GreenSpace
Cartographie par satellite des espaces verts pour des villes vertes et saines
Présentation
Dans un contexte de changement climatique, la pollution de l'air, l’augmentation des gaz à effet de serre et les îlots de chaleur urbains sont des problèmes majeurs affectant la qualité de vie et le bien-être des citoyens. Dans le cadre du Grenelle de l’Environnement en France et du Green Deal européen, les politiques environnementales, telles que la stratégie de l'Union Européenne pour la biodiversité (COM(2020) 380) et sur les pollinisateurs (COM(2021) 261) obligent les villes d'au moins 20 000 habitants à :
- Produire un bilan carbone tous les 3 ans,
- Produire un Plan Climat Air Energie Territorial tous les 5 ans,
- Développer un « Plan de verdissement urbain ambitieux ».
De ce fait, les municipalités, intercommunalités et collectivités territoriales de plus de 20 000 habitants ont besoin d'une évaluation concrète, réaliste et quantifiée de la capacité d'élimination de la pollution atmosphérique et des gaz à effet de serre. Or, les inventaires municipaux ne comptabilisent que 10 à 20% du patrimoine arboré, c’est à dire les arbres gérés par la municipalité, alors que le reste est en propriétés privées, où le comptage n’est possible que par télédétection.
GreenSpace propose donc aux collectivités locales :
#1 – Un inventaire complet du patrimoine arboréGrâce à une analyse d’images satellites à très haute résolution et un SIG (système d’information géographique), notre approche permet de détecter, délimiter, compter, classifier et cartographier les espèces d'arbres sur les principales villes, pour fournir un inventaire complet des arbres privés et publics. Nous exploiterons les caractéristiques spectrales et texturales des images afin de classifier les arbres par essence dominante. La méthodologie de comptage a déjà été testée sur 3 zones en utilisant des images satellites haute résolution WorldView et Pléiades (Sicard et al., 2023). Cet inventaire complet doit permettre de quantifier de manière réaliste les services fournis par les arbres afin de quantifier l'élimination des principaux polluants de l'air et des gaz à effet de serre par les arbres urbains.
#2 – Une estimation des bénéfices environnementaux du patrimoine arboré La végétation facilite le dépôt des particules (PM2.5, PM10) et des gaz sur la surface des plantes, et absorbe les polluants atmosphériques gazeux (CO2, NO2 et O3) au travers des stomates, entraînant une amélioration efficace à long terme de la qualité de l'air à l'échelle de la ville. Pour réduire efficacement la pollution, les municipalités ont besoin d'une évaluation réaliste du rôle des arbres sur la qualité de l'air.
Partant de l’inventaire complet (nombre, localisation, espèces) du patrimoine arboré, public et privé, à l’échelle de la collectivité (#1), nous quantifierons (en tonnes par an) la capacité du patrimoine arboré à éliminer les principaux polluants (NO2, O3, PM2.5, PM10) et à séquestrer les gaz à effet de serre (CO2 et O3) avec une nouvelle analyse d’images satellites couplée à une modélisation de la qualité de l’air. Nous obtiendrons pour chaque arbre, par une analyse d’images satellites en tri-stéréoscopie, des données précises sur leurs caractéristiques structurelles (par exemple la hauteur de l'arbre) qui sont essentielles afin de quantifier la capacité de stockage du carbone.
Interactions entre émissions anthropiques de polluants, pollution de l’air, espaces verts, biodiversité et bien-être des citoyens. © ARGANS
#3 – Une cartographie des îlots de chaleur urbains
Les images satellites à très haute résolution permettent d’avoir une meilleure cartographie de la surface du sol. Les objets urbains (bâtiments, routes, végétation) sont finement analysables. Le traitement en tri-stéréoscopie d’images Pléiades permet d’estimer la hauteur des objets urbains à partir d’un Modèle Numérique de Surface. Les images satellites (par exemple Landsat, 30m de résolution) permettent d’obtenir des cartographies de températures de surface en ville. Dans le but de structurer spatialement les îlots de chaleur urbains, une classification de Zones Climatiques Locales LCZ (Local Climate Zones) est appliquée afin de détecter les îlots de chaleur urbains et de définir les zones sensibles. Les images Pléiades permettent d’obtenir une meilleure précision sur la détermination des LCZ. Les cartes seront produites dans un environnement SIG afin d’étayer les documents de planification et d’aménagement.
