Cet article fait partie du dossier : L'imagerie et les données satellitaires pour l'observation du territoire
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La nature en ville constitue un levier important d’amélioration du cadre de vie, et apporte de nombreux services écosystémiques (actions sur le climat, le cycle de l’eau, la pollution, la biodiversité…). Afin d’objectiver ces services, l’exploitation des images satellites fournit des données précises sur le type de végétation et ses fonctionnalités.
Une plateforme d'aide à la décision
En milieu urbain notamment, la difficulté est d’analyser des surfaces aux éléments hétérogènes (bâti, voirie, végétation…) et de caractériser le gisement d’espaces végétalisés avec des indicateurs multi critères pour l’évaluation des services écosystémiques rendus.
Le projet Green Urban Sat, piloté par le Cerema, a permis de construire une méthode et un outil destiné aux collectivités et acteurs locaux qui propose une classification fine des formes végétales à l’échelle d’une agglomération, au-delà des strates végétales.
Destinée aux collectivités locales et autres décideurs locaux, la plateforme Green City abritant la cartographie fine de la végétation urbaine sur la métropole du Grand Nancy et les indicateurs associés est désormais disponible. La plateforme permet de visualiser et d'interagir avec les indicateurs proposés. Elle contient plusieurs onglets : des indicateurs de synthèse à différentes mailles (hexagonale, îlot morphologique urbain, IRIS, communes, etc.), des explorateurs de données, et des tableaux de bord synthétiques.
Les acteurs de l'aménagement des territoires doivent désormais faire face à de nombreux défis de transition comme l’adaptation aux changements climatiques, le maintien de la biodiversité, l'efficacité et la sobriété énergétique et le maintien d'un cadre de vie sain et confortable pour leurs usagers. Dans les zones fortement urbanisées, il est admis que l’intégration, voire la préservation de solutions fondées sur la nature (SFN) constituent un levier essentiel pour répondre à ces enjeux. Ces ouvrages, dispositifs ou espaces naturels, souvent caractérisés par une composante végétale, contribuent à la résilience des villes, qu’il s’agisse de stratégie d'atténuation locale des îlots de chaleurs urbains amplifiés lors des épisodes caniculaires, ou de désimperméabilisation pour limiter notamment les inondations dues aux précipitations intenses dont la fréquence sera radicalement accrue à horizon 2100.
Les bénéfices que l’on peut tirer des SFN sont qualifiés de services écosystémiques (SE) et ont été inventoriés par la communauté scientifique. Il est admis que les outils existants pour évaluer ces SE sur un territoire donné, avec une vision multicritère et intégrée, ne sont pas encore matures pour des applications opérationnelles, en particulier pour des petites unités spatiales et des milieux complexes et hétérogènes comme les espaces urbains. Green Urban Sat s’attache à pallier cette faiblesse.
Les projets Des hommes et des arbres et nature4cities constituent le cadre conceptuel et thématique de Green Urban Sat (voir encadré ci-dessous).
Un démonstrateur sur le territoire de NANCY Métropole
Ces travaux sont directement reliés au projet Des Hommes et des Arbres, mené sur la métropole de Nancy pour valoriser son patrimoine arboré et accompagner les services techniques dans leur stratégie de végétalisation du territoire. Les projets Green Urban Sat et DHDA s’enrichiront mutuellement. La métropole du Grand Nancy a constitué un terrain d'expérimentation dans le cadre du projet et des tests de réplicabilité seront réalisés à Strasbourg.
Une image tri-stéréoscopique (avec 3 angles de vue successifs) a été commandée sur Nancy et acquise par Airbus le 9 octobre 2022. Les images satellitaires des villes de Nancy et Strasbourg, des données topographiques, les données issues du projet Sat LCZ sur les zones climatiques locales de Nancy, les données SIG concernant le patrimoine arboré, les orthophotographies, les thermographies sur certains quartiers, des relevés lidar, ainsi que des mesures in-situ ont permis de construire le prototype de plateforme.
Le projet s'appui aussi sur la nomenclature des solutions fondées sur la nature développée dans le cadre du projet Nature4Cities.
