L'urbanisation a transformé les paysages du monde entier en remplaçant les forêts et les zones humides par du béton et de l'asphalte. Au fur et à mesure que les villes s'étendent, la nécessité de préserver et de restaurer la connectivité écologique dans les milieux urbains est devenue urgente.Les technologies de télédétection, allant de l'imagerie satellitaire à la technologie LiDAR aéroportée, offrent désormais une capacité sans précédent d'identifier, de cartographier et de surveiller les restes naturels qui soutiennent la faune et le bien-être humain.

La nécessité de corridors verts urbains et de points chauds pour la biodiversité

Les corridors verts urbains – réseaux linéaires de végétation qui relient des parcelles vertes plus grandes – offrent une solution : ils permettent à la faune de traverser la matrice urbaine, de maintenir le flux génétique et de s'adapter aux changements climatiques. Parallèlement, les points chauds de la biodiversité dans les villes, souvent de petites zones riches en espèces, comme les forêts restantes ou les zones humides, représentent des priorités de conservation.

Définition des corridors verts et de leur rôle écologique

Un corridor vert est plus qu'une ligne d'arbres; il est un sentier fonctionnel qui soutient le mouvement des organismes.Ces corridors peuvent suivre les rives des rivières, les lignes de chemin de fer abandonnées ou délibérément plantées des tampons le long des routes. Ils varient en largeur, densité de végétation et continuité.Dans les paysages urbains, les corridors verts offrent également des services écosystémiques: ils réduisent les effets des îles de chaleur, filtrent les polluants atmosphériques, gèrent les eaux pluviales et offrent de l'espace récréatif aux résidents.

Biodiversité Les points chauds: ce qu'ils sont et pourquoi ils comptent

Dans les villes, les points chauds peuvent être de petites poches de végétation indigène qui abritent des plantes rares, des insectes, des oiseaux ou des mammifères. Ils sont souvent négligés dans les processus de planification. Les données de télédétection, en particulier l'imagerie multispectrale, peuvent révéler les signatures spectrales de diverses communautés végétales, indiquant des zones susceptibles de soutenir une plus grande richesse en espèces. L'identification de ces poches permet aux villes de les prioriser pour les servitudes de conservation, la restauration ou le statut protégé.

Technologies de télédétection pour l'écologie urbaine

Les missions satellitaires comme Sentinel-2, Landsat et WorldView fournissent des images à des résolutions spatiales, spectrales et temporelles variées. Les véhicules aériens sans pilote offrent une résolution ultra-haute pour l'analyse à grande échelle. Chaque technologie apporte des forces uniques pour détecter la végétation, mesurer la verdure et modéliser la connectivité.

Imagerie par satellite et considérations de résolution

Pour une vaste analyse de connectivité dans toute une région métropolitaine, l'imagerie à résolution modérée (10 à 30 m de pixels) de Sentinel-2 ou Landsat est rentable et offre des revisites fréquentes. Pour une cartographie détaillée des corridors étroits (p. ex., une bande verte de 5 m de large le long d'une rue), des satellites commerciaux à haute résolution comme WorldView-3 (0,3 m de panchromatique, 1,2 m de multispectral) sont nécessaires.

Indices d'analyse spectrale et de végétation

La végétation a une signature spectrale distinctive : elle absorbe fortement la lumière rouge pour la photosynthèse et reflète la lumière NIR des structures cellulaires foliaires. Cette différence sous-tend les indices de végétation tels que l'indice de végétation de différence normalisée (IVND). Les valeurs de l'IVND varient de -1 à 1, avec des valeurs élevées indiquant une végétation dense et saine. En cartographieant l'IVND dans les zones urbaines, les analystes peuvent distinguer les corridors végétaux des surfaces imperméables et des sols nus. D'autres indices, comme l'indice de végétation amélioré (IVND) ou l'indice de végétation ajusté du sol (IVND), sont corrects pour les effets atmosphériques et les effets de fond du sol, ce qui améliore la précision dans les milieux urbains hétérogènes.

LiDAR et cartographie de la structure 3D

La détection et le ranging de la lumière (LiDAR) utilisent des impulsions laser pour mesurer les distances, créant des nuages pointés détaillés en trois dimensions de la surface de la Terre. La LiDAR aéroportée peut pénétrer les espaces de végétation pour révéler la structure du sous-étage et l'altitude du sol. Pour les corridors verts, la LiDAR est inestimable pour évaluer la hauteur du couvert, la stratification verticale et la présence de couches subcanopiques.

Méthodes de cartographie des corridors verts

La cartographie des corridors verts va au-delà de la simple classification de la végétation. Elle nécessite l'analyse de l'arrangement spatial des parcelles et de la probabilité de déplacement entre elles. Les données de télédétection alimentent des modèles de connectivité qui simulent la dispersion animale ou le flux de semences végétales.

Analyse de la connectivité paysagère

La cartographie de la connectivité commence par une carte classifiée de couverture terrestre dérivée de la télédétection. Les pixels sont désignés comme habitats (p. ex. forêt, arbustes, terres humides) ou non-habitat (bâtiments, routes, chaussées). Ensuite, des valeurs de résistance sont attribuées à chaque type de couverture terrestre en fonction de la difficulté à traverser une espèce cible. Par exemple, une route occupée obtient une résistance élevée, tandis qu'un parc a une faible résistance.

