Le 22 est-il toujours à Asnières ? Notes sur une cartographie des communications par mobile en France

Le Monde du 17 décembre fait référence sous le titre « Le mobile, reflet des frontières françaises » (accès en ligne réservé aux abonnés) à une étude parue dans ParisTech Review et intitulée Le téléphone portable redistribue-t-il les cartes? Ce travail mené par des chercheurs de l’Université Catholique de Louvain et de Orange Labs porte sur la cartographie de plusieurs milliards d’appels par mobile en France, concernant environ 17 millions d’utilisateurs Orange. La carte obtenue est surprenante et fait débat. Ce billet est une contribution à la discussion. Je reviens sur les données et les méthodes utilisées, discute les interprétations proposées et m’intéresse aux exceptions à la structure générale, en particulier le cas de la région Rhône-Alpes.

J’ai remanié un peu le billet suite aux éléments apportés dans un commentaire par Zbigniew Smoreda, un des auteurs de l’étude en question, que je remercie. Cela concerne la localisation des appels  et la vidéo présentant le modèle. La version originelle des  paragraphes est à la fin pour info. 

NB. Pour les (jeunes ?) lecteurs qui s’interrogeraient sur le titre bizarre de ce billet, voir ici : http://www.ina.fr/video/I06268515/fernand-raynaud-le-22-a-asnieres.fr.html.

L’étude établit deux grands résultats :

1. Le premier est le caractère déterminant de la distance dans la fréquence des appels: le volume d’appels échangés entre deux lieux est inversement proportionnel au carré de la distance entre ces lieux. Cette loi bien connue des géographes et rapprochée de la Loi de Newton qui régit l’attraction entre les astres se vérifie donc encore. Les lieux échangent d’autant plus de communications téléphoniques qu’ils sont proches et le nombre des appels décroit non en fonction de la distance mais du carré de celle-ci. Deux lieux situés à 100 km l’un de l’autre échangent 100 fois moins de communications que deux lieux de même taille distants de 10 km. D’après les auteurs qui se référent à une étude effectuée en Belgique, 80% des appels téléphoniques (mobile et fixe) ne dépasseraient pas une portée de 50 km [1]. Ce résultat vient à l’encontre des discours sur le rétrécissement du monde et relativise l’importance des connexions longue distance. J’ai dans ce billet critiqué la caractère idéologique de la « carte de Facebook » qui entendait illustrer ce phénomène et je parie que la méthodologie utilisée dans cette étude sur les mobiles appliquées aux données de Facebook montrerait que la grande majorité des amis Facebook se trouvent en fait dans un voisinage assez proche.
2. Le deuxième est plus surprenant. Si l’on agrège automatiquement les lieux d’origine-destination de ces appels, la carte que l’on obtient coïncide de manière très forte avec le découpage régional français. Les agrégats obtenus – les auteurs les appellent des « communautés » – sont très proches des régions dans de nombreux cas. Les chercheurs constatent que 85 % des appels se font à l’intérieur d’une communauté et donc seulement 15 % à l’extérieur de celle-ci. Même aux frontières de ces communautés, 80 % des appels – 75 % au minimum- restent à destination de la communauté. Voici la carte de ces agrégats à laquelle est superposé le tracé des limites départementales et régionales :
   

   Les bassins téléphoniques en France métropolitaine. Source . Le téléphone portable redistribue-t-il les cartes ? ParisTechReview15 nov 2011

C’est le point le plus commenté. Le Monde en tire par exemple la conclusion que « les Bretons parlent aux Bretons et peu aux Normands. Idem pour les Alsaciens, les Parisiens ou les Corses. Les  » ondes  » semblent s’arrêter aux frontières administratives ! » écrit ainsi le journaliste David Larousserie. Sauf à penser que cela confirme la nature extraordinaire de nos frontières, déjà vérifiée lors de l’épisode du nuage de Tchernobyl, ce résultat étonnant est à expliquer. De nombreux commentaires de l’article sur le Monde.fr s’interrogent sur les biais possibles de l’enquête. Que mesure-t-on exactement ? Revenons d’abord sur les données et la méthode utilisées.

