[2023-2019] AIMCEE / « Apport de l’Imagerie satellitaire Multi-Capteurs pour répondre aux Enjeux Environnementaux et sociétaux des socio-systèmes urbains »

Porteur du projet :
Anne Puissant (UMR 7362 LIVE CNRS / A2S UNISTRA)
Co-porteur : Sébastien Gadal

AIMCEE [2019-2023]

ContratContrat de recherche industriel
Co-contractantCNES TOSCA

Contrats de recherche financés

AIMCEE / Apport de l’Imagerie satellitaire Multi-Capteurs pour répondre aux Enjeux Environnementaux et sociétaux des socio-systèmes urbains

Programme de recherche porté par Anne Puissant (UMR 7362 LIVE CNRS / A2S UNISTRA ) et co-porté Sébastien Gadal (Aix-Marseille Université, UMR 7300 ESPACE)

Objectifs du projet


L’objectif de la proposition TOSCA AIMCEE (Apport de l’Imagerie satellitaire Multi-Capteurs pour répondre aux Enjeux Environnementaux et sociétaux des socio-systèmes urbains) est de rassembler les laboratoires de recherches impliqués à la fois dans l’exploitation intelligente des masses de données satellitaires multi-capteurs et dans les problématiques urbaines afin de mutualiser les efforts et la capitalisation des recherche sur ce que nous avons appelé des Actions de Recherche Thématiques permettant de répondre aux défis environnementaux et sociétaux auxquels les socio-systèmes urbains sont soumis à court et long terme, en favorisant les interactions entre les CES du pôle THEIA impliqués sur cette thématique.

La population mondiale atteint 7,63 milliards en janvier 2018. Depuis 2008, pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, plus de la moitié de la population vivait en milieu urbain. En 2050, on estime qu’environ 70% de la population mondiale sera urbaine. Cette explosion démographique mondiale s’accompagne d’une urbanisation galopante qui provoque elle-même une expansion géométrique des aires urbaines. Cette urbanisation pèsera lourdement sur les ressources naturelles à grande échelle avec des tensions sur les terres disponibles, la biodiversité. La demande alimentaire devrait doubler, la consommation énergétique augmenter de 80% et l’approvisionnement en eau croître de 55 %… Par ailleurs, « aujourd’hui, près d’un tiers de la population mondiale fait face à des pics de chaleur pendant au moins 20 jours par an. D’ici 2100 cette proportion pourrait grimper à 70 % de la population si rien n’est fait pour limiter le réchauffement climatique ». La multiplication des vagues de chaleur en milieu urbain est également au cœur des préoccupations.

Ainsi, sur le plan international les scientifiques sont formels, le climat change. Hausse des températures et du niveau de la mer ou encore fonte des glaces sont autant de marqueurs incontestables, confirmés par l’observation spatiale à travers les variables essentielles climatiques. Pour certains territoires et en particulier les territoires urbains qui peuvent être considérés comme de véritables socio-systèmes urbains, il est déjà urgent de prendre des décisions cruciales pour l’avenir. Des défis colossaux qui ne seront relevés qu’avec la planification de villes sobres et capables de synergies entre la consommation et la production.

Pour prendre ces décisions, il faut pouvoir se projeter et prédire. Par exemple grâce à des simulations numériques  (étalement urbain, transformations des modes d’occupation et d’usages des sols, submersions littorales, risque de crue…). Cela passe par mesurer et surveiller le changement climatique de ces socio-systèmes urbains. Après l’Accord de Paris, la mobilisation internationale reste forte, sous la houlette des agences spatiales. La coopération internationale et l’apport des satellites ressortent comme deux leviers essentiels pour observer le changement climatique et contrôler les engagements pris pour en atténuer les effets.

En effet, l’imagerie satellitaire est une source de données encore sous-exploitées, seule capable de permettre des analyses de l’échelle mondiale à l’échelle locale avec une même qualité et une régularité de mesures. Complémentaires des relevés de terrains, et des bases de données déjà existantes produites par les agences de cartographie nationale, toutes ces observations et mesures permettent une moisson d’informations que la recherche scientifique analyse, qualifie et intègre dans des modèles. Ces derniers permettent peu à peu de mieux comprendre et de mieux prévoir le fonctionnement et les interactions entre les surfaces continentales, l’hydrosphère et l’atmosphère.

L’accès facilité à l’imagerie satellitaire ainsi que la multiplication des capteurs dans les domaines optique (Pléiades, Spot, Sentinel-2, Landsat…) et radar (Radarsat, terrasar-X, Alos, Sentinel-1, …) est une véritable opportunité pour la communauté scientifique et socio-économique. Il constitue également un défi colossal en terme méthodologiques afin de proposer des méthodes de traitement adaptées à la masse de données disponible, mais également en terme ‘thématique’ afin de délivrer des produits sous la forme d’indicateurs ou de cartographie comme variables d’entrées dans les différents modèles et comme outils d’aide à la décision face aux enjeux sociaux et environnementaux.

