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2015

Hiérarchies urbaines et transitions énergétiques: une approche évolutive en Europe de 1800 à 2010

Maximin Chabrol

Résumés

Cet article examine des corrélations entre la consommation d’énergie et l’évolution des hiérarchies urbaines de 1800 à 2010 en France, en Italie, en Espagne, en Grande Bretagne, en Suède et aux Pays-Bas. L’analyse est basée sur le croisement d’une série de données inédites de la consommation d’énergie intégrant à la fois les vecteurs traditionnels et modernes d’énergie (Centre for History and Economics, Harvard) avec les données de population de la base e-Geopolis (Moriconi F., CNRS, Avignon). Les objectifs sont d’identifier l’implication du fait énergétique dans la dynamique d’agglomération du peuplement en 200 ans de croissance urbaine, et d’établir le rôle des systèmes énergétiques dans les différenciations ou les régularités observées. Cette approche évolutive permet ensuite de s’interroger sur l’avenir des dynamiques urbaines dans un contexte de crise énergétique.

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Notes de la rédaction

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Texte intégral

Introduction

1L’occupation de l’espace par des activités humaines et la densification des formes de peuplement peuvent être considérées comme le résultat d’une dégradation progressive et croissante d’énergie au cours du temps. Nos sociétés sont devenues dépendantes d’apports énergétiques qui permettent la pérennité, le développement ou l’extension de leurs organisations spatiales. Toutefois, il n'existe pas de consensus scientifique sur l’implication réelle de l'énergie et l’utilisation des ressources dans les processus de développement économique des sociétés et encore moins de croissance urbaine. Si les hypothèses formulées à cet égard ont souffert d’un manque de données pour analyser ces relations dans une perspective évolutive, de nouvelles bases permettent aujourd’hui de les reconsidérer dans de bonnes conditions méthodologiques (Kander et al., 2013). Qu'en est-il ainsi des relations entre l’évolution de la consommation d’énergie et la structuration des systèmes de villes en agglomérations hiérarchisées dans les pays européens depuis 1800 à aujourd’hui (France, Grande-Bretagne, Suède, Pays-Bas, Espagne et Italie)? Des corrélations ont été mesurées en croisant les données nationales historiques sur l’énergie développées par le Center for History and Economics et le Center for the Environment de l’université de Harvard et de Cambridge1, et les données de population de la base e-Geopolis de Moriconi2. Ceci permet d’identifier l’implication du fait énergétique dans la dynamique d’agglomération du peuplement sur plus de 200 ans de croissance urbaine, et d’établir le rôle des systèmes énergétiques dans les différenciations ou les régularités observées. Une telle approche évolutive permet d’émettre des hypothèses sur l’avenir des dynamiques urbaines dans un contexte de crise et de transition énergétiques.

Hiérarchies urbaines et « loi rang-taille »

