ESPACE ET ENVIRONNEMENTMEDITERRANEEN

UNIVERSITE D’ETE INTERNATIONALE

TUNIS – 12/25 JUILLET 1998

Travaux PratiquesEtude de la dynamique de l'expansion

urbaine du grand Tunis (1975-98)

Lassaad BouassidaCentre National de Télédétection, Tunisie

Charles MaréchalMinistère de l'Education Nationale, de la Recherche et de la Technologie,

France

Nébil Ben KhatraCentre National de Télédétection, Tunisie

MINISTERE DE L’EDUCATION NATIOANALE, DE LARECHERCHE ET DE LA TECHNOLGOGIE (FRANCE)

MINSITERE DE l’EDUCATION(TUNISIE)

CENTRE NATIONAL D’ETUDES SPATIALES

SECRETARIAT D’ETAT A LARECHERCHE SCIENTIFIQUE ETA LA TECHNOLGOIE (TUNISIE)

Avec le concours del’AMBASSADE DE France EN TUNISE

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Etude de la dynamique de l'expansionurbaine de Tunis (1987-1996)

Université d’été du CNES. Min. Education NationaleTunis 07.1998

L. Bouassida., CNT, TunisieC. Maréchal, Min Education Nationale

N. Ben Khatra, CNT, Tunisie

INTRODUCTION

L’espace urbain du « Grand Tunis » a connu uneexpansion rapide des années 1970 à nos jours. On sereportera à l’annexe pour la période qui précède (1900-1970) et la période la plus récente. Il rassemble à luiseul près d’un quart de la population tunisienne et aabsorbé une bonne part de la croissancedémographique du pays.

Cette croissance a provoqué une extension importante, mais pas toujours maîtrisée, du bâtiurbain aux dépens des terres agricoles environnantes. De plus, d’autres lieux centrauxapparaissent, une réorganisation du système urbain se met en place.

L’objet de ce TP sera donc

1/ de mesurer la progression du front urbain de 1987 à 1996 (une étude précédente ayantdéjà été menée sur ce thème de 1975 à 1991) à l’aide d’images SPOT XS de 87 et 96couvrant la majeure partie de l’agglomération. On fera une photo-interprétation multi-temporelle des compositions colorées de ces deux images qui permettra de prendre la couleurde l’urbain. Une première approche des différents types de tissus urbains sera faite à l’aided’un traitement des canaux « indices de végétation ».

2/ de prendre la mesure des différences de texture et de structure des diverses parties del’agglomération en utilisant des filtres morphologiques sur les canaux panchromatiquesSPOT de 1990 et 1996. Cette méthode a l’avantage de bien séparer les sols nus des solsurbains, donc d’éliminer des risques de confusion entre les deux types d’occupation du sol.

3/ de combiner les deux sources d’information ainsi obtenues (masques texturauxpanchromatiques et masques urbains multispectraux) afin d’obtenir une évaluation aussiprécise que possible de la progression du bâti urbain.

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I - L’EVOLUTION URBAINE DE TUNIS DE 1987 à 1996 : 1/1 Comparaison des compositions colorées de 87 et 96

L’affichage se fait par le menu image - charger une image - Tun 87XS - valider l’imagechoisie - choisir un canal (XS3) - composition colorée standard (plan rouge = XS3/PIR - planvert =XS2/R - plan bleu = XS1/V).

Image a prise par SPOT 1 le 2/5/87.

Commencer par Tun87xs.img , remplir le tableau ci dessous. Vous pouvez vous aider enchargeant les annotations par le menu analyse, charger les annotations. Continuer en photo-interprétant Tun96xs.img.Consulter le tableau suivant :

Unités paysagères Couleur Teinte Structure Texture Lieuxeau bleu bleu sombre à

bleu vert selonprofondeur

auréolaire plageslisses

lac de Tunis,sebkhet - es -

Séjoumibords des lacs vert vert foncé à

bleu clairauréolaire plages

lissespolders,salines,marais

Urbain 1, bâti denseet horizontal

blanc blanc saturé àbleu clair

présenced’axes

assez lisse Médina etquartiers

périphériquesUrbain 2, dense,bâti plus vertical

bleu vert à blanc quadrillagedense

grumeleuse quartierscentraux

Urbain 3, bâtihorizontal

blanc bleu/vertclair/rouge clair

quadrillagemoins dense

moinsgrumeleuse

périphérieurbaine

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On laissera de côté volontairement les paysages végétaux (parcs urbains, périphérie agricole,boisée ou marécageuse) l’objectif étant d’obtenir une bonne différenciation des tissus urbains.

