e-SAFARI

Soutenir l'adaptation aux futures chaleurs extrêmes dans les villes africaines grâce aux écosystèmes

Présentation

L'exposition aux chaleurs extrêmes dans les villes africaines devrait être multipliée par 20 et plus au cours de ce siècle, en raison des effets combinés du changement climatique et de la croissance explosive de la population urbaine (Rohat et al., 2019 ; voir aussi Figure1). Pourtant, les impacts des extrêmes de chaleur sont largement ignorés en Afrique, le manque d'informations climatiques locales appropriées constituant une cause importante (Harrington et Otto, 2020). Dans le même temps, la plupart des modèles climatiques urbains ne sont pas suffisamment détaillés sur le plan spatial pour être utiles à l'élaboration de mesures d'adaptation (Graça et al., 2022). Ce manque de détails spatiaux est lui-même largement lié à l'absence de données numériques 3D appropriées à haute résolution (à l'échelle du mètre) sur le terrain urbain.

Considérant que, pour les villes africaines à croissance rapide, le moment est venu de saisir (ou de perdre...) l'opportunité d'orienter la croissance urbaine de manière durable, l'objectif du projet e-SAFARI est de créer un outil d'aide à la décision pour étayer la planification urbaine résiliente au climat, en mettant l'accent sur la chaleur excessive. Cet outil :

• contiendra des cartes sectorielles des risques climatiques à l'échelle de la ville avec une résolution de l'ordre du mètre ;
• prendra en compte le climat actuel et futur ;
• intégrera des scénarios de croissance urbaine future.

	Figure 1. Les panneaux supérieurs montrent la configuration actuelle (à gauche) et future (à droite) de Niamey, avec respectivement 2 millions et 9,5 millions d’habitants. Les panneaux inférieurs montrent le nombre annuel modélisé de jours de canicule en 2020 (à gauche) et 2050 (à droite). © VITO et ACMAD (projet u-CLIP)

L'outil sera dynamique, permettant aux utilisateurs de naviguer dans le paysage urbain en 3D et d'évaluer, entre autres, les effets de l'infrastructure verte urbaine sur l'exposition locale à la chaleur. Il sera conçu pour soutenir l'élaboration de stratégies d'adaptation à l'intention des décideurs politiques, des organisations de la société civile et des entreprises, en mettant l'accent sur l'adaptation fondée sur les écosystèmes (EbA), y compris la plantation d'arbres urbains (Figure 2).

Figure 2. M. Toudjani Hassoumi, directeur de l'environnement de Niamey, posant avec un arbre climatique planté par ses services dans la ville. © VITO

👉 e-SAFARi est financé par le Global EbA Fund, un mécanisme de financement mis en œuvre par l'UICN et le PNUE pour soutenir « des projets catalytiques, innovants et inclusifs qui visent à créer un environnement propice à la mise en œuvre de l'adaptation basée sur les écosystèmes (EbA) afin d'améliorer la résilience des communautés et des écosystèmes vulnérables aux impacts du changement climatique ».

Méthodologie

Dans un premier temps, nous générerons des cartes du climat urbain couvrant la ville de Niamey à l'échelle des bâtiments et des arbres individuels. Pour ce faire, nous traiterons des images satellites open source à haute résolution afin de produire des cartes 3D à l'échelle du mètre indiquant les contours et les hauteurs des bâtiments et de la végétation. Par la suite, les cartes 3D obtenues seront utilisées comme données d'entrée pour les modèles de climat urbain UrbClim et HiREx du VITO (De Ridder et al., 2015 ; Souverijns et al., 2022) afin de simuler les variables climatiques pour les conditions actuelles et futures (changement climatique).

Les simulations du climat urbain actuel seront validées au moyen de mesures du stress thermique (représentées par la température du globe humide, ou WBGT, cf. Figure 3), recueillies avec l'aide des participants de la communauté. Les instruments de mesure seront construits à Niamey, sur la base d'un prototype récemment développé et avec l'aide d'une école technique locale. En ce qui concerne les projections futures (changement climatique), nous étudierons et mettrons en œuvre des méthodes pour générer des scénarios de croissance urbaine future jusqu'au niveau des bâtiments individuels (dans un sens statistique), à partir des cartes 3D basées sur les satellites.