Les données

Les appels sont classiquement cumulés par communes et pour chaque paire d’entre elles on dispose du nombre d’appels qui les relient et – semble-t-il – de leur durée moyenne. Les liens téléphoniques entre les communes peuvent être présentés sous forme d’une matrice ou d’un réseau dont les nœuds sont toutes les communes de France. Ce n’est pas dit dans l’étude mais les chercheurs localisent l’usager par l’antenne relais la plus souvent utilisée la nuit par l’usager. On relocalise donc tous les appels au domicile ou au lieu de vie habituel. Paradoxalement si les données de référence concernent la communication des mobiles, le traitement que les chercheurs leur font subir obère donc très largement la mobilité. Ils laissent de côté la position réelle de l’individu au moment de l’appel pour l’attribuer au domicile.

Cette domiciliation crée un biais géographique. Il est moins fort quand l’on prend l’antenne habituelle et non l’adresse de facturation comme c’était le cas dans l’étude [3] sur la Belgique, mais il existe néanmoins. Dans les zones attractives, de nombreux appels locaux sont passés par des individus n’habitant pas là en permanence et  seront considérés à tort comme des appels longue distance. Dans les autres zones, un nombre important d’appels locaux concernent des habitants qui sont plus ou moins momentanément en déplacement à l’extérieur. Même si cela se compense en partie, on aurait donc tendance à surestimer les appels longue distance dans les zones urbaines et touristiques et à les sous-estimer ailleurs. Il faut dans tous les cas garder à l’esprit qu’il y a du flou dans la localisation.

Mais surtout l’étude ne décrit pas les interactions réelles entre des individus localisés. Elle reconstruit de manière abstraite et généralisée les échanges entre les lieux de domiciliation. Elle est mieux à même de mettre en évidence les structures spatiales permanentes que l’écume des déplacements réels. Il est donc discutable d’en tirer comme le Monde des conclusion sur l’effet du téléphone portable sur les distances dans le monde contemporain. Les spécificités du mobile sont justement gommées par le protocole.  Quand les auteurs de l’étude relativisent la réalité du « nomade sans attaches dans un village global », ils s’appuient sur une méthode qui sédentarise justement ce nomade en le rattachant à son village ou son lieu de domicile. Il n’en reste pas moins vrai que l’horizon de l’usager du téléphone mobile semble se circonscrire à sa région.

L’algorithme (principe)

Plusieurs commentaires portent sur le caractère arbitraire et mystérieux de la manière dont le découpage géographique est obtenu. Si l’algorithme n’est pas décrit dans l’article, son principe l’est dans les articles en référence. L’exposé théorique et le formalisme mathématiques sont décrits ici [2]. Un descriptif plus littéraire se trouve dans l’étude du même type effectuée sur le cas de la Belgique [3]. Il est disponible dans la librairie igraph et a été intégré dans le logiciel en python NetworkX. L’algorithme vise à détecter automatiquement des groupes de communes en se fondant sur la modularité du regroupement, c’est à dire une mesure du rapport entre le nombre de liens à l’intérieur des groupes et le nombre de liens entre les groupes. La méthode dite « de Louvain » utilisée dans l’étude met en œuvre un algorithme glouton pour regrouper les communes (les nœuds du réseau) par étapes successives. Au départ chaque commune forme un groupe distinct et à chaque itération l’algorithme sélectionne une commune et l’ajoute an groupe qui maximise son apport à la modularité. Une fois la modularité optimisée pour l’ensemble du réseau, un nouveau réseau regroupé est alors créé qui est soumis ensuite à une nouvelle opération de regroupement, jusqu’à ce qu’aucun changement ne soit observé et que la modularité maximale soit atteinte. Le regroupement des communes se fait sans prise en compte de leur contiguïté et ne dépend que de la fréquence des appels et de la modularité. L’opérateur ne décide pas du nombre de groupes, de leur taille ou du principe de regroupement. Ceux-ci sont intrinsèques à l’algorithme.

