Faits :
A.
A._ SA est propriétaire de la parcelle n° 3210, feuille 3 de la commune de Chêne-Bougeries. Cette parcelle, d'une surface de 29'120 m2, sur laquelle sont érigés plusieurs bâtiments - servant notamment de jardin d'enfants, de garage privé, de serres et de dépôt -, est située en zone 5 au sens de la législation cantonale.
Le 18 janvier 2019, A._ SA a déposé auprès du Département genevois du territoire une demande d'autorisation préalable de construire portant sur la construction de dix immeubles de logements collectifs et d'un parking commun. A la suite d'une demande du département, A._ SA a complété et corrigé sa demande en déposant une nouvelle requête d'autorisation préalable de construire le 14 février 2019 portant sur la construction d'habitats groupés de très haute performance énergétique (THPE; 48 %) et d'un garage commun. Le projet prévoit la construction de nonante-quatre logements pour une surface brute de plancher de 12'744 m2.
Six offices cantonaux ont émis des préavis favorables (certains sous conditions), tandis que la direction de la planification directrice cantonale et régionale (SPI) ainsi que la commission des monuments, de la nature et des sites (CMNS) se sont déclarées défavorables au projet.
B.
Par décision du 12 novembre 2019, le département a refusé de délivrer à la requérante l'autorisation préalable de construire, en application des art. 13B de la loi genevoise d'application de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire du 4 juin 1987 (LaLAT; RS GE L 1 30) prévoyant un refus conservatoire en vue de l'adoption d'un nouveau plan et 59 de la loi genevoise du 14 avril 1988 sur les constructions et les installations diverses (LCI; RS GE L 5 05) régissant les rapport des surfaces construites et de la parcelle.
Saisi d'un recours de A._ SA contre le refus de l'autorisation préalable, le Tribunal administratif de première instance de la République et canton de Genève a confirmé cette décision par jugement du 9 septembre 2020. Par arrêt du 9 février 2021, la Chambre administrative de la Cour de justice de la République et canton de Genève a partiellement admis le recours de A._ SA contre ce jugement, annulant la taxe d'enregistrement et d'émolument et renvoyant le dossier au département pour nouvelle décision dans le sens des considérants. La Cour de justice a confirmé le jugement de première instance en tant qu'il concernait le refus de l'autorisation préalable de construire.
C.
Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ SA demande au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt de la Cour de justice, d'annuler la décision du 12 novembre 2019 de refus de l'autorisation préalable de construire et d'ordonner au département de reprendre l'instruction de la demande d'autorisation préalable de construire.
La cour cantonale renonce à se déterminer sur le recours. Le Département du territoire dépose des observations et conclut au rejet du recours. La recourante réplique et confirme ses conclusions.
Considérant en droit :
1.
Le recours est dirigé contre une décision prise en dernière instance cantonale (art. 86 al. 1 let. d LTF) dans une cause relevant du droit public des constructions (art. 82 let. a LTF) et pour laquelle aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'est réalisée.
Le recours est recevable contre les décisions qui mettent fin à la procédure (art. 90 LTF). Tel n'est pas le cas de l'arrêt cantonal, qui renvoie le dossier au département pour calcul d'un nouvel émolument. Le recours est toutefois également recevable contre toute décision qui statue sur un objet dont le sort est indépendant de celui qui reste en cause (art. 91 let. a LTF). En l'espèce, le refus de délivrer l'autorisation requise est indépendant de l'émolument à déterminer et, inversement, l'émolument est indépendant de la délivrance ou non de l'autorisation requise. Conformément aux exigences de la jurisprudence relative aux décisions partielles, la décision attaquée tranche définitivement une partie du litige, de manière à éviter tout risque que l'arrêt à rendre sur le reste du litige se trouve en contradiction avec la décision partielle déjà entrée en force (cf. ATF 146 III 254 consid. 2.1.1; 141 III 395 consid. 2.4; 135 III 212 consid. 1.2.2 et 1.2.3). Elle constitue par conséquent une décision partielle au sens de l'art. 91 let. a LTF.
En outre, quand bien même elle concerne une demande d'autorisation préalable qui peut revêtir un caractère incident au sens de l'art. 90 LTF (arrêt 1P.624/1999 du 6 décembre 1999 consid. 2b), la décision partielle en cause est une décision de refus, de sorte qu'elle met définitivement fin à la procédure et présente en l'espèce les traits d'une décision finale (art. 90 LTF).
