les cartes, les graphiques et les images).

Pour compléter cette présentation, vous pouvez lire l'interview réalisée par le site Diploweb concernant trois atlas géopolitiques parus en 2018 (dont l'Atlas de Sciences Po).

Visualiser les densités de population en 3D et à l'échelle mondiale

Cette très belle géovisualisation de la population en 3D est accessible sur The Pudding, un site de data journalisme qui vise à traiter des sujets d'étude sous une forme visuelle. Matthew Daniels, qui a élaboré cette application, a représenté l'ensemble de la population mondiale sous forme de blocs 3D avec un dégradé de couleurs du vert clair au bleu foncé. Ce type de cartographie est surtout efficace pour représenter les "pics" de population dans les zones urbanisées.

Human terrain. Visualizing population in 3D (source : The Pudding)



Hyperconcentration de la population au Caire et le long de la vallée du Nil en Egypte (source : The Pudding)



Cette cartographie a été réalisée à partir de données carroyées. Chaque bloc représente une surface de 250 à 5000 mètres carrés au sol (la maille n'est donc pas homogène). Les données sont issues du Global Human Settelment Layer (données de 2015). L'intérêt de cette source est de reposer sur des données de recensement, mais aussi sur des observations à partir d'images satellites et de données prélevées directement sur le terrain (volontereed geographic information). Les méthodes et les défis posés par cette nouvelle cartographie de données multisources à une échelle de précision inférieure à un kilomètre carré sont décrits dans un article scientifique de Duncan Smith publié en octobre 2017 dans la revue Journal of Maps. Matthew Daniels a utilisé Mapbox et Google Earth Engine pour parvenir à représenter les données à ce degré inédit de granularité. La méthode employée est décrite de manière détaillée par l'auteur.

Outre la visite guidée, l'application fournit le choix entre 3 types de consultation :
- un onglet en haut au centre pour visualiser la population actuelle en 2015
- un onglet en haut à gauche pour comparer par rapport à 1990 ou 1975
- un onglet en haut à droite pour comparer les zones ayant connu une croissance ou au contraire une décroissance entre 1990 et 2015.

Ainsi pour la Chine qui compte pas moins de 100 villes supérieures à 1 millions d'habitants, la géovisualisation est particulièrement impressionnante (tout comme pour l'Inde également). Une illustration parfaite du phénomène de compressed urbanisation (Roulleau-Berge, 2018).

Les 100 villes millionnaires chinoises représentées en 3D (source : The Pudding)



Pour des villes en déclin, comme par exemple les shrinking cities au nord-est des Etats-Unis, la décrue démographique est représentée dans un dégradé d'orange. La comparaison entre Chicago et Détroit met en évidence un contraste saisissant entre l'inner city et les suburbs (cf dynamiques semblables mais aussi différentes entre les deux villes). Certains pics interrogent et invitent à effectuer des recherches complémentaires pour savoir à quoi correspondent ces pertes rapides de population : désindustrialisation plus rapide dans certaines aires ? progression des friches urbaines ?...

Comparaison du déclin démographique entre Chicago et Détroit (source : The Pudding)





L'interface est très intuitive. L'utilisateur peut jouer sur le degré d'inclinaison de la vue (en passant de la vue verticale à la vue plus oblique) pour donner plus de '"relief" à l'échelle de certains pôles précis ou plus largement à celles de grandes aires urbaines. On peut aussi changer l'orientation de manière à  mieux mettre en perspective les "pics" de population. Une fonction appréciable : l'effectif total de population représenté s'affiche en permanence en haut à droite de l'écran (du fait de la vue en perspective, les chiffres peuvent parfois surprendre englobant des populations à l'arrière plan non vraiment visibles à l'écran). Quelques artefacts semblent subsister dans la hauteur ou la couleur des blocs qui s'affichent parfois de manière aléatoire en fonction des zooms ou qui renvoient à des problèmes de sélection des données (voir les bugs relevés par les utilisateurs sur le compte Twitter de l'auteur). Cela concerne notamment certaines capitales régionales isolées qui apparaissent parfois comme plus denses que des grandes mégalopoles.