D’après les auteurs de l’étude belge [3], les résultats de la méthode dépendent « de l’ordre dans lequel les nœuds sont parcourus ». C’est pourquoi ils ont réalisé 100 permutations aléatoires de l’ordre des données et vérifié ainsi la permanence des groupes qu’ils ont obtenus. On peut supposer que les mêmes précautions ont été prises dans l’étude française, puisque les auteurs de la méthode sont signataires de l’article de ParisTech Review.

L’algorithme (mise en œuvre)

L’algorithme travaillant par itération, le découpage obtenu n’est que le dernier d’une série. Il est celui après lequel il n’y a d’autre regroupement possible que la France entière avec 100 % des communications en interne. La vidéo ci-dessous, fournie sur le site de l’étude, illustre le principe l’algorithme à l’œuvre qui regroupe progressivement les communes dans des agrégats à chaque fois plus vastes.

Malheureusement la vidéo n’est pas fidèle et ne permet pas de reconstruire la logique du  regroupement. C’est pourtant un des avantages de cet algorithme, souligné par les auteurs eux-mêmes [1]. Il permet une exploration des résultats à différentes résolutions  et un repérage de regroupements intermédiaires qui peuvent aussi avoir du sens. Il faudrait donc étudier avec soin les structures qui apparaissent avant la Région et analyser leur nature.

L’article de ParisTech Review semble en fait focalisé sur la quête du découpage ultime, celui qui explique tout et qui exprime parfaitement les structures de la vie quotidienne. Or les spécialistes du territoire ont bien montré le caractère vain de cette recherche [4]. Il n’existe pas de découpage universel. Il est donc très dommage que le programme ne soit pas utilisé de manière plus exploratoire, pour analyser pas à pas les logiques de regroupement.

Discussion

S’il faut étudier finement la logique de l’algorithme et le sens de ses regroupements dans différents cas, il n’en reste pas moins nécessaire de tenter d’expliquer pourquoi il fait émerger une partition du territoire qui correspond grosso modo à des limites administratives absentes des données comme des paramètres du modèle. Cela est d’autant plus frappant que cela fonctionne dans trois pays aux systèmes administratifs très différents : Grande-Bretagne, Belgique et France. Dans le cas de la France, il faut aussi s’interroger sur le fait que le regroupement qui émerge est celui situé au-dessus de la hiérarchie, c’est à dire le plus loin des individus. Enfin, une question peut-être aussi intéressante est celles des exceptions. Pourquoi, dans certains cas, le regroupement qui apparaît n’est-il pas le découpage régional?

1. Interactions téléphoniques et frontières des régions administratives

Les auteurs de l’étude concluent l’article sur ce constat :  » Nos résultats montrent qu’en France, plus encore que dans les pays voisins (Belgique et Grande-Bretagne), des découpages abstraits et purement administratifs comme celui des régions conditionnent fortement les échanges entre personnes. » Ils terminent par une question: « le rêve technocrate serait-il devenu réalité? ». L’explication proposée est que les flux d’interactions entre les individus sont très orientés par les dispositifs administratifs. L’article donne l’exemple de la carte scolaire qui détermine les localisations des enfants et des adolescents mais aussi de leurs parents. C’est certainement juste mais un peu court, car la carte scolaire, dont la contrainte s’est depuis relâchée, est quasiment le seul découpage administratif ayant cet effet de contrainte direct des localisation quotidiennes. Par ailleurs elle concerne une population interagissant essentiellement par SMS alors que ceux-ci ne semblent pas pris en compte dans l’étude. L’exemple des bassins d’emploi, cités ensuite est beaucoup moins probant. Certes ceux-ci transgressent rarement les frontières régionales, mais on ne voit pas bien quelle procédure administrative en serait la cause directe. Les auteurs ont aussi tendance à surestimer un peu les lignes de fracture départementales: on compte plus de 12 départements qui sont scindés par une communauté téléphonique.