2La loi « rang-taille » (Auerbach, 1913 ; Lotka, 1925 ; Zipf, 1949), appelée aussi loi de Zipf, est généralement utilisée pour caractériser l’organisation hiérarchique des systèmes de villes et leur évolution (Pumain, 1982; Moriconi, 1993; Guérin-Pace, 1995). Cette loi qualifie les distributions de type P=kr-1 où P désigne la population, r le rang et k une constante (Sanders, 2012). Les villes sont classées par ordre décroissant de taille de population. L’insertion dans un graphique en xy de la taille et du rang produit une pente proche de –1. L’observation de cette pente au cours du temps décrit en partie l’évolution des systèmes de villes. Quand la pente se renforce, le système de villes se hiérarchise dans un rapport proportionnel inverse entre le rang et la taille. La hiérarchie se renforce, les inégalités de taille de population entre les villes augmentent. À l’inverse, quand la pente diminue la répartition de la population tend à s’homogénéiser en laissant plus de poids aux petites villes et aux villes moyennes (notons bien que lorsque la pente augmente, le coefficient diminue), ce qui n’exclut pas d’observer des seuils et des irrégularités, notamment la présence d’une ville primatiale. La littérature abonde sur ce sujet en géographie et en économie urbaine, révélant souvent des biais comme la sensibilité du modèle à l’échantillonnage et le fait qu’il caractérise bien les villes situées dans la partie supérieure des hiérarchies urbaines (Haggett, 1965; Pumain, 2012). Ce modèle a été largement appliqué à des échantillons de population recensés à la commune, mettant ainsi davantage en évidence un point de vue administratif que fonctionnel et morphologique. Aussi, le modèle rang-taille a été appliqué ici à des agglomérations de plus de 10 000 habitants de 1800 à 2010 définies par une contiguïté du bâti avec une distance maximale de 200 mètres entre chaque bâtiment (www.e-geopolis.eu). Nous nous intéressons donc à la population urbaine et à l’évolution des systèmes de villes d’un point de vue morphologique. Cependant la variabilité du modèle rang-taille en fonction de l’échantillon considéré n’est pas forcément dénuée de sens. Dans le cas de la France par exemple, la pente de la distribution rang-taille pour les villes (communes) augmente de 1800 à 1970, puis diminue depuis quarante ans. La première période correspond à une concentration urbaine (le coefficient de la pente s’approche de la valeur -1, sans toutefois jamais l’atteindre) et la seconde à une phase d’homogénéisation par étalement urbain et agglomération des villes entre elles (le coefficient augmente et s’éloigne de la valeur -1). La pente de la distribution rang-taille mesurée pour les agglomérations de plus de 10 000 habitants depuis 1800 augmente ainsi de façon continue (figure 1), excepté un léger rebond à la suite de la Deuxième Guerre mondiale. Si au début du 19° siècle, les populations des villes et des agglomérations coïncident, à partir de la révolution industrielle, faubourgs et banlieues s’étendent et se densifient jusqu’à une nette différenciation entre ville administrative et ville morphologique (Moriconi, 2000). Les agglomérations englobent plusieurs communes de sorte que la croissance des grandes agglomérations se fait autant par croissance démographique que par extension spatiale et changement d’échelle. À l’intérieur d’une agglomération, la hiérarchie entre communes s’efface donc au profit d’un processus d’agglomération et, à un niveau d’échelle supérieur, apparaît une nouvelle hiérarchie, celle des agglomérations.

Figure 1. Évolution des pentes rang-taille de 1800 à 2010 pour les agglomérations de plus de 10 000 habitants et pour les communes de plus de 2000 habitants.

Figure 1. Évolution des pentes rang-taille de 1800 à 2010 pour les agglomérations de plus de 10 000 habitants et pour les communes de plus de 2000 habitants.

3Il n’existe pas aujourd’hui de consensus sur l’explication à donner à l’observation de cette distribution rang-taille. Zipf suggérait que cette organisation résulte d’un optimum économique entre deux forces opposées (Zipf, 1949) :

  • la diversification : un grand nombre de petites villes se développent de manière à se trouver au plus près des matières et des sources d’énergie spatialement dispersées afin de diminuer les coûts de transport à la production.

  • l’unification : le système permet l’émergence de peu de très grandes villes pour minimiser les coûts de transport au consommateur.

4Nous verrons comment l’analyse des données historiques de consommation et de production d’énergie éclaire cette hypothèse. D’autres analyses suggèrent une corrélation entre le coefficient de hiérarchisation et le niveau de développement économique (Berry, 1961) : le coefficient évoluerait selon une courbe en U, laissant ainsi entendre une relation entre dynamique d’urbanisation et étapes de développement économique d’un pays. Mais cette observation ne tient plus lorsque l’analyse porte sur des agglomérations morphologiques (cf. supra).

Consommation d’énergie et croissance économique en Europe

  • 3 Goldenberg and Reddy, 1990, Scientific American.

5L'énergie est une ressource indispensable à l'économie. La croissance économique ne peut se faire sans une augmentation plus ou moins proportionnelle de la production et de la consommation d'énergie, mais sa disponibilité pourrait modifier le comportement de l’économie dans un avenir plus ou moins proche (Gales et al., 2007). La proposition selon laquelle la consommation d'énergie ne se développe pas de façon proportionnelle au PIB, mais que le rapport entre l'énergie et la richesse produite (l’intensité énergétique) montre une courbe avec une augmentation dans les premières phases de l'industrialisation et par la suite une baisse dans la phase post-industrielle (courbe en U inversée), a été largement acceptée par les chercheurs à la suite d’un article de Goldenberg et Reddy3 dans le Scientific American (Goldenberg et Reddy, 1990). Néanmoins, cette proposition ne prenait pas en compte les sources d'énergie traditionnelles exploitées avant l'introduction des combustibles fossiles. Les chercheurs du Center for History and Economics montrent que lorsque les vecteurs traditionnels d'énergie, tels le bois, la consommation alimentaire, les animaux de trait, les moulins à eau et à vent, sont inclus dans le calcul, l’observation d’une courbe en U inversée n’est pas systématique et les différenciations observées entre pays peuvent s’expliquer par des différences notables de systèmes énergétiques (Gales et al., 2007). Dans ce cas, l’évolution de la consommation d'énergie apparaît comme la conséquence d’une substitution de vecteurs énergétiques traditionnels par les vecteurs modernes. La part du charbon dans les systèmes énergétiques constitue l’élément majeur à l’origine des différenciations observées entre pays européens (Kander et al., 2013).

