15-creer-des-cartes-avec-tmap.Rmd

# Annexe : créer des cartes avec tmap {#creer-des-cartes-avec-tmap}

```{r tmap, echo=FALSE, eval=TRUE}
tmap_mode("plot")
```

`tmap` est un package dédié à la réalisation de cartes sous R.

La syntaxe est très proche de `ggplot`, avec l'opérateur `+` pour enchaîner les options. 

L'équivalent des `geom_xx()` dans `tmap` sont les fonctions suivantes : 

- `tm_lines()` : afficher des lignes
- `tm_polygons()` : afficher des polygones
- `tm_raster()` : afficher un raster
- `tm_bubbles()` : afficher des ronds proportionnels
- `tm_markers()` : afficher des marqueurs
- `tm_text()` : afficher du texte


Les différences avec `ggplot2` :

- Les variables s'appellent dans des cotes `""` ;
- Le facetting peut se faire sur des données au format large (une carte par colonne et non une carte par modalité d'une variable) ;
- Les fonctions `tm_xx()`  incluent la définition des *classes* (nombre de classe, définition des classes et des palettes) sans passer par une fonction `scale()` dont l'équivalent n'existe pas.

La mise en page se définit avec la fonction `tm_layout()`, la légende avec `tm_legend()`

Dans ce chapitre nous allons utiliser les packages suivants

```{r pkg_tmap}
# CRAN
library(sf)
library(tidyverse)
library(tmap)
library(tmaptools)
library(viridis)
# Github
library(variousdata)   # remotes::install_github("MaelTheuliere/variousdata")
```

## Fonction `tm_shape()`

Pour charger une donnée géométrique à visualiser avec {tmap}, il faut utiliser la fonction `tm_shape()`. `tm_shape()` initie la création de la carte, en fixant plusieurs options de base de notre carte : la projection, la bbox, un facteur de simplification...

```{r, eval=TRUE, echo=TRUE}
data("World")
wgs_84 <- tm_shape(World, projection = st_crs(4326)) + 
  tm_polygons() + 
  tm_layout("Le monde en projection WGS84", inner.margins=c(0,0,.1,0), title.size=.8)

robin <- tm_shape(World, projection = st_crs("+proj=wintri")) + 
  tm_polygons() +
  tm_layout("Le monde en projection Winkel-Tripel", inner.margins=c(0,0,.1,0), title.size=.8)
```

```{r, echo=FALSE, eval=TRUE}
tmap_arrange(wgs_84, robin)
```

## Exemple de carte choroplèthe

La fonction `tm_polygons()` permet de faire des cartes choroplèthe. 

Nous partons ici des banque d'indicateurs internationaux tenue par l'ONU sur les Objectifs de développement durable, diffusée dans le package `{variousdata}`.

### Préparation des données  

On prépare les données en associant les indicateurs à leur géographie.

```{r}
sdg_indicators_sf <- World %>%
  left_join(sdg_indicators, by = c("iso_a3", "continent")) %>%
  st_transform(crs = st_crs(3857)) 
```

### Cartographie  

On réalise une analyse thématique de la variable `sh_sta_mmr` qui représente le taux de mortalité de la mère à la naissance (Maternal mortality ratio). 

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=5, fig.width=12}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape() +
  tm_polygons("sh_sta_mmr", textNA = "Valeur manquante") +
  tm_borders("white", lwd = .5)
```


## Exemple de carte à ronds proportionnels

La fonction `tm_bubble()` permet de faire des cartes à ronds proportionnels. 
L'utilisation de `tm_polygons()` permet sans lui spécifier de paramètre d'afficher les frontières des pays avec une couleur de remplissage par défaut.

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=5, fig.width=12}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape() +
  tm_polygons() +
  tm_bubbles(size = "sh_sta_mmr", col = "sh_sta_mmr", textNA = "Valeur manquante")
```

## Discretisation

Pour définir comment notre variable continue va être discrétisée, deux méthodes : 

- discrétiser à la main et indiquer les valeurs limites dans l'option `breaks` de notre `tm_xx`

- utiliser l'option `style` des `tm_xx` qui permettent de choisir un algorithme de discrétisation.

La méthode de jenks par exemple permet de maximiser la variance interclasse.

```{r}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape()+
  tm_polygons("sh_sta_mmr", textNA = "Valeur manquante", style="jenks")
```

L'option `n =` permet d'imposer un nombre de classes à la méthode utilisée.

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=5, fig.width=12}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape() +
  tm_polygons("sh_sta_mmr", textNA = "Valeur manquante", style = "jenks", n = 3)
```

## Exemples de cartes avec facet

`tm_facets()` permet de réaliser des cartes à facette avec la même logique que celle de `ggplot2`.

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=6, fig.width=12}
sdg_indicators_sf %>%
  filter(timeperiod %in% c("2000", "2005", "2010", "2015")) %>%
  tm_shape() +
  tm_polygons("sh_sta_mmr", textNA = "Valeur manquante", style = "jenks") +
  tm_facets("timeperiod")
```



## Gestion des palettes

La fonction `tmaptools::palette_explorer()` permet d'accéder à une interface très simple de définition d'une palette de couleur à partir des palette *brewer*.

