L'évolution des villes est-elle le résultat de leurs multiples interactions ? C'est sur ce postulat que s'appuie la théorie évolutive urbaine (Pumain, 2000) pour analyser les processus de croissance des villes. Cette thèse, réalisée dans un contexte inter-disciplinaire, vise à évaluer la validité d'une telle hypothèse par la simulation informatique. Pour mener à bien ce projet, les savoirs accumulés sur la dynamique des systèmes de villes sont d'abord rassemblés afin d'en extraire les grandes caractéristiques, synthétisées sous la forme de dix fait stylisés majeurs. Deux modèles de simulation, SimpopLocal et SimpopNet, sont ensuite construits, documentés de manière standardisée, et explorés de manière systématique. Ces modèles interrogent chacun un aspect précis de la théorie évolutive urbaine: la nature des interactions interurbaines pour le premier et leur support pour le second. Les besoins associés à leur nécessaire évaluation ont guidé la conception et la mise en œuvre de deux protocoles d'explorations systématiques inédits: une méthode de calibrage automatisée, et un protocole d'analyse de sensibilité qui évalue individuellement la contribution de chaque mécanisme aux comportements simulés. Ces deux formes d'exploration confrontent de façon systématique les résultats de simulation avec les connaissances actuelles. Elles montrent que ces modèles sont capables de rendre compte de processus clés de la dynamique des systèmes des villes et prouvent pour la première fois la nécessité de mécanismes d'interactions interurbaines pour simuler des croissances proches des évolutions de systèmes réels. / Is urban growth the result of multiple interactions between cities ? Urban evolutionary theory (Pu main, 2000), based on this postulate, analyses urban growth processes. This thesis, undertaken in an inter-disciplinary context, aims to evaluate the validity of the hypothesis by means of computer simulation. Strong regularities of the urban systems dynamics are extracted from the accumulated scientific knowledge and synthetized into ten major stylized facts. Two simulation models, SimpopLocal and SimpopNet, are then built, documented - thanks to a standardized grid - and systematically explored. They each question a specific aspect of the urban evolutionary theory : the nature of the inter-urban interactions for the first model (i.e. competition for innovation) and their support for the second model (i.e. the role of the communication network structure). The evaluation of the two models required the design and the implementation of two original exploration protocols : an automated calibration method and a sensibility analysis protocol (the Exploration Profile algorithm) which individually evaluates the contribution of each implemented mechanism to the simulated behavior. These two forms of exploration systematically confront the simulation results with current scientific knowledge. They indicate that the two models are able to account for key processes of urban systems dynamics, such as their hierarchical organization, and demonstrate for the first time the need for interurban interaction mechanisms in order to simulate urban evolutions that are close to those observed on real urban systems.

L’objectif de cette recherche est de promouvoir une nouvelle approche de l'analyse des systèmes urbains régionaux, tenant compte du progrès technologique et des évolutions contemporaines dans les modes d'organisation de la vie et du travail. Nous avons souhaité expérimenter la « Théorie des villes en réseau » sur notre cas étude. En effet cette approche est évoquée comme un « modus operandi » alternatif par d'éminents géographes, sociologues et économistes parmi lesquels Manuel Castells, Roberto Camagni, Georg Simmel et Jan van Dijk. La « Théorie des villes en réseau » présente deux avantages principaux en comparaison des théories traditionnelles. Ces avantages résident dans la prise en compte de deux phénomènes postérieurs aux théories traditionnelles : d’une part, la prise en considération de nouveaux contextes socio-spatiaux ; d’autre part, l’appréhension de l’évolution des processus de transmission de la connaissance. / With the purpose to promote a new approach to the analysis of regional urban systems which takes into account the technological progress and the contemporary evolutions in the ways of organizing, living and working, we felt compelled to seek the evidence of the “City-network” theory as an alternative modus operandi evoked by some prominent geographers, sociologists and economists such as Manuel Castells, Roberto Camagni, Georg Simmel, Jan van Dijk and others. The advantages of the “City-network” theory as compared to the traditional theories are in understanding that there are new socio-spatial contexts and that the contemporary knowledge travels along “pipelines” between cities, towns, cultures which are neither spatial nor strictly hierarchical. The network is seen as a structure where the nodes are cities and towns connected by the link of different nature, through which socio-economic flows are exchanged.