De fortes corrélations entre consommation d’énergie et dynamique de hiérarchisation

6La méthodologie développée ici consiste à mesurer la pente « rang-taille » ou coefficient de hiérarchisation pour les agglomérations de plus de 10 000 habitants de 1800 à 2010 par pays. Les données de la base e-Geopolis sont normalisées tous les dix ans. N’étant pas disponibles, celles de l’Allemagne n’ont pas été intégrées dans l’analyse. Les résultats sont ensuite confrontés aux données de consommation d’énergie de la base energyhistory.org pour la France, la Grande-Bretagne (Angleterre et Pays de Galles), la Suède, les Pays-Bas, l’Italie et l’Espagne. Il en résulte un graphique par pays avec ajustement à un modèle logarithmique mettant en relation la consommation d’énergie sur l’axe des abscisses et la pente « rang-taille » sur l’axe des ordonnées.

7Des régularités apparaissent. La pente rang-taille pour tous les pays concernés augmente pendant 200 ans pour atteindre des valeurs proches de -1 en 2010, excepté pour la Suède dont les pentes sont toujours plus faibles qu’ailleurs. Pendant que les systèmes de villes se hiérarchisent, la consommation d’énergie augmente. Une corrélation forte apparaît entre la structuration hiérarchique des systèmes de villes au cours du temps et l’évolution de la consommation d’énergie pour ces six pays d’Europe. Lors d’un ajustement à une courbe logarithmique, tous les coefficients de détermination R2 sont supérieurs à 0,82. Des particularités émergent selon les pays. La corrélation est beaucoup plus forte pour la France et l’Italie dont les coefficients de détermination sont respectivement de 0,987 et de 0,964. Des profils particuliers émergent avec la Grande-Bretagne, la Suède et les Pays-Bas (Figure 2).

Figure 2. Hiérarchies urbaines et consommation d’énergie en Europe de 1800 à 2010.

Figure 2. Hiérarchies urbaines et consommation d’énergie en Europe de 1800 à 2010.

8Le profil de la France marque une stabilité de la hiérarchie urbaine pendant l’entre-deux-guerres (1930) et après la Deuxième Guerre mondiale (1950) et peut s’expliquer par une croissance urbaine généralisée touchant l’ensemble des agglomérations liée à l’exode rural. L’écart à la droite d’ajustement est très faible et, à partir de 1990, la pente et la consommation d’énergie se stabilisent.

9En Italie, la dynamique de hiérarchisation s’est poursuivie avec une consommation d’énergie stable. L’Espagne présente une corrélation directement inférieure (R2 = 0.960), avec un profil incurvé où la pente de la hiérarchisation augmente plus rapidement que la consommation d’énergie entre 1850 et 1880 et entre 1930 et 1950 et où, à l’inverse, la consommation d’énergie se renforce à partir de 1970 jusqu’en 2000.

10La relation est moins stable en Grande-Bretagne où la relation entre consommation d’énergie et hiérarchisation est néanmoins notable (R2 = 0.888). Le profil de la Grande-Bretagne se différencie des autres par une dynamique de hiérarchisation qui faiblit quand la consommation d’énergie augmente sur les trente premières décennies du XIXe siècle et par un phénomène inverse entre 1850 et 1870. La pente se stabilise durant tout le XXe siècle pour augmenter à nouveau en 2010 alors que la consommation d’énergie se stabilise dès 1970.