L’objectif de cette proposition TOSCA AIMCEE (Apport de l’Imagerie satellitaire Multi-Capteurs pour répondre aux Enjeux Environnementaux et sociétaux des socio-systèmes urbains) est donc de rassembler les laboratoires de recherches impliqués à la fois dans l’exploitation intelligente des masses de données satellitaires multi-capteurs et à la fois dans les problématiques urbaines afin de mutualiser les efforts et la capitalisation des recherche sur ce que nous appellerons des Actions de Recherche Thématiques permettant de répondre aux défis environnementaux et sociétaux auxquels les socio-systèmes urbains seront soumis à court et long terme, en favorisant les interactions entre les CES du pôle THEIA impliqués sur cette thématique.

Plus précisément nous proposons de travailler sur trois grands défis sociétaux et environnementaux :

  1. la consommation foncière et la perte des territoires agricoles ;
  2. la perte de biodiversité, la fragmentation et l’invasion des milieux (en particulier périurbain) ;
  3. le changement climatique, l’augmentation des températures, de la consommation d’énergie et de la pollution urbaine

Productions


  • Publications

Thomas Gloaguen, Kęstutis Zaleckis, Sébastien Gadal. Development of new indexes of the ‘Generic City’ concept in the Baltic coastal city network. ISUF 2022 – The 29th Conference of the International Seminar on Urban Form – Urban Redevelopment and Revitalisation. A Multidisciplinary Perspective, Sep 2022, Łódź – Kraków, Poland. ⟨hal-03783349⟩

Sébastien Gadal, Mounir Oukhattar, Jūratė Kamičaitytė, Moisei Zakharov, Walid Ouerghemmi, et al.. Multiscale and multi-temporal modelling of urban change structures in the Subarctic East Siberian metropolis of Yakutsk. XXIX Conference of the International Seminar on Urban Form: Urban Redevelopment and Revitalisation A Multidisciplinary Perspective, University of Lodz; Cracow University of Technology,; Lodz University of Technology, Sep 2022, Łódź, Poland. ⟨hal-03787176⟩

Thomas Gloaguen, Kęstutis Zaleckis, Sébastien Gadal. Investigation of the use of the ‘Generic City’ concept and its indexes in the analysis in urban and territorial structures in the Baltic cities. IGU Urban Commission Annual Conference, Jul 2022, Paris, France. ⟨hal-03737991⟩

Anne Puissant, Thibault Catry, Rémi Cresson, Nadine Dessay, Laurent Demagistri, et al.. Products and services of the « Urban » THEIA Scientific expertise Centre. ESA Living Planet Symposium 2022, May 2022, Bonn, Germany. 2022. ⟨hal-03678980⟩

Sébastien Gadal. Dynamiques de territorialisations et d’urbanisations post-soviétiques : résiliences territoriales et métropolisations en Lituanie. Géopolitique de l’espace et espace(s) de la géopolitique, LIMEEP-PS; Observatoire de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (OVSQ), Apr 2022, Saint-Quentin-en-Yvelines, France. ⟨hal-03656805⟩

Sébastien Gadal, Thomas Gloaguen, Jūratė Kamičaitytė. Post-Soviet Coastal Land Cover Change Modelling of the South-Eastern Baltic by Remote Sensing (1984-2020). GIS for Digital Development 2021: Application of GIS and Remote Sensing in Science and Management, North Eastern Federal University, Dec 2021, Yakutsk, Russia. ⟨hal-03502185⟩

Sébastien Gadal. Remote Sensing for Urban Planning. Virtual Global Faculty Week 2021, Kaunas University of Technology, Mar 2021, Kaunas University of Technology, Lithuania. ⟨hal-03183746⟩

Sébastien Gadal, Mounir Oukhattar, Jūratė Kamičaitytė, Moisei Zakharov, W. Ouerghemmi. Spatial modelling of the Arctic metapolis: Yakutsk. GIS for Digital Development 2021: Application of GIS and Remote Sensing in Science and Management, North Eastern Federal University, Dec 2021, Yakutsk, Russia. ⟨hal-03502208⟩