Un argument plus fort est que les limites administratives organisent depuis très longtemps les territoires de la vie quotidienne. Les réseaux routiers, les systèmes de transports en communs, les politiques d’aménagement dépassent rarement les limites départementales et quasiment jamais les limites régionales. Quand la Communauté Urbaine de Lyon a été créée, les communes de l’Isère qui se trouvaient dans le périmètre ont été détachées de ce département pour être rattachées au Rhône, de manière à ce que toutes les communes de la nouvelle unité soient dans le même département. La coopération des collectivités territoriales reste une exception. Rares sont ainsi les infrastructures à cheval sur plusieurs régions. Pour un Parc Naturel Régional des Ballons des Vosges chevauchant trois régions, combien suivent des limites administratives régionales sans aucune logique naturelle? Comme l’indique l’étude, la délimitation de départements de taille sensiblement égale à partir d’une distance standard au chef-lieu a aussi contribué à organiser la vie à l’intérieur des limites administratives.

Mais pourquoi n’est-ce pas le département qui émerge comme le regroupement le plus endogène, ce qu’attendait les auteurs de l’étude ? On peut avancer deux raisons. D’abord la région étant le découpage administratif le plus haut, ses limites combinent tous les autres niveaux. Une limite régionale est aussi une frontière de département, de canton, de communauté de communes et de commune. Elle cumule les structures de la vie quotidienne de tous les niveaux et devient l’enveloppe globale contenant le maximum d’interactions que recherche l’algorithme. La structure régionale serait alors le regroupement ultime, qui viendrait couronner un ensemble d’agrégats d’autres niveaux, éventuellement visibles aux étapes précédentes de l’algorithme et correspondant à d’autres logiques de communication.

Le second argument est que les régions s’appuient pour partie sur les anciennes provinces, comme on peut le voir sur la carte ci-dessous reprise de ce site. Une comparaison rapide montre que certaines des limites régionales qui sont celles des agrégats téléphoniques trouvent leur origine bien avant les années 50 et même longtemps avant la Révolution. Les interactions par mobiles ramenées au domicile se replaceraient donc parfois dans un cadre territorial hérité d’une longue histoire.

En blanc,les limites régionales actuelles

2.Les exceptions à la structuration régionale

Du coup, cette organisation régionale étant tellement dominante, ce sont les exceptions qui deviennent intéressantes et significatives. D’abord il faut noter que les limites de la cartographie téléphonique et des régions ne coïncident que dans les grandes lignes. Il existe des distorsions légères, qui mériteraient d’être étudiées. D’autres plus importantes peuvent trouver des explications historiques, qu’il s’agisse du Duché de Gascogne (Béarn et Bigorre) entre Aquitaine et Midi-Pyrénées, du Roussillon en Languedoc-Roussillon ou du Perche en Normandie. Certaines régions sont aussi coupées en deux bassins de relations comme l’Aquitaine, le Languedoc-Roussillon, l’Ile de France.

Le cas le plus intéressant est celui de la région Rhône-Alpes qui éclate en 4 communautés téléphoniques distinctes :

• Lyon avale le Rhône, quasiment tout le département de l’Ain jusqu’au pays de Gex, Mâcon et le sud de la Saône et Loire, le nord-ouest de l’Isère et le sud-est de La Loire, délimitant  un bassin de vie et d’emploi de l’agglomération élargi à l’est et tronqué à l’ouest.
• Les trois départements alpins Savoie,  Haute-Savoie et Isère dans sa partie sud se regroupent en annexant la partie orientale et montagneuse de l’Ain.
• Les deux départements les plus méridionaux, Drôme et Ardèche, se tendent la main par-dessus le fleuve Rhône
• Quant à la Loire, elle se distingue tout en s’attachant la partie est de la Haute-Loire, située administrativement dans la région Auvergne mais traditionnellement tournée vers Saint-Étienne, et en conservant Roanne au nord du département, pourtant souvent considérée comme lorgnant vers Lyon.  Elle déborde même  à l’est en direction de Tarare dans le Rhône.

