Cartographier la verdure en ville avec des images satellitaires

Espaces verts ouverts, parcs et jardins publics, arbres le long des allées, potagers privés… la verdure tient une place essentielle dans nos villes. La mesurer, la qualifier, l’évaluer permet de concevoir des projets urbains durables. Dans cette optique, Toulouse Métropole a mandaté l’agence d'urbanisme et d'aménagement Toulouse aire métropolitaine (aua/T). Son travail de télédétection, réalisé à partir d’images Pléiades, permet de cartographier cette « nature en ville ».

Contexte

La verdure urbaine (ensemble des espaces verts recensables sur l’espace urbain) est source d’oxygène, de qualité de vie, de bien-être social, de retombées économiques pour les citadins. Partant de ce constat, Toulouse Métropole a souhaité dédier une large place à « l’eau et la nature » dans son projet urbain.

Mandatée pour mesurer, qualifier et évaluer ces espaces naturels, l’agence d'urbanisme et d'aménagement Toulouse aire métropolitaine (aua/T) a déployé une méthode cartographique basée sur des images satellitaires (Pléiades). Son périmètre d’intervention couvre les 37 communes impliquées dans le Plan local d'urbanisme intercommunal / Programme Local de l'Habitat (PLUi–H).

A l’origine, l’aua/T et Toulouse Métropole disposaient de nombreuses données sur la biodiversité provenant de sources multiples et donc hétérogènes entre les 37 communes. Face à cette problématique, l’agence s’est interrogée sur la manière d’obtenir une approche homogène de l’agglomération, à une échelle pouvant aller jusqu’au 1 / 5 000^e, reproductible et transposable. Grâce aux tests réalisés en 2015 par un étudiant stagiaire, la télédétection à partir d’images satellitaires est apparue comme la méthode de traitement optimale pour cartographier et suivre dans le temps cette nature sur le territoire de Toulouse Métropole.

La méthode / en pratique

Pour faire ces tests, l’aua/T avait en sa possession des images d’archives Pléiades (deux images de 2012 qui couvraient l’intégralité du territoire) orthorectifiées et fournies par l'IGN. L’objectif était d’obtenir, à partir d’interprétation de ces images, un référentiel des espaces verts sur l’intercommunalité, regroupés par classes de végétation (sans a priori sur la typologie finale) et recensés à une échelle relativement précise.

Avec Orfeo ToolBox (OTB) – logiciel open source de traitement d’images satellitaires développé par le CNES et enrichi par des contributeurs extérieurs –, les images Pléiades ont été soumises à une série de traitements. Création d’échantillons d’entrainement à partir de données exogènes (BD TOPO®, OCS GE, etc.), classification supervisée (classification d’un objet à partir d’objets déjà classés), calcul de néocanaux (création de nouveaux canaux pour résumer l’information contenue dans l’image), etc. Les images Pléiades ont ainsi été enrichies, améliorées, retravaillées… jusqu’à l’extraction d’un niveau d’information jugé satisfaisant par rapport à la commande initiale.

Au fil des expériences, la nomenclature a évolué. Même si, au départ du projet, l’idée est d’obtenir une nomenclature la plus exhaustive possible, l’expérience a montré qu’il était préférable de se limiter à 4 grandes classes (eau, herbacées, friche, bois) pour un référentiel robuste sur la végétation et l’eau. Des cartes thématiques avec peu de classes, parlent plus qu’une seule carte multi-thématique avec beaucoup de classes.

Carte de la sous-trame verte et bleue du territoire de Toulouse Métropole (Source : aua/T)

De la même manière, pour limiter les marges d’erreur, le choix a été fait de ne pas prendre une unité minimale de collecte (UMC ou surface de la plus petite unité cartographiée) trop fine. L’UMC choisie a donc été de 100 m².

Afin de valider l’interprétation des images, des tests supplémentaires ont été réalisés sur certaines zones. Les données issues du traitement des images Pléiades ont été comparées aux données déjà disponibles au sein de l'aua/T et de Toulouse métropole (BD Ortho, BD Topo, OCS GE, BD propres). Des règles de correction visuelle, avec leurs modalités d’application et enchaînement, ont ainsi pu être établies. Ces procédures manuelles de correction ont toutes été documentées.

Les résultats

Le fichier final est transmis aux collectivités et aménageurs en fonction de leurs besoins : un fichier raster (environ 230 Mo), formaté pour être facilement implémentable dans les différents SIG utilisés (notamment MapInfo), ou un fichier vecteur (environ 240 Mo). Celui-ci nécessite forcément plus de traitements en amont : suppression des polygones vides, correction des erreurs…

Grâce aux images Pléiades à haute résolution (50 cm), ce travail de télédétection a permis de qualifier précisément « la nature en ville » : analyse d’objets urbains de petite taille mais présentation des résultats à l’échelle de l’agglomération. Chaque espace vert est repérable en soi, dans sa forme géométrique (et pas uniquement associé à un corridor urbain) et son principal usage (herbe, agriculture…).

Le référentiel obtenu (non accessible en Open Data) sert de donnée brute sur les espaces verts pour la réalisation de différents travaux : élaboration de documents d’urbanisme et d’aménagement, évaluation des friches urbaines, suivi de la trame verte et bleue… Il est repris dans le PLUi-H actuel de Toulouse Métropole, dans les différents observatoires de l’aua/T, dans les travaux d’aménagement actuellement menés par des bureaux d’études sur le territoire, etc.

Carte des projets de reconquête du paysage basée sur la trame verte et bleue / PLUi-H approuvé par délibération du Conseil de la Métropole du 11/04/2019 (Source : aua/T - Biotope) — Carte des projets de reconquête du paysage basée sur la trame verte et bleue / PLUi-H approuvé par délibération du Conseil de la Métropole du 11/04/2019 (Source : aua/T - Toulouse Métropole)

Les avantages et limites de la solution

Avec une résolution de 50 cm, les images Pléiades sont adaptées à l’étude des espaces verts urbains (parfois de quelques mètres carrés) à l’échelle d’une agglomération telle que Toulouse Métropole.
Ces images fournissent de nombreuses informations sur la végétation grâce aux bandes spectrales (domaine visible et, surtout, proche infrarouge) du couple de satellites Pléiades.
En fournissant des images Pléiades déjà calées sur les bases de données du référentiel à grande échelle (RGE), l’IGN allège le travail de télédétection des géomaticiens et garantit la cohérence entre ces données.

Evaluation socio-économique

Pour couvrir le territoire toulousain par des images d’archives Pléiades, il a été nécessaire de travailler avec deux images prises à deux périodes différentes de l’année.
Lors d’une commande d’images Pléiades (cf. Comment accéder aux images SPOT 6/7 et Pléiades ?), il demeure une incertitude sur la couverture nuageuse qu’il fera le jour de la prise de vue. Les images reçues ne sont pas toujours aussi exploitables que souhaité.
Le traitement d’images satellitaires fait appel à des compétences spécifiques en géomatique. Un Master en télédétection permet de s’acculturer au vocabulaire propre au domaine du satellitaire, de s’approprier les différents types d’images, d’apprendre à utiliser les logiciels, de manipuler ces données…