Le recours est donc en principe recevable en tant que recours en matière de droit public.
La recourante est propriétaire de la parcelle litigieuse et requérante de l'autorisation litigieuse. Elle est ainsi particulièrement touchée par l'arrêt attaqué qui confirme le refus de l'autorisation préalable de construire et elle a un intérêt digne de protection à l'annulation ou la modification de l'arrêt cantonal (art. 89 al. 1 LTF).
Les autres conditions de recevabilité sont réunies, si bien qu'il y a lieu d'entrer en matière sur le recours.
2.
La recourante se plaint d'une violation de la garantie de la propriété par le refus d'une autorisation préalable de construire un projet pourtant conforme à la réglementation applicable, au motif, abusif selon elle, que les objectifs d'une nouvelle planification en cours d'élaboration pourraient être compromis par son projet.
2.1. La garantie de la propriété est ancrée à l'art. 26 al. 1 Cst. Elle n'est toutefois pas absolue. Comme tout droit fondamental, elle peut être restreinte aux conditions fixées à l'art. 36 Cst. La restriction doit ainsi reposer sur une base légale (al. 1), être justifiée par un intérêt public (al. 2) et respecter le principe de la proportionnalité (al. 3).
Les griefs de violation des droits fondamentaux sont soumis à des exigences de motivation accrues (art. 106 al. 2 LTF). La partie recourante doit alors mentionner les principes constitutionnels qui n'auraient pas été respectés et expliquer de manière claire et précise en quoi ces principes auraient été violés (ATF 141 IV 369 consid. 6.3; 136 II 489 consid. 2.8). Sous cette réserve, le Tribunal fédéral examine en principe librement si une restriction de la propriété répond à un intérêt public et respecte le principe de la proportionnalité; il s'impose toutefois une certaine retenue lorsqu'il s'agit de tenir compte de circonstances locales dont les autorités cantonales ont une meilleure connaissance que lui, ou de trancher de pures questions d'appréciation (ATF 140 I 168 consid. 4.2.1; 135 I 176 consid. 6.1; 132 II 408 consid. 4.3). Tel est notamment le cas lorsque le litige porte sur la délimitation des zones d'affectation (ATF 113 Ia 444 consid. 4b/ba; arrêts 1C_551/2018 19 novembre 2019 consid. 2.1; 1C_378/2016 du 4 janvier 2017 consid. 3.1). Le Tribunal fédéral n'est en effet pas l'autorité supérieure de planification et il n'a pas à substituer son appréciation à celle des autorités cantonales. Il doit néanmoins examiner, dans le cadre des griefs soulevés (art. 106 al. 2 LTF), si la décision attaquée se prononce de façon complète sur les motifs d'intérêt public invoqués pour justifier l'atteinte au droit de propriété et si, dans la pesée des intérêts, les intérêts privés ont été pris en considération de manière adéquate (cf. ATF 120 Ia 270 consid. 3b; 118 Ia 394 consid. 2b; arrêt 1C_165/2007 du 5 novembre 2007 consid. 5.5).
2.2. Il est constant en l'espèce que le refus de l'autorisation de construire repose pour l'essentiel sur l'art. 13B LaLAT. Le principe du respect de la base légale n'est ainsi pas contesté.
Les restrictions dénoncées ne consistent pas en une interdiction de bâtir, ni en une diminution du coefficient d'utilisation du sol. Les possibilités de construire demeurent et pourraient même être augmentées si la planification projetée devait se concrétiser. Elles sont en outre limitées dans le temps. L'atteinte à la garantie de la propriété est donc moindre (cf. arrêts 1C_447/2009 du 11 mars 2010 consid. 4; 1C_161/2008 du 15 juillet 2008 consid. 2.4; 1P.444/2001 du 9 mars 2001 consid. 3), ce d'autant plus que la présente procédure concerne une demande d'autorisation préalable, stade auquel le projet du constructeur demeure moins abouti que celui de la demande d'autorisation de construire pure et simple. Le principe de la proportionnalité est ainsi respecté.