Voici un petit mystère, cette exception Rhône-Alpes. Aucune autre région française ne connaît une partition aussi complexe. Certaines sont amputées sur leurs marges (Auvergne, Picardie, Provence-Alpes-Côte d’Azur) mais pas fragmentées. De plus, le découpage rhônalpin correspond à peu près au découpage classique des structures de relations régionales que l’on attendrait a priori et qui contredit la thèse générale de l’étude sur la prévalence des frontières administratives. La taille et la topographie de la région peuvent-elles jouer ? Midi-Pyrénées, très vaste et en partie montagneuse aussi, reste d’un seul bloc. C’est peut-être l’armature urbaine qui fait la différence. L’attraction de Lyon est suffisamment forte pour casser les limites régionales tandis que Saint-Etienne semble polariser nettement son arrière-pays et que le sillon alpin organise un axe Grenoble-Chambéry-Annecy-Genève.

L’étude est donc très intéressante, même si l’essentiel reste à expliquer. Espérons que l’équipe s’attachera à approfondir ces questions en se rapprochant des géographes qui travaillent depuis longtemps sur ces questions territoriales.

Références

[1] LAMBIOTTE R., BLONDEL V. D., DE KERCHOVE C., HUENS E., PRIEUR C., SMOREDA Z., VAN DOOREN P., 2008, Geographical dispersal of mobile communication networks, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2008, vol. 387, n°21, p. 5317–5325.

[2] BLONDEL V. D., GUILLAUME J.-L., LAMBIOTTE R., LEFEBVRE E., 2008, Fast unfolding of communities in large networks, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, 9 octobre 2008, vol. 2008, n°10, p. P10008. <http://dx.doi.org/10.1088/1742-5468/2008/10/P10008> (consultation le 19 décembre 2011)

[3]BLONDEL V., KRINGS G., THOMAS I., 2010, Régions et frontières de téléphonie mobile en Belgique et dans l’aire métropolitaine bruxelloise, Brussels Studies, 4 octobre 2010, n°42, <http://www.brusselsstudies.be/publications/index/index/id/129/lang/fr>

[4] OFFNER J.-M., 2006, Les territoires de l’action publique locale, Revue française de science politique, 2006, vol. 56, n°1, p. 27. < http://dx.doi.org/10.3917/rfsp.561.0027 > (consultation le 19 décembre 2011)

Rédaction originale des deux paragraphes

Je recopie ici les deux paragraphes tels qu’ils étaient rédigés avant le commentaire de Zbigniew Smoreda.

Les données

Les appels sont classiquement cumulés par communes et pour chaque paire d’entre elles on dispose du nombre d’appels qui les relient et – semble-t-il- de leur durée moyenne. Les liens téléphoniques entre les communes peuvent être présentés sous forme d’une matrice ou d’un réseau dont les nœuds sont toutes les communes de France. Il faut rappeler que les chercheurs localisent tous les appels à l’adresse de facturation. Paradoxalement si les données de référence concernent la communication des mobiles, le traitement que les chercheurs leur font subir obère donc très largement cette mobilité. Ils laissent de côté la position réelle de l’individu au moment de l’appel pour l’attribuer à l’adresse qu’il a déclarée à son opérateur, le plus souvent son domicile ou celui d’un parent. Quand Baptiste, étudiant inscrit dans une université parisienne et dont les parents habitent à Toulouse, téléphone depuis Paris à sa petite amie Aline, elle aussi originaire de Toulouse mais en ce moment en CDD de 3 mois à Bordeaux, la base de données enregistre un appel local de Toulouse à Toulouse, lieu de facturation des deux forfaits. Il en va de même quand Georges, en déplacement professionnel à Lille, appelle le soir sa femme restée à Marseille sur son mobile personnel; ce sera compté comme un appel de Marseille à Marseille. Inversement, quand Baptiste appelle depuis sa chambre parisienne le secrétariat de sa faculté à Paris, il crée dans la base un appel Toulouse-Paris alors que la communication est locale. Cette domiciliation crée donc des biais dont on peut supposer qu’ils s’annulent mais, dans le fond, on ne sait pas trop.