Sébastien Gadal, Thomas Gloaguen. Environmental issues in the coastal regions of the south-eastern Baltic Sea: A sensitive natural environment in the face of increasing anthropic pressures. Baltica : An International Yearbook for Quaternary Geology and Palaeogeography, Coastal Morphology and Shore Processes, Marine Geology and Recent Tectonics of the Baltic Sea Area, Lithuanian Academy of Sciences, 2021, 34 (2), pp.203 – 215. ⟨10.5200/baltica.2021.2.6⟩. ⟨hal-03517994⟩

Nikolai Bobylev, Sébastien Gadal, Valery Konyshev, Maria Lagutina, Alexander Sergunin. Building Urban Climate Change Adaptation Strategies: The Case of Russian Arctic Cities. Weather, Climate, and Society, American Meteorological Society, 2021, 13 (4), pp.875-884. ⟨10.1175/WCAS-D-21-0004.1⟩. ⟨hal-03313126⟩

Sébastien Gadal, Paul Gérard Gbetkom, Alfred Homère Mfondoum. A new soil degradation method analysis by Sentinel 2 images combining spectral indices and statistics analysis: application to the Cameroonians shores of Lake Chad and its hinterland. 7th International Conference on Geographical Information Systems Theory, Applications and Management (GISTAM 2021), Apr 2021, Online Streaming, Czech Republic. pp.25-36. ⟨hal-03207299⟩

Sites internet présentant le projet


GEOINFORMATION – AI – : REMOTE SENSING IMAGE ANALYSIS, GEOMATIC MODELLING, GEOGRAPHIC KNOWLEDGE PROCESSING, AND TERRITORIAL GEO-SIMULATION | Sébastien Gadal | Research Project (researchgate.net)

BALTICS: BALTIC AND NORDIC STUDIES: POST-SOVIET TRANSFORMATIONS, COASTAL CHANGES, TERRITORIAL DEVELOPMENT CONVERGENCES, AND ENVIRONMENTAL ISSUES | Sébastien Gadal | Research Project (researchgate.net)

ARCTIC-S: TERRITORIAL ADAPTATIONS OF THE ARCTIC TO THE GLOBAL WARMING, GLOBALISATION, ENVIRONMENTAL CHANGES, DEVELOPMENT AND URBANISATION. GEOPOLITIC ISSUES | Sébastien Gadal | Research Project (researchgate.net)

A-METROPOLIS: URBANISATION MODELLING, SOCIO-ENVIRONMENTAL CHALLENGES, AND GEOPOLICAL ISSUES OF METROPOLISATIONS | Sébastien Gadal | Research Project (researchgate.net)

Équipe scientifique

Porteur du projet


Anne PUISSANT (UMR7362 LIVE CNRS / A2S UNISTRA)
Co-porteur : Sébastien GADAL

Participants UMR ESPACE


Paul Gérard GBETKOM
Sébastien BRIDIER
Sébastien GADAL
Thomas GLOAGUEN
Jurate KAMICAITYTE
Walid OUERGHEMMI
Mounir OUKHATTAR
Moisei ZAKHAROV

Partenaires extérieurs


LaSTIG (Laboratoire des Sciences et Technologies de l’Information Geographique)

IGN

UMR TETIS

IRSTEA

IRD UMR 228 Espace-Dev

UMR 5126 CESBIO

North-Eastern Federal University (NEFU)

Saint-Petersburg State University (SPsU)

Kaunas University of Technology (KTU)

Vytautas Magnus University (VMU)

[2020-2018] CES THEIA / « CES THEIA Artificialisation-Urbanisation »

Porteurs du projet :
Anne Puissant et Sébastien Gadal

CES THEIA [2018-2020]

ContratContrats de R&D avec des industriels
Accords cadre CNES/CNRS (appel à projets)
Co-contractantCNES

Contrats de recherche financés

CES THEIA Artificialisation-Urbanisation

Programme de recherche porté par Anne Puissant (Université de Strasbourg, UMR 7362 LIVE) et co-porté par Sébastien Gadal (Aix-Marseille Université, UMR 7300 ESPACE)

Objectifs du projet


Le CES « Artificialisation – Urbanisation » du Pôle THEIA s’est donné pour objectif (i) de développer l’usage des outils, méthodes et données de télédétection appliqués à cette problématique, et (ii) de valoriser et qualifier les informations et favoriser leur appropriation par les usagers. Du point de vue applicatif, les enjeux sont d’assurer une connaissance de la consommation des surfaces artificialisées pour la gestion des territoires, notamment :