Les informations brutes sur le climat urbain simulé seront combinées avec des informations socio-économiques pour produire des indicateurs climatiques sectoriels, tels que la surmortalité, la perte de productivité du travail et la consommation d'énergie de refroidissement. Ces informations seront intégrées dans un tableau de bord en ligne, qui permettra aux utilisateurs de visualiser de manière interactive les informations climatiques, de sélectionner des indicateurs, des horizons temporels, des scénarios climatiques, etc... et qui offrira des options pour générer des graphiques pour des positions sélectionnées et télécharger des cartes et des données de séries temporelles.

Figure 3. Stress thermique, représenté par la température au thermomètre-globe mouillé (WBGT), mesuré à l'ombre d'un arbre (courbe bleue) et à un endroit voisin exposé au soleil (courbe rouge) à Niamey, montrant l'impact bénéfique des arbres urbains dans l'atténuation des extrêmes de chaleur. Dans le cadre de e-SAFARI, les mesures de ce type seront beaucoup plus étendues. © VITO, ACMAD, Ville de Niamey (projet de forêt climatique de Niamey)

Afin de garantir la pertinence du travail proposé, les parties prenantes locales seront impliquées tout au long du projet, y compris dans la sélection des indicateurs climatiques sectoriels et la conception du tableau de bord. À un stade ultérieur, des séminaires de formation seront organisés et l'utilisation du tableau de bord en tant qu'outil pour étayer la politique d'adaptation sera étudiée. Pour cela, nous prévoyons une démonstration sur des cas d'utilisation spécifiques, y compris la planification et la gestion des espaces verts urbains et l'utilisation de cartes de microclimat urbain en 3D dans la conception résiliente au climat des nouveaux quartiers de la ville. De plus, e-SAFARI touchera 8 000 jeunes grâce à des « clubs climatiques » mis en place dans les écoles.

Site(s) d’application

• Niamey, Niger

Le choix de Niamey, capitale du Niger, s'explique par l'augmentation considérable prévue des chaleurs extrêmes, ainsi que par la forte croissance attendue de la population urbaine (de 2 millions d'habitants aujourd'hui à 9,5 millions d'ici 2050, selon les estimations). À plus long terme, l'objectif est de transférer le tableau de bord et les simulations climatiques urbaines à l'échelle du mètre à d'autres villes africaines.

Données

Satellite

• Séries temporelles ESA CCI 300 m sur la couverture terrestre provenant notamment de MERIS (pour l'étalonnage du modèle de croissance urbaine)
• Couverture terrestre : WorldCover 10 m de l'ESA et NDVI provenant de Sentinel-1 et Sentinel-2
• Empreintes et hauteurs des couronnes d'arbres provenant de Maxar (Tolan et al., 2024)
• Empreintes et hauteurs des bâtiments provenant de Maxar et Sentinel-2 (Sirko et al., 2021 ; 2023)

Autres

• Champs atmosphériques de la réanalyse ERA5 (Copernicus Climate Data Store)
• Projections climatiques CMIP6 (Copernicus Climate Data Store)
• Données socio-économiques locales, par exemple la surmortalité, la consommation d'énergie, la qualité du logement

Figure 4. Empreintes et hauteurs des couronnes d'arbres (à gauche) et couverture terrestre avec bâtiments et végétation en haute résolution (à droite). © VITO, d'après les données de Tolan et al. (2024) et Sirko et al. (2021, 2023).

Résultats - Produit(s) final(aux)

Le principal résultat consistera en un outil d'aide à la décision sous la forme d'un tableau de bord en ligne contenant des informations sur le climat urbain actuel et futur à une échelle très fine, en mettant l'accent sur la chaleur excessive et le rôle d'atténuation des arbres urbains.