Ce biais n’est peut-être pas géographiquement homogène. Dans les zones de forte migration temporaire, comme les grandes villes ou les zones touristiques, on peut supposer qu’il existe un fort pourcentage d’individus dont le téléphone est domicilié ailleurs et dont les appels locaux seront considérés à tort comme longue distance. Inversement dans les zones rurales et les petites villes, les appels vers les mobiles de personnes parties pour quelque temps hors de la localité seront considérés comme locaux. On surestimerait donc les appels longue distance dans les zones urbaines et touristiques et on les sous-estimerait ailleurs. Il faut donc garder à l’esprit qu’il y a un flou dans la localisation. Mais surtout, l’étude ne décrit pas les interactions réelles entre des individus localisés. Elle reconstruit de manière abstraite les échanges entre des lieux de domiciliation. Elle est mieux à même de mettre en évidence les structures spatiales sous-jacentes que l’écume des déplacements. Il est donc discutable d’en tirer comme le Monde des conclusion sur l’effet du téléphone portable sur les distances dans le monde contemporain. Les spécificités du mobile sont justement gommées par le protocole. Pour la même raison, les auteurs de l’étude sont peu légitimes à avancer que le nomade sans attaches dans un village global ne semble pas encore être la norme, alors que leur méthode enracine justement le nomade en le rattachant à son village… local.

L’algorithme (mise en œuvre)

L’algorithme travaillant par itération, le découpage obtenu n’est que le dernier d’une série. Il est celui après lequel il n’y a d’autre regroupement possible que la France entière avec 100 % des communications en interne. Sur la vidéo ci-dessous, fournie sur le site de l’étude, on voit bien l’algorithme à l’œuvre qui regroupe progressivement les communes dans des agrégats à chaque fois plus vastes.

http://www.dailymotion.com/embed/video/xlnq3s

C’est malheureusement trop rapide alors que l’on souhaiterait voir comment se fait le regroupement et si d’autres niveaux administratifs n’apparaîtraient pas à certaines étapes intermédiaires.  En extrayant de la vidéo la série d’images correspondant à chacune des étapes on obtient la série suivante:

Cette série de cartes reste difficile à analyser car les regroupements intermédiaires ont reçu dès le départ une couleur proche de l’agrégat final. La structure régionale domine visuellement dès le début et empêche l’analyse des regroupements intermédiaires. Il est impossible de vérifier si ceux-ci correspondent aux cantons ruraux ou aux communautés de commune par exemple. On semble percevoir à certaines étapes des regroupements pouvant correspondre aux grandes agglomérations urbaines. Un autre traitement cartographique serait nécessaire pour s’en assurer.

L’article de ParisTech Review semble centré sur la quête du découpage ultime, celui qui explique tout et qui exprime parfaitement les structures de la vie quotidienne. Or les spécialistes du territoire ont bien montré le caractère vain de cette recherche [4]. Il n’existe pas de découpage universel. Il est donc très dommage que le programme ne soit pas utilisé de manière plus exploratoire, pour analyser pas à pas les logiques de regroupement. C’est pourtant un des avantages de cet algorithme, souligné par les auteurs eux-mêmes dans leur article [1. Il permet une exploration des résultats à différentes résolutions  et un repérage de regroupements intermédiaires qui peuvent aussi avoir du sens. Il faudrait donc étudier avec soin les structures qui apparaissent avant la Région et analyser leur nature.

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