#4 – Des recommandations pour un air plus sain : Planter la bonne essence au bon endroitQuelles espèces végétales sont les plus appropriées pour améliorer la qualité de l’air et séquestrer le carbone, et lesquelles doivent être évitées ? GreenSpace propose un guide de recommandations afin de mettre en œuvre une politique de plantation avec une liste d’espèces appropriées à planter pour un air plus sain, afin et de répondre aux réglementations à venir COM(2020)380 qui oblige les villes d'au moins 20 000 habitants à développer un Plan de verdissement urbain ambitieux.
Site(s) d’application
GreenSpace est le fruit d'une douzaine d'années de travaux scientifiques préparatoires. Un premier démonstrateur des services GreenSpace a été déployé dans 3 villes en Europe (Aix-en-Provence, Florence, Kaunas). Nous passons à la phase de prototypage, en considérant les besoins à moduler en fonction du type d'habitats urbains, des conditions climatiques, et des besoins spécifiques des communes. Pour surmonter ces problèmes, les services seront entièrement prototypés sur 2 villes supplémentaires.
- Territoire 1 : Valence, Espagne
- Territoire 2 : Bucarest, Roumanie
Données
Satellite
Pour chaque arbre, des données précises sur l'emplacement, l’espèce et ses caractéristiques structurelles telles que la hauteur de l'arbre, l'indice de surface foliaire et le diamètre à hauteur de poitrine sont essentielles pour quantifier les services écosystémiques.
Depuis 2000, la résolution spatiale des capteurs satellites optiques à très haute résolution permet de détecter, classer et cartographier les attributs des arbres à fine échelle et à moindre coût par rapport aux observations sur le terrain ou au balayage laser aéroporté. Nous avons démontré le potentiel des images satellites Pléiades et WorldView-2 (environ 0,5 et 0,3 m de résolution spatiale au sol, resp., en panchromatique) pour fournir un inventaire complet des arbres dans 3 zones test (Sicard et al., 2023).
Résultats – Produit(s) final(aux)
GreenSpace fournira aux municipalités et collectivités territoriales les informations nécessaires pour se conformer aux nouvelles lois et réglementations liées au Green Deal européen, ainsi que des lignes directrices pour une stratégie de végétalisation adaptée.
Les produits finaux sont :
#1 - Inventaire complet du patrimoine arboré
#2 - Estimation des bénéfices environnementaux du patrimoine arboré
#3 - Cartographie des îlots de chaleur urbains
#4 - Recommandations pour un air plus sain
S’y rajoutera un transfert de connaissances vers les urbanistes et parties prenantes locales : les résultats seront préparés avec les parties prenantes locales et délivrés via un webGIS dans un format exploitable sur les SIG des services techniques des collectivités territoriales.
Des programmes de communication à la population permettront d’aviser les propriétaires d’espaces privés sur les règles et bonnes pratiques d’entretien.
Références
- Sicard P., Coulibaly F., Lameiro M., Araminiene V., De Marco A., et al., 2023, “Detection and Classification of Urban Trees from Very High-Resolution Satellite Imagery” (Détection et classification des arbres urbains à partir d'images satellitaires à très haute resolution). Urban Forestry & Urban Greening 81: 127866.
- Sicard P., Agathokleous E., Anenberg S.C., De Marco A., Paoletti E., Calatayud V., 2023, “Trends in urban air pollution over the last two decades: A global perspective” (Tendances de la pollution atmosphérique urbaine au cours des deux dernières décennies : Une perspective mondiale). Science of the Total Environment 858: 160064.
Projets liés
Projets SCO
Autres
- Le projet AIRFRESH “Air pollution removal by urban forests for a better human well-being” financé par le programme européen LIFE 2019.