11Les deux convexités vers 1830 et 1880 suggèrent l’existence de cycles dans la relation entre l’évolution de la consommation d’énergie et la structuration des systèmes de villes. Cette hypothèse s’appliquerait également à la Suède où la relation entre la pente et la consommation suit une trajectoire sinusoïdale de 1860 à 2010. Des phases se succèdent : tantôt la consommation augmente rapidement alors que la pente se stabilise, tantôt la pente augmente rapidement alors que la consommation se stabilise. On observe également en Suède une diminution de la pente au début de la période d’analyse. Cette trajectoire sinusoïdale est également visible pour les Pays-Bas avec cependant une convexité très prononcée au XIXe siècle.

Le rôle explicatif des systèmes énergétiques nationaux 

12Les spécificités des systèmes énergétiques nationaux et leur évolution permettent d’attribuer des éléments d’explication aux différenciations observées. La substitution des énergies fossiles aux vecteurs traditionnels, mais aussi la part qu’occupent ces énergies dans le système énergétique sont des facteurs déterminants dans la dynamique de hiérarchisation des systèmes de villes (figure 3). En l’occurrence, le rôle du charbon est primordial.

Figure 3. Évolution des systèmes énergétiques dans six pays d’Europe de 1800 à 2010.

Figure 3. Évolution des systèmes énergétiques dans six pays d’Europe de 1800 à 2010.

13En Grande-Bretagne, le système urbain se hiérarchise lentement alors que la consommation d’énergie augmente jusqu’aux années 1900-1920, période à partir de laquelle la pente rang-taille se stabilise entre -1 et -1.1 jusqu’aux années 2000, et la part de charbon commence à décliner. Le système énergétique britannique est dominé par le charbon qui représente près de 90 % de la consommation jusqu’à la fin des années 1960. Ici, l’hypothèse de Zipf semble pertinente. Le système de villes tend vers un certain équilibre qui minimise les coûts à la production et à la consommation. Le charbon est une ressource abondante qui se transporte facilement. Il est favorable aux marchés urbains et à la croissance urbaine. La possibilité de transporter le charbon sur de longues distances et l’optimisation des coûts à la production et à la consommation favoriseraient les structurations de type rang-taille. Cette hypothèse se vérifie en France où la corrélation entre la consommation et la pente rang-taille est la plus élevée. Le charbon domine le mix énergétique français sur une période plus tardive, et de fait la hiérarchie urbaine ne se stabilise qu’à partir de 1970. Une discontinuité dans la relation consommation/pente marque la décennie de 1960 à 1970. La pente et la consommation d’énergie croissent rapidement. Cette discontinuité est liée à une transition énergétique, la substitution du pétrole au charbon. Cette discontinuité est beaucoup plus prononcée pour l’Italie dont la transition au pétrole est plus rapide. La transition du système énergétique italien des sources traditionnelles aux sources modernes d’énergie s’est faite davantage par le pétrole et le gaz que par le charbon (cf. Figure 3). En Suède, la relation entre la consommation et la pente rang-taille n’est pas linéaire et dessine une trajectoire sinusoïdale. Cette situation est attribuable à un système énergétique basé essentiellement sur le bois de chauffage jusqu’aux années 1940, système contraint par la localisation de la ressource. Les petites villes se développent alors à proximité des sources d’énergie spatialement dispersées pour diminuer les coûts de transport. Les inégalités de taille entre villes diminuent et la pente rang-taille reste faible, jusqu’à ce que la Suède connaisse une transition énergétique avec l’arrivée du pétrole et de l’électricité qui aura pour conséquence d’accélérer la dynamique de hiérarchisation de 1980 à 2010. Cette observation est transposable aux Pays-Bas dont la pente rang-taille diminue avec un coefficient supérieur à -0,75 jusqu’à la fin du XIXe siècle. Le système énergétique est alors dominé par les ressources locales, bois et moulins à vent. Puis une première phase de hiérarchisation se met en place jusqu’aux années 1960 avec le charbon, et une seconde de 1970 à 2010 avec le pétrole puis le gaz.

Conclusion et perspectives

14L’évolution et le degré de hiérarchisation des systèmes de villes sont liés à l’évolution de la consommation d’énergie et des systèmes énergétiques. La transition d’une énergie basée sur des ressources locales et dispersées à des vecteurs énergétiques plus aisément transportables a fortement contribué à la croissance des grandes agglomérations et à la mise en place d’un système hiérarchisé proche du modèle de Zipf. Le passage aux énergies fossiles était une condition nécessaire à la croissance des grandes agglomérations. Le transport sur de longues distances des ressources fossiles permet une puissance thermique accessible et bon marché favorisant l’émergence de systèmes de villes structurés selon le modèle de la loi rang-taille. Ces observations appuient en partie l’hypothèse de Zipf, mais s’appliquent dans des situations énergétiques particulières. Ce type d’organisation n’est pas systématique et peut être amené à évoluer selon les évolutions des systèmes énergétiques. Ce processus n’est permis que si la part des énergies fossiles est suffisamment importante dans le système énergétique.