Green Urban Sat fournit une description fine de la végétation, à l’échelle d’une agglomération. Cette description embarque un ensemble d’attributs et d’indicateurs quantitatifs qui permettra in-fine l’alimentation d’une seconde famille d’indicateurs d’aide à la décision s’appuyant objectivement sur les services écosystémiques : régulation du climat local, régulation de la qualité de l’air, contribution aux continuités écologiques, bénéfices socio-culturels.
Le partenariat du projet est constitué d’une équipe pluridisciplinaire : le pôle Satellite du Cerema Occitanie, l'équipe de recherche TEAM (Transferts et interactions liés à l'eau en milieu construit) du Cerema Est, le laboratoire LIVE-A2S et la société Terranis. Les compétences mobilisées portent sur les aspects scientifiques relatifs à la télédétection urbaine, aux solutions basées sur la nature, la connaissance des services écosystémiques, la capacité à produire et implémenter des méthodologies basées sur l’imagerie et l’industrialisation de processus. Les utilisateurs finaux prescripteurs des besoins de terrain seront fortement impliqués dans le projet.
La méthode
Une classification des formes végétales (péri-)urbaines a été produite ainsi que des indicateurs structurels morphologiques 2D et 3D quantitatifs associés aux typologies de formes végétales qui correspondent à une description de l’implantation de la végétation et à une qualification des agencements et des configurations spatiales des différentes formes de végétation.
Cette classification et les indicateurs dérivés sont construits à partir de l’imagerie multi-temporelle et stéréoscopique Pléiades et des produits 3D associés.
La végétation est d’abord extraite par classification supervisée (algorithmes d’intelligence artificielle), puis les strates verticales (herbacée, arbustive et arborée) sont calculées à partir de la texture de l’image et de la hauteur dérivée du modèle numérique de surface (modèle 3D) Pléiades. Les formes végétales (individu isolé, alignement, boisement) sont ensuite déterminées à partir d’algorithmes d’analyse spatiale et de traitement d’images.
Le référentiel construit croise ensuite la description de la végétation obtenu avec le paysage environnant, déduit de la classification en Local Climate Zones (LCZ), permettant de mieux qualifier par la suite les services écosystémiques rendus. Enfin, des attributs descriptifs (indicateurs décrivant la morphologie végétale, le couvert végétal, le sol support de la végétation et le paysage) sont calculés sur les formes végétales et fournis dans la couche géospatiale finale.
Les résultats :
Le Démonstrateur de l’interface avec la couche finale de végétation et les indicateurs associés sur la métropole du Grand Nancy en ligne sur le site de TerraNIS
Les Codes algorithmiques sont sur le Github du Cerema:
Webinaire de restitution du projet
Utilisation des images Pléiades Néo
Dans le cadre du projet Green Urban Sat, le pôle satellite du Cerema a traité pour la première fois des images à 30 cm de résolution spatiale issues du satellite Pléiades Neo, dans le cadre d'un challenge lancé par Airbus en 2022.
Cette nouvelle constellation de satellites à très haute résolution spatiale (30 cm) a été lancée en 2021 par Airbus, améliorant les performances des satellites Pléiades (CNES/Airbus, 50 cm de résolution spatiale). Les satellites Pléiades Neo possèdent aussi deux nouvelles bandes spectrales, en plus du Bleu, Vert, Rouge, et du Proche Infrarouge : le Deep Blue (pour la bathymétrie) et le Red Edge (pour le suivi de la végétation).
Le Cerema a été sélectionné pour participer au Challenge Pléiades Neo d'Airbus, et a pu recevoir gratuitement une acquisition tri-stéréoscopique (avec 3 angles de vue successifs) sur Nancy le 9 octobre 2022. Les tests de détection de la végétation par NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) et par classification supervisée ont montré l'intérêt de la résolution 30 cm par rapport à la résolution 50 cm des satellites Pléiades : les contours des formes végétales sont plus précis, et de plus petites structures végétales (arbustes) sont détectées. Le MNS Pléiades Neo est également beaucoup plus précis et permettra une distinction plus fine des strates verticales.
Les données Pléiades Neo sont donc très prometteuses pour l'analyse de l’espace urbain, et pourraient à l'avenir être utilisées pour la méthode Green Urban Sat, si toutefois leur tarif commercial le permet.
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