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=5, fig.width=8}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape() +
  tm_polygons("sh_sta_mmr", textNA = "Valeur manquante", style = "jenks", 
              palette = get_brewer_pal("OrRd", n = 5, contrast = c(0.2, 1), plot = FALSE))
```

On peut également utiliser n'importe qu'elle palette, par exemple la palette viridis, mais sans l'interface proposée par `palette_explorer()` : 

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=5, fig.width=8}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape()+
  tm_polygons("sh_sta_mmr", textNA = "Valeur manquante", style = "jenks",
              palette = viridis(5, alpha = 1, begin = 0.3, end = 1, direction = 1, option = "D"))
```

## La mise en page

`tm_layout()` permet de contrôler les polices, la légende, les marges, les couleurs. 
L'option `design.mode = TRUE` permet de voir visuellement les marges, la position de la légende.
Le titre de la légende ne se définit pas dans `tm_layout()` mais dans `tm_polygons()`. 

L'option `title` de ces fonctions est l'équivalent d'un libellé de la variable mise dans l'aesthetic.

On peut rajouter une barre d'échelle et la flèche du nord avec `tm_scale_bar()` et `tm_compass()`.

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=5, fig.width=8}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape()+
  tm_polygons("sh_sta_mmr",textNA = "Valeur manquante", style = "jenks",
              palette = viridis(5, alpha = 1, begin = 0.3, end = 1, direction = 1, option = "D"),
              title = "Taux de mortalité de la mère \n(pour 100 000 naissances)")+
  tm_layout(main.title = "Taux de mortalité de la mère \n(pour 100 000 naissances) dans le monde",
            main.title.size = 1.2,
            bg.color = "skyblue",
            legend.position = c("left","bottom"),
            legend.bg.color = "white",
            legend.bg.alpha = .4,
            legend.outside = FALSE,
            main.title.position = "center",
            frame = FALSE)+
  tm_scale_bar(position = c("center","bottom"))+
  tm_compass(position = c("right","top"))
```

Avec les cartes en ronds proportionnels, on peut spécifier un titre pour la couleur et la taille du rond.

```{r, echo=TRUE, eval=TRUE, fig.height=5, fig.width=8}
sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape()+
  tm_polygons()+
  tm_bubbles(size="sh_sta_mmr",col="sh_sta_mmr",style="jenks",
             palette=viridis(5, alpha = 1, begin = 0, end = 1, direction = 1, option = "D"),
              title.col="",
              title.size="Taux de mortalité de la mère \n(pour 100 000 naissances)")+
  tm_layout(main.title="Taux de mortalité de la mère \n(pour 100 000 naissances) dans le monde",
            main.title.size=1.2,
            outer.margins=c(0,0,0,0),
            legend.position=c("left","bottom"),
            legend.outside = FALSE,
            main.title.position = "center",
            inner.margins = c(0, 0, 0, 0),
            frame = FALSE)+
    tm_scale_bar(position = c("center","bottom"))+
    tm_compass(position = c("right","top"))
```

## Assembler plusieurs cartes

`tmap_arrange()` permet d'assembler plusieurs cartes ensemble. La limite de `tmap_arrange()` :  la fonction ne permet pas de fixer un vecteur de largeur différent pour les cartes. A utiliser donc sur des cas qui peuvent convenir à cette contrainte.

```{r}

bbox_africa <- World %>% 
  filter(continent=="Africa") %>% 
  st_bbox()

tmap_sdg_indicators <- sdg_indicators_sf %>%
  filter(timeperiod == "2015") %>%
  tm_shape()+
  tm_polygons("sh_sta_mmr", style = "jenks",palette = viridis(5, alpha = 1, begin = 0.3, end = 1, direction = 1, option = "D"))+
  tm_layout()

tmap_sdg_indicators_africa <- sdg_indicators_sf %>%
  filter(timeperiod == "2015") %>%
  tm_shape(bbox = bbox_africa)+
  tm_polygons("sh_sta_mmr", style = "jenks",
              palette = viridis(5, alpha = 1, begin = 0.3, end = 1, direction = 1, option = "D"))+
  tm_layout(legend.show	= FALSE)

tmap_arrange(tmap_sdg_indicators, tmap_sdg_indicators_africa, nrow = 1)
```


## tmap pour le web

`tmap` permet simplement de convertir une carte *image* en carte interactive. Pour cela il faut changer le mode d'affichage de la carte avec `tmap_mode()`

```{r, warning=FALSE, message=FALSE}
tmap_mode("view")

sdg_indicators_sf %>% 
  filter(timeperiod == "2015") %>% 
  tm_shape()+
  tm_polygons("sh_sta_mmr")+
  tm_borders("white", lwd = .5)
```

## Export d'une carte

La fonction `tmap_save()`  permet d'exporter une carte `tmap`. Suivant le `tmap_mode()` activé, l'export peut se faire en fichier image ou en fichier html.

```{r echo=TRUE, eval=FALSE, fig.height=5, fig.width=8}
carte <- sdg_indicators_sf %>%
  filter(timeperiod == "2015") %>%
  tm_shape() +
  tm_polygons() +
  tm_bubbles(
    size = "sh_sta_mmr", col = "sh_sta_mmr",
    palette = viridis(5, alpha = 1, begin = 0.3, end = 1, direction = 1, option = "D"),
    title.col = "",
    title.size = "Taux de mortalité de la mère \n(pour 100 000 naissances)"
  ) +
  tm_layout(
    main.title = "Taux de mortalité de la mère \n(pour 100 000 naissances) dans le monde",
    main.title.size = 1.2,
    outer.margins = c(0, 0, 0, 0),
    legend.position = c("left", "bottom"),
    legend.outside = FALSE,
    main.title.position = "center",
    inner.margins = c(0, 0, 0, 0)
  )

tmap_mode("plot")
tmap_save(carte, filename = "Taux de mortalité de la mère dans le monde.png")

tmap_mode("view")
tmap_save(carte, filename = "Taux de mortalité de la mère dans le monde.html")
```


```{r, eval=TRUE, echo=FALSE, message=FALSE}
tmap_mode("plot")
```