15Quelles évolutions futures possibles des systèmes de villes dans un contexte de crise et de transition énergétique?

16Ces résultats ouvrent de nouvelles hypothèses de recherche. En admettant une baisse significative des énergies fossiles à plus ou moins longue échéance, de nouveaux modèles énergétiques sont à inventer.

17Une première hypothèse consisterait à dire que les systèmes énergétiques évolueront vers un mix basé sur les énergies renouvelables. Dans ce cas, deux conséquences sur l’évolution des hiérarchies urbaines sont possibles. Soit les systèmes énergétiques s’appuieront sur des unités de production et des infrastructures importantes (hydroélectricité, éolien offshore…) permettant la poursuite du transport de l’électricité sur de longues distances et, dans ce cas, les hiérarchies urbaines pourraient soit se stabiliser si elles sont matures soit continuer de se renforcer, mais sans doute moins rapidement. Soit les systèmes énergétiques s’appuieront sur de petites unités dispersées et décentralisées et, dans ce cas, les hiérarchies urbaines pourraient s’effacer pour minimiser les coûts à la production et à la distribution.

18Une seconde hypothèse repose sur l’idée que les systèmes énergétiques futurs seront essentiellement basés sur une production d’électricité d’origine nucléaire. Dans ce cas, les hiérarchies urbaines pourraient soit se stabiliser, soit continuer de se structurer.

19Enfin, une dernière hypothèse serait de dire que les transitions énergétiques pourraient continuer à se succéder entre pétrole, gaz, nucléaire, jusqu’aux énergies décentralisées.

20Nous nous sommes attachés à décrire les liens entre systèmes énergétiques, consommation et hiérarchisation urbaine. Une description des mutations économiques compléterait pertinemment cette analyse. Le passage à une économie tertiaire est sous-jacent à ces observations. Le développement des services a été précoce en Grande-Bretagne, plus tardif en France, à partir des années 1960. On peut ainsi suggérer que la dynamique de hiérarchisation des systèmes de villes permise par la production d’énergie thermique était un préalable nécessaire à l’émergence d’une économie de services.

21Enfin, cette étude concerne seulement six pays européens dont les conditions historiques, économiques et énergétiques sont différentes de celle des pays émergents et en développement. Ces derniers sont pour la plupart dans une phase de croissance urbaine marquée par l’énergie thermique et l’industrialisation. Il convient d’éviter toute forme de généralisation. Les conditions d’évolution des hiérarchies urbaines et de la consommation d’énergie dépendent aussi de contextes locaux et nationaux.

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Notes

1 www.energyhistory.org

2 www.e-geopolis.eu

3 Goldenberg and Reddy, 1990, Scientific American.

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Table des illustrations

Titre Figure 1. Évolution des pentes rang-taille de 1800 à 2010 pour les agglomérations de plus de 10 000 habitants et pour les communes de plus de 2000 habitants.
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Titre Figure 2. Hiérarchies urbaines et consommation d’énergie en Europe de 1800 à 2010.
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Titre Figure 3. Évolution des systèmes énergétiques dans six pays d’Europe de 1800 à 2010.
URL http://journals.openedition.org/vertigo/docannexe/image/16547/img-3.jpg
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Pour citer cet article

Référence électronique

Maximin Chabrol, « Hiérarchies urbaines et transitions énergétiques: une approche évolutive en Europe de 1800 à 2010 », VertigO - la revue électronique en sciences de l'environnement [En ligne], Débats et Perspectives, mis en ligne le 08 novembre 2015, consulté le 24 août 2019. URL : http://journals.openedition.org/vertigo/16547 ; DOI : 10.4000/vertigo.16547

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Auteur

Maximin Chabrol

Doctorant en géographie, UMR 7300 ESPACE, Université d'Avignon et des Pays de Vaucluse 74, rue Louis Pasteur Case n°19, 84029 Avignon Cedex, France, courriel : maximin.chabrol@alumni.univ-avignon.fr

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