Quant à l'intérêt public, la cour cantonale a retenu qu'il consistait en l'intérêt à densifier le secteur. A titre plus général, il est admis qu'en dépit de la règle consistant en l'application du seul droit en vigueur au moment où l'autorité statue, lorsqu'une modification de la planification est prévue, il peut exister un intérêt public à ne pas autoriser de nouvelles constructions qui entraveraient les objectifs poursuivis par la planification à venir (cf. par exemple arrêts 1C_427/2018 du 22 octobre 2019 consid. 5.5 ou 1C_528/2011 du 27 avril 2012 consid. 2). Dès lors qu'en l'espèce un projet de nouvelle planification a déjà été élaboré et que l'objectif poursuivi par ce projet de modification découle du plan directeur cantonal (cf. consid. 3 ci-dessous), il y a ainsi lieu de reconnaître l'existence d'un intérêt public suffisant à l'application des dispositions légales cantonales permettant à l'autorité d'opposer un refus conservatoire à la constructrice.
La recourante, qui conteste qu'une nouvelle planification soit véritablement prévue par le département, s'en prend pour le surplus aux conditions de la législation cantonale en matière de refus conservatoire.
3.
3.1. En droit genevois, le département peut refuser une autorisation de construire lorsque l'adoption, la modification ou l'abrogation d'un plan d'affectation du sol paraît nécessaire, à l'effet de prévenir une construction qui serait de nature à compromettre des objectifs d'urbanisme ou la réalisation d'équipements publics (art. 13B al. 1 LaLAT). A teneur de l'art. 13B al. 2 LaLAT, il ne peut alors s'écouler plus de deux années entre la décision de refus et l'adoption, la modification ou l'abrogation d'un plan d'affectation du sol, la mise à l'enquête du projet devant intervenir dans les douze mois à compter de la décision de refus; à défaut, le propriétaire reprend la libre disposition de son terrain, dans les limites des lois ou plans d'affectation du sol en vigueur, soit, dans les zones de développement, selon les normes de la zone ordinaire ou selon le plan d'affectation spécial en force.
Le Tribunal fédéral revoit librement l'interprétation et l'application du droit fédéral et du droit constitutionnel cantonal (art. 95 LTF). Il examine en revanche sous l'angle restreint de l'arbitraire l'interprétation et l'application des autres règles du droit cantonal ou communal (ATF 141 I 36 consid. 5.4; 138 V 67 consid. 2.2; 134 II 349 consid. 3). Une décision est arbitraire lorsqu'elle viole gravement une norme ou un principe juridique clair et indiscuté, ou lorsqu'elle contredit d'une manière choquante le sentiment de la justice et de l'équité. Le Tribunal fédéral n'a pas à déterminer quelle est l'interprétation correcte que l'autorité cantonale aurait dû donner des dispositions applicables; il doit uniquement examiner si l'interprétation qui a été faite est défendable. Il ne s'écarte de la solution retenue que si celle-ci apparaît insoutenable ou en contradiction manifeste avec la situation effective, ou encore si elle a été adoptée sans motifs objectifs et en violation d'un droit certain. En outre, il ne suffit pas que les motifs de la décision critiquée soient insoutenables, encore faut-il que celle-ci soit arbitraire dans son résultat. Si l'application de la loi défendue par l'autorité cantonale ne se révèle pas déraisonnable ou manifestement contraire au sens et au but de la disposition ou de la législation en cause, cette interprétation sera confirmée, même si une autre solution - éventuellement plus judicieuse - paraît possible (ATF 145 I 108 consid. 4.4.1; 144 IV 136 consid. 5.8; 144 I 170 consid. 7.3).
3.2.
3.2.1. La recourante conteste que le délai de douze mois dans lequel le projet de planification doit être mis à l'enquête ait été respecté.
La cour cantonale a considéré que, dans la mesure où une enquête publique avait déjà été réalisée antérieurement au dépôt de la demande d'autorisation préalable litigieuse, le délai de douze mois de l'art. 13B al. 2 LaLAT ne s'applique plus. A cela, la recourante oppose que ce délai s'appliquerait à tout acte servant à l'avancement de la procédure de modification de la planification. Son argumentation est toutefois strictement appellatoire. Outre la nécessité de poursuivre sans discontinuer la procédure de planification, la recourante n'expose en effet aucun argument concret qui justifierait d'imposer une nouvelle mise à l'enquête publique d'un projet déjà en cours. Il est manifeste qu'une telle interprétation de la loi ne ferait pas sens dans un cas où l'adoption de la nouvelle planification serait à bout touchant au jour du refus d'une autorisation de construire. On voit ainsi que l'argumentation de la recourante correspond à celle, principale, par laquelle elle conteste que la planification mise à l'enquête antérieurement au refus litigieux ait quelque chance de voir le jour, ce qui sera examiné ci-après.