Les fortes concentrations urbaines en Inde (source : The Pudding)


Si on zoome par exemple sur Mumbai, grande métropole indienne (plus de 20 millions d'habitants), on peut ainsi jouer sur plusieurs angles de vue. La vue verticale permet de repérer les zones les plus peuplées à l'échelle de la ville. La vue oblique en 3D donne une toute autre vision en faisant apparaître Mumbai parmi une "forêt" d'autres grandes agglomérations indiennes (en référence à la très forte urbanisation de l'Inde où les villes "moyennes" peuvent atteindre 1 million d'habitants).

Comparaison entre la vue 2D et la vue 3D pour Mumbai (source : The Pudding)




La cartographie 3D est à la mode et peut s'avérer efficace pour faire ressortir des grands contrastes. Ce type de data visualisation interactive lui donne un aspect spectaculaire : l'utilisateur est immergé et peut contempler le "spectacle" du monde comme dans un film 3D. Une des limites à la cartographie 3D est l'absence de repères précis : on ne dispose pas vraiment d'indication sur l'échelle choisie pour représenter ces blocs ni sur le dégradé de couleurs (pas de légende). Quand on zoome ou que l'on visualise sous certains angles, les blocs verticaux peuvent s'empiler ou se faucher rendant l'analyse peu efficace. L'absence de repères géographiques (limites administratives ou autres) peut aussi poser quelques difficultés pour se repérer. C'est en même temps une des forces de la cartographie carroyée 3D de pouvoir montrer comment les mégapoles et autres grandes conurbations dépassent les limites administratives traditionnelles.

A partir du même jeu de données (Global Human Settlement Layer), Topi Jukanov propose une visualisation des densités européennes en 3D en noir & blanc. L'application a été réalisée à partir de Q-GIS et de son plugin QGIS2threejs.

 Densités de la population européenne en 3D (source : Topi Jukanov)


Par comparaison, il peut être intéressant de visualiser des formes de représentation de la population en 2D comme par exemple cette carte à l'échelle mondiale (voir ci-dessous). La source utilisée (GHSL) est identique. Les densités sont représentées à une échelle d'1 km ou de 250 m en fonction du degré de zoom. La classification utilisée est non linéaire, elle repose sur un dégradé de couleurs (retour à une cartographie statistique plus classique). En cliquant sur la carte, il est possible de faire apparaître un histogramme donnant le profil des densités pour tel pays ou pour telle ville avec leur évolution dans le temps.
  
Densités de population dans le monde (source : luminocity3d.org)


Pour compléter, il existe d'autres essais de représentation de la population en 3D. La carte ci-dessous représente par exemple la répartition de la population européenne comme on le ferait sur une carte du relief. L'avantage par rapport à la cartographie précédente est de donner à voir les effectifs et les gradients (dégradé de couleurs du vert au rouge). A ce degré de généralisation, seules les très grosses concentrations démographiques sont mises en évidence. Ces gros "pics" de population peuvent troubler nos représentations habituelles.


Carte tri-dimensionnelle de la population de l'Europe en 2010 (source : Rapport EPSON Cartographic Langage, p 43)


Cette carte tridimensionnelle représente la population totale en Europe en 2010. Elle est construite à partir des données NUTS3. La généralisation cartographique fournie par le processus de lissage permet de rendre plus visibles les concentrations de population ("pics" rouges) par opposition aux zones dépeuplées ("plaines" vertes). Sur cette carte, une "chaîne de montagnes" forme la colonne vertébrale (dorsale) européenne, les zones densément peuplées correspondant à Manchester, Londres, au bassin parisien et à la vallée du Rhin. Au contraire, les zones les moins peuplées sont immédiatement identifiables, par exemple la "diagonale vide" qui traverse la France. A noter : les littoraux pourtant souvent peuplés n'apparaissent pas, ils sont représentés comme des sortes de "plaines" vertes littorales plongeant sous la mer.

Un autre exemple original nous est fourni par cette carte 3D de la pollution lumineuse. L'application se dénomme Earth at night. Elle propose, à travers un globe virtuel, de mettre en évidence les lumières nocturnes à partir d'images satellites prises par le programme NASA EarthData. Les grandes métropoles apparaissent comme des sources majeures de pollution lumineuse.