1/2 Conclusions sur l'évolution urbaine de 1987 à 1996 :

• Dans quel secteur géographique de l’agglomération de Tunis le front urbain semble le plusprogresser ?Aidez vous pour répondre des cartes ci-jointes et des compositions coloréesannotées, afin de localiser le plus précisément ces secteurs.

Image SPOT XS de 1996 (Composition colorée conventionnelle)- Image prise par SPOT3le3/8/96.

• Dans quels secteurs de Tunis semble-t-il y avoir une densification récente du bâti ? Pourrépondre, aidez vous du document joint. Dans quel secteur de l’agglomération semblentmigrer les « lieux centraux » ? Cela apparaît - il sur la composition colorée ? Se reporter àla carte ci-contre (document 11c).

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• Quels types d’urbanisation semblent dominer à la périphérie de Tunis. Aidez vous de lacarte ci - jointe (source : Tunis : évolution et fonctionnement de l’espace urbain - P.Signoles, A. Belhedi, JM. Miossec, H.Diala - Urbama n°6 - Tours 1980)

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Conclusions : l’extraction d’informations, par photo-interprétation, sans traitementautomatique d’images, permet de mesurer les évolutions à l’oeuvre dans le grand Tunis :progression forte du front urbain dans le secteur NO, plus mesurée mais significative au suddans le secteur de Ben - Arous ; glissement du centre à partir du double noyau initial (médinaet ville basse coloniale) vers le NE et l’aéroport (quartiers du Belvédère, El Menzah, Ariana,nouveau quartier des berges du Lac), en voie de densification.

Il peut être aussi intéressant de recourir à des traitements automatiques qui peuvent améliorerl’extraction de l’information prise de l’image brute, ici en terme de discrimination de tissusurbains (TP1.3) par la couleur, par la texture (TP/2) ou par la combinaison des deux (TP3).

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1/3 Essai de différenciation des tissus urbains par seuillage des indices de végétation :

En étude urbaine multi - temporelle, l’indice de végétation ( IV= PIR-R/PIR+R) estintéressant car il présente un intérêt thématique fort : il peut fournir un indice de qualitérésidentielle du bâti, de centralité ou de conflictualité sol urbain/ sol à usage agricole ou unindice de densité du bâti.Il permet également un meilleur seuillage car la dynamique d’étalement des valeursradiométriques est plus forte que sur les canaux 2 ou 3.

- Menu image - choisir image-Tun96XS - canal IV ;n Menu affichage - sélectionner palette - palette p16- Arc p16 ;n Menu analyse - Découper l’histogramme - manuel - cliquer dans l’ascenseur horizontal :la

barre de seuillage défile sur l’histogramme - affecter une couleur à une classe en cliquantdans délimiter ; valider à la fin du découpage ; l’image s’affiche.

n L’histogramme est seuillé selon les valeurs et couleurs suivantes :

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Conclusions : ces seuillages en indices de végétation mettent bien en évidence les différencesde densité du bâti de l’hypercentre constitué de la Médina et de la ville basse jusqu’auxquartiers de la périphérie. Des noyaux de densité plus forte apparaissent au N-E entre leBelvédère et l’aéroport. Une plus forte végétalisation de ces quartiers (El Menzah) estégalement un indice de qualité résidentielle. Des noyaux plus densesapparaissent aussi dans la partie N-O ou Sud de l’agglomération.

Toutefois, on note des confusions sol nu/urbain, rivages/urbain dense dommageables.Ces confusions peuvent être levées en procédant à des classifications supervisées assezlourdes à mettre en oeuvre en milieu urbain et pas toujours efficaces. On préféreradonc une approche texturale, par le biais de filtres morphologiques.

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2/ APPROCHE TEXTURALE DE LA MORPHOLOGIE URBAINE DUGRAND TUNIS :

On travaillera sur les images panchromatiques de Tunis 90p et Tunis96p, plus précisespuisque constituées de pixels de 10m*10m. L’image 90P a été prise le 2/7/90 et l’image 96Ple 3/8/96.

2/1 Qu'est-ce qu'un filtre morphologique ( cf annexes au TP) ?