3.2.2. La cour cantonale a souligné que l'art. 13B LaLAT ne supposait pas que le processus législatif soit déjà engagé; il suffit qu'une modification du régime des zones paraisse nécessaire. Elle a constaté que la parcelle se trouve dans un périmètre inscrit dans le plan directeur cantonal 2030 (PDCn 2030) et que la fiche qui s'y rapportait prévoyait une densification de la zone villa par une modification des limites de zones. Cette modification par un déclassement en zone de développement 4A et l'adoption d'un nouveau plan localisé de quartier (PLQ) avaient certes été refusés en votation référendaire le 4 mars 2018, mais un tel scrutin n'avait que valeur de préavis négatif et le département n'avait pas abandonné le projet.
La recourante fait valoir différentes exigences découlant de la jurisprudence relatives au refus conservatoire, qui n'auraient pas été examinées ici: les objectifs d'urbanisme devraient avoir été exprimés de manière concrète; la volonté de réviser la planification doit se poursuivre avec diligence et s'exprimer dans le temps; et les objectifs de planification devraient s'apprécier au regard des chances de sa réalisation.
Il est vrai que l'arrêt attaqué ne recense pas beaucoup d'actions concrètes en vue de l'adoption d'une nouvelle planification. Cela étant, on peut, comme l'allègue le département, se référer au projet déjà élaboré et mis à l'enquête publique. Celui-ci était suffisamment abouti pour que les exigences que mentionne la recourante, telles que le caractère concret des objectifs d'urbanisme, la diligence, l'expression dans le temps ou la matérialité des objectifs de planification puissent être considérées comme étant respectées. Aussi, peu nombreuses sont les démarches restant à entreprendre. En dépit du refus de ce projet en votation populaire cantonale, celle-ci ne valant "que" préavis, on pouvait, comme l'a constaté la cour cantonale, laisser au département le bénéfice du doute lorsqu'il affirmait avoir la volonté de poursuivre cette planification. Ceci est d'autant plus vrai que cette tâche lui incombe en vertu de la planification directrice cantonale en vigueur. Au jour de l'arrêt attaqué, le 9 février 2021, s'il ne restait certes que peu de temps jusqu'à l'échéance du délai de l'art. 13B LaLAT (en novembre 2021), une éventuelle adoption du nouveau plan restait encore envisageable. Comme l'expose la recourante, les étapes requises par la législation cantonale (art. 16 LaLAT) impliquent au minimum d'entendre la commune sur le refus populaire, de mettre à l'enquête publique le projet pendant 30 jours, puis de soumettre celui-ci au Grand Conseil, afin que cette autorité statue au plus tard dans les quatre mois. Il n'apparaît ainsi pas que certaines étapes indispensables à l'adoption de la planification fussent d'ores et déjà, au jour où la cour cantonale a rendu son arrêt, rendues impossibles faute du temps nécessaire à leur réalisation.
Dans ces circonstances, il n'est pas arbitraire d'avoir considéré que l'adoption d'une nouvelle planification justifiait le refus de l'octroi de l'autorisation préalable de construire.
En revanche, la seule mention de l'objectif de modification de zone au plan directeur cantonal ne saurait ensuite justifier un refus au-delà du délai de deux ans prévu par l'art. 13B al. 2 LaLAT, car une base légale ferait alors manifestement défaut et il serait en outre douteux que le principe de la proportionnalité demeure respecté.
4.
La recourante se plaint d'une application arbitraire de l'art. 59 al. 4 LCI. Elle fait valoir que le département aurait abusé de son pouvoir d'appréciation dans le cadre de cette disposition, dès lors qu'il aurait retenu deux motivations contradictoires pour refuser le dossier au fond, ce sans même mener une instruction complète. La volonté de densification exprimée pour justifier le refus de la dérogation prévue à l'art. 59 al. 4 LCI serait en contradiction avec la référence au préavis de la CMNS, qui préconise de ne pas démolir deux bâtiments dignes de protection sis sur la parcelle litigieuse.