Le tableau de bord sera accessible à tous et hébergé au Centre climatique africain ACMAD à Niamey. Il contiendra une série d'indicateurs climatiques sectoriels (liés à la santé, à l'énergie, à l'économie) à une résolution de l'ordre du mètre, tout en couvrant l'ensemble de l'agglomération urbaine de Niamey. Il sera doté de fonctionnalités avancées permettant d'explorer les informations qu'il contient, telles que le zoom, la sélection de points sur une carte et l'affichage de graphiques détaillés, la sélection de scénarios climatiques et d'horizons temporels, etc... Le tableau de bord contiendra également des données provenant des campagnes de surveillance, toujours en mettant l'accent sur la capture de l'effet de refroidissement local des arbres.

Références

• De Ridder, K., D. Lauwaet, B. Maiheu, 2015. UrbClim – a fast urban boundary layer climate model. Urban Climate, 12, 21-48. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2015.01.001

• Graça, M., S. Cruz, A. Monteiro, T.-S. Neset, 2022. Designing urban green spaces for climate adaptation: A critical review of research outputs. Urban Climate, 42, 101126. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2022.101126

• Harrington, L.J., and F.E.L. Otto, 2020. Reconciling theory with the reality of African heatwaves. Nature Climate Change, 10, 796–798. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0851-8

• Rohat, G., Flacke, J., Dosio, A., Dao, H., van Maarseveen, M., 2019. Projections of human exposure to dangerous heat in African cities under multiple socioeconomic and climate scenarios. Earth's Future, 7, 528– 546. https://doi.org/10.1029/2018EF001020

• Sirko, W., Brempong, E.A., Marcos, J.T., Annkah, A., Korme, A., Hassen, M.A., Sapkota, K., Shekel, T., Diack, A., Nevo, S., Hickey, J., & Quinn, J., 2023. High-Resolution Building and Road Detection from Sentinel-2. https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.11622

• Sirko, W., Kashubin, S., Ritter, M., Annkah, A., Bouchareb, Y.S., Dauphin, Y., Keysers, D., Neumann, M., Cissé, M., & Quinn, J., 2021. Continental-Scale Building Detection from High Resolution Satellite Imagery. https://doi.org/10.48550/arXiv.2107.12283

• Souverijns, N., De Ridder, K., Takacs, S., Veldeman, N., Michielsen, M., Crols, T., Foamouhoue, A. K., Nshimirimana, G., Dan Dijé, I., & Tidjani, H., 2023. High resolution heat stress over a Sahelian city: Present and future impact assessment and urban green effectiveness. International Journal of Climatology, 43, 7346–7364. https://doi.org/10.1002/joc.8268

• Souverijns, N., K. De Ridder, N. Veldeman, F. Lefebre, F. Kusambiza-Kiingi, W. Memela, N. K.W. Jones, 2022. Urban heat in Johannesburg and Ekurhuleni, South Africa: A meter-scale assessment and vulnerability analysis. Urban Climate, 46, 101331, https://doi.org/10.1016/j.uclim.2022.101331 

• Tolan, J., H.-I. Yang, B. Nosarzewski, G. Couairon, H.V. Vo, J. Brandt, J. Spore, S. Majumdar, D. Haziza, J. Vamaraju, T. Moutakanni, P. Bojanowski, T. Johns, B. White, T. Tiecke, C. Couprie, 2024. Very high resolution canopy height maps from RGB imagery using self-supervised vision transformer and convolutional decoder trained on aerial lidar. Remote Sensing of Environment, 300, 113888, https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113888

Projets liés

• u-CLIP – Urban Climate Information Platform [Plate-forme d'information sur le climat urbain] - Enabel, the Belgian Development Agency, 2021-2023)

• Facilitating community-driven urban heat monitoring campaign and policy support in Johannesburg and Ekurhuleni, South-Africa [Faciliter la campagne de surveillance de la chaleur urbaine menée par les communautés et soutenir les politiques à Johannesburg et Ekurhuleni, Afrique du Sud] - World Bank, 2021-2022 🎥 Presentation video

• Niamey Climate Forest [Forêt climatique de Niamey] - Climate Action Programme of the Flemish Government, 2022-2024), 🎥 Presentation video

• Climate Analysis in African Cities (CAIAC) [Analyse climatique dans les villes africaines] - European Space Agency, 2025-2026