2/2 Suivi de l'évolution urbaine par la méthode des masques texturaux :

2.2.1 Extraction des zones urbaines

La ville de Tunis est composée d’une grande variété d’éléments (habitations, rues, …) detaille voisine du pixel.Sur une image SPOT XS, dans les longueurs d’onde du visible, une zone urbaine secaractérise par une texture très hétérogène et des radiométries variées. En ce qui concerne ledomaine de l’infrarouge, la réponse spectrale de la ville est plus homogène et ne se distinguepas aussi significativement des autres objets de l’image. La détection des zones urbaines àpartir des seules caractéristiques radiométriques induirait de nombreuses confusions avecd’autres thèmes (sol nu, carrières, etc.).La méthode proposée d’extraction des zones urbaines se base sur leurs caractéristiquestexturales. En effet, ces zones présentent une grande hétérogénéité contrairement auxparcelles agricoles, sols nus et plans d’eau. Par leur haute résolution spatiale (10 m), lesimages SPOT panchromatiques se prêtent le mieux à ce type d’analyse.

Image SPOT Panchromatique de 1990 de la ville de Tunis

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Méthodologie :

La chaîne d’extraction des zones urbaine se décompose 3 phases :extraction des petites structures ;détermination d’un masque urbain ;reconstitution des silhouettes des zones urbaines.

• 2.2.1.1 Extraction des petites structures

La première étape consiste à détecter les structures claires (en général le bâti) sur un fond plussombre.

- choisir l’image tunis90p- activer le menu filtre- appliquer le filtre numérique non linéaire ouverture sur le canal panchro- soustraire du canal panchro le résultat de l’ouverture à partir du sous menu indice etnouveaux canaux accessible à travers le menu filtres.

Image résultat : panchro – ouverture

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La deuxième étape vise à ressortir les structures sombres ( le plus souvent les routes dans lesagglomérations) sur un fond clair.- appliquer le filtre numérique non linéaire fermeture sur le canal panchro- soustraire du résultat de la fermeture le canal panchro

Image résultat : fermeture – panchro

La troisième étape consiste à générer les structures mixtes (bâti et routes dans lesagglomérations).- appliquer une addition, sous le menu indice et nouveaux canaux – indice utilisateur, desrésultats des deux étapes précédentes.

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• 2.2.1.2 Détermination d’un masque urbain

L’objectif de cette étape est de créer un masque urbain à partir de l’image des structuresurbaines déjà générée.- appliquer un filtre numérique de lissage ‘type 1’sur l’image générée précédemment pour lacréation de zones homogènes.

Image résultat : addition suivie d’un lissage

- analyser les valeurs numériques de l’image résultat pour déterminer les seuils des zones nonurbaines.- activer le menu masques- créer un masque radiométrique en appliquant un seuillage sur l’image lissée tenant comptede l’analyse précédente. Les bornes supérieure et inférieure sont choisies d’une manièrerécursive.

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Image résultat : non urbain masqué

- appliquer ce masque sur le plan panchro en choisissant comme mode d’application« extérieur du masque » afin d’affecter la valeur 0 aux zones non urbaines.

- colorer l’image résultat en choisissant la couleur jaune pour les zones urbaines et le noirpour le reste. Pour se faire, il faut choisir une palette couleur (ex : arc.p16) à partir du menuaffichage et découper l’histogramme en deux domaines suivant le seuil des zones urbaines -appliquer ce masque sur le plan panchro en choisissant comme mode d’application ‘extérieurdu masque’. Le découpage de l’histogramme est accessible à partir du menu ‘analyse –découper l’histogramme – manuel’.

Image résultat : urbain – non urbain

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2.2.1.3 Reconstitution des silhouettes des zones urbaines

La dernière phase du traitement consiste à reconstituer progressivement la silhouette deszones urbaines :- appliquer un filtre d’ouverture sur l’image crée précédemment afin d’éliminer les bruits defond résiduels et les ‘fils d’araignée’ formés par les routes et les limites de parcelles.- appliquer un filtre de fermeture sur l’image résultant du précédent traitement dans le but derégulariser le contour des villes et en colmatant les trous inclus dans la masse del’agglomération.

Il peut y avoir besoin de passer ces filtres plusieurs fois afin d’obtenir un résultat satisfaisant.On peut aussi faire un seuillage linéaire sur l’image précédente et obtenir aussi un bonrésultat :

Image résultat : reconstitution des silhouettes urbaines

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3/ SUIVI DE L’EVOLUTION URBAINE :

3.1 Analyse visuelle par photo - interprétation

- choisir l’image multi - dates tu8796.img dans le répertoire tu8796.- créer une composition colorée avec les trois plans de 1987 ( menu : image – autrecompositioncolorée).- créer une composition colorée avec les trois plans de 1996 ( menu : image – autrecomposition colorée).- arranger la disposition, sur l’écran, des deux fenêtres de visualisation en choisissant dans lemenu Affichage le mode ‘mosaique verticale’.