Lumières nocturnes et pollution lumineuse des villes dans le monde (source : JWasilGeo)



Lien direct pour télécharger l'image en 2 dimensions : NASA Earth Data



Cette vue globale des villes illuminées la nuit résulte d'un assemblage composite d'images  enregistrées par le satellite Suomi. Les données ont été acquises en neuf jours au mois d'avril 2012 et en 13 jours au mois d'octobre 2012. Il a fallu 312 orbites pour obtenir une image nette de chaque portion de la Terre et notamment des îles. Ces nouvelles données ont ensuite été cartographiées sur les images existantes Blue Marble afin de fournir une vision réaliste de la planète.

Data visualisations pour étudier l'expansion urbaine

Lorsqu'il s'agit d'étudier l'urbanisation, l'étalement ou encore la densification urbaine, il est utile de pouvoir disposer de cartes montrant l'évolution du bâti sur un temps long. Les procédés de data visualisation et d'infographie animée permettent aujourd'hui de reconstituer année par année les étapes successives d'expansion urbaine à l'échelle aussi bien de petites villes que de grandes agglomérations. Illustration à travers quelques exemples permettant de montrer les différentes méthodes utilisées.


L'extension des espaces urbanisés à Paris de 1800 à 2000


L'extension progressive des espaces urbanisés est figurée par un dégradé de couleurs (du rouge-violet au jaune-orangé) avec des dates clés figurant les grandes étapes de l'urbanisation. Le "film" de l'évolution urbaine est détaillé avec un découpage chronologique en 9 dates. L'histoire urbaine semble se résumer à une extension continue en auréoles concentriques. En 1800, aucun bâti n'apparaît pour les communes de la banlieue parisienne, ce qui interroge le critère utilisé : densité du bâti plutôt que constructions urbaines elles-mêmes ?


Evolution du bâti urbain à Barcelone de 1850 à 2016
(source : data visualisation réalisée par Topi Tjukanov)


Topi Tjukanov s'intéresse sur son site aux nouvelles perspectives offertes par la data visualisation de données spatiales. Sur cette infographie animée, il a cherché à cartographier l'expansion urbaine de Barcelone à l'échelle de chaque bâtiment. Les bâtiments apparaissent de manière cumulative en fonction de l'année de leur construction. Cela permet de mieux appréhender la densification urbaine : les dents creuses se bouchent une à une dans la ville-centre. L'absence de légende ne permet pas d'identifier les étapes de croissance urbaine correspondant au dégradé de couleurs. 


La croissance urbaine de la ville d'Amsterdam 
(Source : City of Amsterdam



Les bâtiments apparaissent sur la carte en fonction de l'année de leur construction. La vidéo permet de faire des arrêts sur image (contrairement au gif animé précédent). Cette cartographie animée fait ressortir l'expansion urbaine plus que la densification. Le renouvellement urbain n'est pas non plus représenté. La ville d'Amsterdam fournit une application en ligne qui permet de jouer sur l'affichage des couches.

La croissance du Grand Amsterdam en 3 étapes 1850-2010 (source : GeodanNL)


Cette deuxième vidéo en couleurs (au lieu du noir & blanc) présente l'expansion urbaine d'Amsterdam en la résumant en 3 grandes étapes : 1852-1900, 1900-1940 et 1940-2010. L'animation montre la croissance du grand Amsterdam d'après la base de données BAG fondée sur les données cadastrales. L'expansion urbaine en périphérie sous forme de mitage finit par donner naissance à de véritables zones péri-urbaines.

L'analyse diachronique de la superficie urbaine peut être conduite également à partir de données issues de la télédétection. L'élaboration de l'Atlas urbain européen qui dépendait du projet GMES (Global Monitoring for Environnement Security) s'inscrit désormais dans le projet Copernicus. Il comprend 693 aires urbaines fonctionnelles au sein de l'Union européenne (28 pays). Le projet a été étendu aux Balkans et à l'ouest de la Turquie. L'Urban Atlas 2012 est consultable en ligne avec des données téléchargeables ou accessibles en WMS. Les images multispectrales et pan-chromatiques issues des satellites SPOT 5 et 6 ou Formosat-2  ont une résolution de 2 à 2,5 mètres, elles sont donc beaucoup plus précises que la couverture Corine Land Cover.

En ce qui concerne le tissu urbain spontané de certaines villes de pays en développement, il est utile de pouvoir disposer de séries d'images satellites à des dates rapprochées. 


Evolution spatio-temporelle de la ville algérienne de Batna entre 1961 et 2014 
 (source :  BENYAHIA & DRIDI, 2017)