Identification des itinéraires potentiels du corridor

La télédétection aide à localiser les itinéraires candidats en superposant les cartes de probabilité de connectivité avec les données sur la propriété foncière et l'infrastructure. Par exemple, une bande étroite de terrains vacants ou une servitude sous-utilisée pour la ligne de puissance peut être idéale pour la restauration dans un corridor. Les chercheurs ont utilisé les séries chronologiques Sentinel-2 NDVI pour identifier les bandes vertes persistantes entre les parcelles fragmentées, puis validé celles avec des visites sur le terrain.

Détecter les points chauds de la biodiversité dans l'espace

La biodiversité n'est pas directement observable de l'espace, mais la télédétection peut en détecter les corrélations. Le principe sous-jacent est la diversité spectrale : les zones à plus grande variété de signatures spectrales tendent à soutenir davantage d'espèces parce que différentes communautés végétales coexistent.

La diversité spectrale comme proxy pour la richesse des espèces

Dans les milieux urbains, un bloc avec des mélanges d'arbres à feuilles caduques, de conifères, d'arbustes et de couvertures herbacées aura une diversité spectrale plus élevée qu'une pelouse uniforme. À l'aide d'algorithmes comme l'indice Q Raos appliqué aux données hyperspectrales ou multispectrales, les scientifiques peuvent cartographier la variabilité spectrale et classer les zones urbaines par biodiversité potentielle. Cette technique a été validée pour les plantes, les oiseaux et même les arthropodes.

Intégration de la télédétection aux levés au sol

La télédétection ne peut à elle seule confirmer la présence d'espèces spécifiques. Par conséquent, sa plus grande force réside dans les études de terrain. Les analystes utilisent des cartes de points chauds basées sur la télédétection pour stratifier les efforts d'échantillonnage – gagner du temps et des ressources. Par exemple, un parc urbain peut avoir plusieurs zones spectrales distinctes; les biologistes au sol peuvent ensuite visiter chaque zone pour y répertorier les plantes, les insectes et les vertébrés.

Demandes et avantages

Les résultats pratiques de la cartographie des corridors verts et des points chauds de la biodiversité sont immédiats et de grande portée. Les gouvernements municipaux, les promoteurs et les groupes de conservation utilisent les données qui en résultent pour prendre des décisions qui harmonisent le développement avec les objectifs écologiques.

Urbanisation et infrastructures vertes

La télédétection fournit des données objectives et répétables pour la conception de voies vertes, de réseaux de parcs et de plantations d'arbres. Par exemple, la ville de Barcelone a utilisé la télédétection pour identifier les possibilités de relier ses parcs urbains à un réseau cohérent de corridors verts. Les cartes dérivées ont servi de base au «Barcelona Green Infrastructure and Biodiversity Plan 2020», qui a fixé des objectifs pour augmenter l'espace vert par habitant de 1 m2 par an.

Conservation et restauration Priorités

La télédétection aide à classer les zones par valeur écologique et par niveau de menace. Les cartes des points chauds de la biodiversité peuvent révéler quelles parcelles sont les plus importantes pour protéger les espèces endémiques ou maintenir la connectivité. Les efforts de restauration peuvent être axés sur les corridors qui, une fois améliorés, permettront de réduire le plus possible la fragmentation. Un exemple notable est le projet «São Paulo Green Belt» au Brésil, où la cartographie par satellite a guidé la restauration des fragments de la forêt atlantique autour de la région métropolitaine.

Défis et orientations futures

La télédétection est puissante, mais elle est soumise à des limites dans les milieux urbains. Les ombres provenant de bâtiments de grande taille, les pixels mixtes (par exemple, un arbre surplombant une route) et la nécessité de la vérité au sol créent toutes des incertitudes.

Limites et exactitude des données

Un seul pixel satellite peut contenir une couverture solaire, un bâtiment et un revêtement, ce qui complique la classification. L'analyse des sous-pixels et les techniques de désintégration spectrale peuvent résoudre partiellement cette situation. Un autre défi est la résolution temporelle : de nombreuses missions satellites revisitent tous les quelques jours ou quelques semaines, mais la couverture nuageuse dans certaines régions peut réduire les données utilisables. La combinaison des données provenant de plusieurs capteurs (par exemple, optique Sentinel avec radar Sentinel-1) améliore la couverture.

Technologies émergentes et apprentissage automatique

Les réseaux neuronaux convolutionnels (RCN) peuvent apprendre à identifier des corridors verts même lorsqu'ils sont étroits ou partiellement obscurcis. Pour la cartographie des points chauds de la biodiversité, l'analyse d'images par objet (OBIA) combinée à des forêts aléatoires a montré une grande précision dans la délimitation des habitats urbains complexes. Les capteurs hyperspectraux, bien qu'ils soient encore coûteux, offrent des dizaines ou des centaines de bandes étroites qui peuvent distinguer directement les espèces végétales. À mesure que ces capteurs deviennent plus accessibles sur les drones et les petits satellites, la capacité de cartographie de la biodiversité urbaine au niveau des espèces s'améliorera de façon spectaculaire.

Conclusion

La télédétection est devenue indispensable pour identifier et cartographier les corridors verts urbains et les points chauds de la biodiversité.De l'imagerie satellite à résolution grossière pour la connectivité à l'échelle de la ville à la structure à petite échelle du couvert, ces technologies fournissent les données qui sous-tendent une écologie urbaine plus intelligente.En reliant la diversité spectrale au potentiel de biodiversité, et en intégrant les enquêtes de terrain à l'analyse spatiale, nous pouvons prioriser la conservation là où elle compte le plus.

Pour plus de détails, voir le rapport de l'Agence européenne pour l'environnement sur les infrastructures urbaines vertes[, le guide de l'USGS sur les terres destinées à la surveillance urbaine, et un examen de la détection de la biodiversité urbaine[ dans la télédétection de l'environnement.