Image SPOT-XS du 21-3-96 Image SPOT-XS du 2-5-87

Reprendre la photo - interprétation du 1/1.Les annotations de la photo - interprétation peuventêtre chargées.

Analyser visuellement les évolutions urbaines qu’a connu la zone d’étude entre ces deuxdates.

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3/2.Délimitation de secteurs d’évolution

- créer une composition colorée ‘mixte’ en affectant au canal rouge TU87 xs2 au canal vert TU87 xs2 au canal bleu TU96 xs3

Composition colorée mixte 1987-1996

- délimiter par photo - interprétation les zones d’évolution urbaine sur la composition colorée‘mixte’ avec l’outil ‘tracer polylignes’ sous le menu ‘analyse – annotation de l’image’.- sauvegarder les polylignes tracés en utilisant le menu ‘analyse – sauver annotation’.

charger ces annotations, avec le menu ‘analyse – charger polylignes’, sur la compositioncolorée de l’image 8xs1987. analyser et déterminer la nature des terrains envahis parl’extension urbaine.Vous pouvez également charger les annotations de l’image (ANCC87XS) afin de comparer etmesurer l’extension du périmètre urbain.- Détermination et nature des terrains urbanisés.

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Annexes

I Définition du filtre morphologique :

«La morphologie mathématique s’intéresse à l’extraction d’ensembles de pixels constituantdes formes dans une image par comparaison avec des éléments structurants de forme choisiejouant le rôle de filtres spatiaux.

Ces éléments structurants, de forme variée, circulent sur l’image à la manière d’opérateur deconvolution et modifient des formes par union, intersection ou complémentation (Flouzat,1988).

Selon les enchaînements décidés, l’image résultat est ainsi érodée, dilatée puis dilatée etérodée (ouverture) ou dilatée puis érodée (fermeture), etc.

Par rapport aux formes d’origine, les formes résultats représentent alors un amincissement desformes d’origine en cas d’érosion, un épaississement en cas de dilatation ou unesquelletisation selon l’axe médian de la forme d’origine.

Les opérations d’érosion et de dilatation sont les plus utilisées.

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II. TUNIS : 100 ans d’extension urbaine (pour la localisation des différentsquartiers de l’agglomération se reporter à la carte 11c)

Période de référence superficie estimée etNombre d’habitants

Principaux faits urbains

Avant 1860 300ha Médina avec les faubourgsNord et Sud

1860-1902(1881 : Protectoratfrançais)

600ha-100 000 habitants Ville européenneMédina de l’ArianaPetite Sicile (La Goulette)

1902-1937 1500ha- Côte Nord (Carthage, LaMarsa)Zone Sud (Mégrine, Radès,Manouba)Zone Ouest (Le Bardo, DenDen, Manouba)Mellassine, Saîdia Manoubia

1937-1954 3300ha - 678 000 habitants

1956 :Indépendance départ de 150 000 européens Zone Nord de Tunis (CitéJardin, El Menzah I)Côte Nord (Sidi Boussaîd)Zone Ouest (Jebel Lahmar)

1954-1975 9500ha Progression rapide du secteurNO par exode rural etdéveloppement de l’habitatspontané.Développement d’autres lieuxcentraux vers le N/NE et« oukalisation* » de laMédina.

1975 - 1996 environ 20 000 ha et 1,8million d’habitants

Mêmes dynamiques avecrésorption de l’habitatspontané en fin de période.Grignotage des périmètres decultures irriguées.Développement deséquipements urbains etréhabilitation de la Médina.

*Oukalisation : processus de dégradation de l’habitat ancien du fait de la sur occupationprovoquée par la pénurie d’offres de logements et la sous-location.

Sources : C.CHALINE : « Les villes du monde arabe », éditions Masson, Paris 1990 M.MONCEF : « Etude de la pression urbaine sur les terres agricoles », Tunis, 1991

L.MASLAH : « Le processus de développement urbain dans le Grand Tunis »,Tunis 1998

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III : les dynamismes de la centralité : cf croquis géographique deC.CHALINE, ouvrage cité).