4.1. L'art. 59 LCI fixe, en pourcentage de la surface de la parcelle en cause, la surface maximum de la construction. Celle-ci est en principe de 25 % dans un cas standard et peut être portée à 27,5 %, voire 30 % selon la performance énergétique de la construction (al. 1). Dans sa teneur en vigueur jusqu'au 27 novembre 2020, applicable à la présente cause, l'art. 59 al. 4 LCI prévoyait des surfaces maximum plus importantes lorsque les circonstances le justifient et que cette mesure est compatible avec le caractère, l'harmonie et l'aménagement du quartier.
4.2. Dans l'arrêt attaqué, la cour cantonale a jugé ne pas être compétente pour apprécier la décision du département quant aux circonstances justifiant l'octroi ou non d'une dérogation, cet élément relevant de l'opportunité. Elle a en tout état constaté que la volonté de densification exprimée par les autorités était suffisante pour motiver un refus de dérogation. A cela s'ajoutait, selon la cour cantonale, que le projet de la recourante mettait à mal les deux bâtiments sis sur la parcelle que la CMNS préconisait de conserver. L'arrêt attaqué relève également que le projet n'est pas contradictoire avec cette sauvegarde, celui-ci devant être coordonné avec une demande de démolition à instruire. La recourante n'aurait au demeurant pas été privée de la faculté de déposer une telle demande de démolition, rien ne l'empêchant de déposer celle-ci parallèlement à la demande d'autorisation préalable ou définitive de construire.
En dépit de l'importance que lui accorde la cour cantonale dans son arrêt, la problématique de la démolition des bâtiments existants n'a été exposée qu'à titre superfétatoire par le département et n'est ainsi en rien décisive dans la décision qui a été prise. Aussi, la cour cantonale n'a-t-elle pas versé dans l'arbitraire en constatant que le département n'était pas tenu d'interpeller la recourante sur cette question pour qu'elle dépose une demande coordonnée de permis de démolir. En effet, une telle démarche aurait été vaine dans un contexte de refus du projet pour deux autres motifs (le refus conservatoire en vertu de l'art. 13B LaLAT et, sur le fond, le refus d'octroi d'une dérogation du taux d'occupation du sol).
Par ailleurs, au contraire de ce qu'affirme la recourante, vu la surface de la parcelle et les possibilités urbanistiques que cela implique, il n'apparaît de prime abord pas antinomique de vouloir tenter de conserver les bâtiments existants tout en se référant à une volonté de densification. A cet égard, la recourante ne fait qu'opposer son propre point de vue à celui de la cour cantonale sans s'en prendre à la motivation exposée.
Tout au plus peut-on se demander si la volonté de densification alléguée par les autorités cantonales peut justifier le refus d'octroi d'une dérogation relative au taux d'occupation du sol qui tendrait précisément à autoriser un projet plus dense que ce que prévoient les règles ordinaires de la zone d'affectation en vigueur. La recourante n'évoque pas expressément cette question; elle fait uniquement valoir que la cour cantonale s'est abusivement référée au changement de planification envisagé. Elle revient à cet égard sur ses arguments en lien avec l'arbitraire dans l'application de l'art. 13B LaLAT, en particulier le fait qu'aucune démarche concrète ne démontre la volonté de modifier le plan. Or, ainsi qu'on l'a vu, ce refus conservatoire n'est en l'état pas arbitraire. Dans cette mesure, le département se référant à une pratique administrative préconisant de ne pas octroyer de dérogation dans les secteurs pour lesquels des modifications de zone sont en cours, n'a pas abusé de son pouvoir d'appréciation sur ce point.
Il s'ensuit que le résultat auquel est parvenue la cour cantonale s'agissant du refus d'accorder la dérogation n'est pas arbitraire.
5.
Compte tenu de ce qui précède, le recours doit être rejeté, aux frais de la recourante, qui succombe (art. 66 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 4'000 francs, sont mis à la charge de la recourante.
3.
Le présent arrêt est communiqué au mandataire de la recourante, au Département du territoire de la République et canton de Genève -Office des autorisations de construire et Service des affaires juridiques, ainsi qu'à la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre administrative.
Lausanne, le 22 décembre 2021
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Juge présidant : Chaix
La Greffière : Sidi-Ali