  • Par la production d’une cartographie nationale historique et actualisée des espaces artificialisés
  • Par la production régulière d’une cartographie détaillées de ces surfaces grises’ artificialisées (multi-classes) mais aussi des surfaces ‘vertes’ dans les zones urbaines ;
  • Par la production régulière d’indicateurs spatiaux « qualifiés » (calculs d’incertitudes).
  • Du point de vue scientifique, les enjeux de ce CES sont :
  • De développer des méthodes complètement automatiques permettant d’exploiter les données historiques mais aussi en temps court les flux massifs d’images d’Observation de la Terre,
  • De fournir une information détaillée des surfaces ‘grises’ et ‘vertes’ (multi-classes) fondée sur l’utilisation conjointe d’images disponibles (multi-résolution, optique/radar) et sur l’utilisation des données existantes ;
  • De développer des indicateurs pertinents pour décrire l’état et la dynamique des phénomènes ;
  • De qualifier les informations produites (incertitudes des cartographies et indicateurs) ;
  • De développer des méthodes d’accompagnement / appropriation ;
  • De valoriser les jeux de données existants (en termes de données de référence).

De manière plus précise, cinq CES-produits ont été identifiés, pour répondre à ces enjeux applicatifs et scientifiques :

  • Le premier produit appelé « Tache artificialisée » a un objectif de production sur la France entière de la tache artificialisée avec une fréquence de production au minimum annuelle, à 10m de résolution spatiale et à l’aide des données disponibles dans THEIA (SPOT, LANDSAT, Sentinel 1&2, etc.) ;
  • Le deuxième produit appelé « Urbanisation » vise un niveau de détail supplémentaire et a pour objectif de fournir, à l’aide de données disponibles à haute et à très haute résolution spatiale, une information détaillée sur les différentes composantes ‘grises’ en termes de morphologie urbaine (morphotypes de tissus urbains : dense, discontinu, zones commerciales et industrielles, emprises routières) ;
  • Le troisième produit appelé « Végétation urbaine » s’intéresse à la composante ‘verte’ du milieu urbain en se focalisant plus particulièrement sur la composante 3D de la végétation ;
  • Le quatrième produit appelé « Indicateurs urbains » vise à produire des indicateurs sur l’état et/ou la dynamique du milieu urbain en fonction de la part de la végétation, la densité du bâti, … mais également sur la qualité de l’information extraite (degré d’incertitudes) ;
  • Le cinquième produit appelé « Valorisation des données » vise à produire un jeu de données libre pour l’exploitation des données THEIA via un « contest » de classification en milieu urbain. Il s’agira de proposer à la communauté scientifique un jeu de données (d’entraînement et de test) réparti sur toute la France associé à une interface web de validation. Chaque chercheur pourra ainsi valider automatiquement, sur le site du projet TOSCA, ses méthodes de classification. Les vérités terrain, obtenues par photo interprétation sur des sites variés, seront développées dans le cadre de ce projet.
  • L’objectif est bien de proposer au sein du CES des produits différents de ceux proposés par Copernicus (ex. HR Layer Imperviousness), par leur nature, du fait de leur meilleure résolution spatiale, et de leur plus grande fréquence de mise à jour potentielle ou de par leur plus grande exhaustivité sur le territoire. Il s’agira par ailleurs de valoriser la masse de données image à haute et très haute résolution spatiale déjà existante et mise à disposition par le CNES et via le pôle Theia (SWH, SPOT6, Pléiades, etc), ainsi que les séries de données Sentinel 1 et 2 disponibles, respectivement depuis 2014 et 2015.

L’ensemble de ces données nous permettra d’améliorer les connaissances sur le milieu urbain et sera complémentaire en termes de produits fournis et de développements effectués notamment au sein des différents CES de THEIA (dont OSO, Albédo, maladies infectieuses, Pays du Sud, changement).

Productions


  • Pôle Theia
    Bulletin du Pôle de données et de services surfaces continentales, n°7, Mai 2017. En ligne :  https://fr.calameo.com/read/004095310eff430c4ea0f
  • Publications
    Sébastien Gadal, Walid Ouerghemmi. Multi-Level Morphometric Characterization of Built-up Areas and Change Detection in Siberian Sub-Arctic Urban Area: Yakutsk. ISPRS International Journal of Geo-Information, MDPI, 2019, 8 (3), pp.129. ⟨10.3390/ijgi8030129⟩. ⟨hal-02056619⟩
    Paul Gérard Gbetkom, Sébastien Gadal, Ahmed El Aboudi, Alfred Homère Ngandam Mfondoum, Mamane Barkawi Mansour Badamassi. Mapping of Built-up Areas in the Cameroonians Shores of Lake Chad and its Hinterland through based Object Classification of Sentinel 2 Data. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems, Institute of Advanced Scientific Research, 2019, 11 (11), pp.1034-1040.  hal-02437543Vilena Efremova, Yuri Danilov, Sébastien Gadal. Заторные наводнения на реке лена на территории городского округа Г. Якутск. Meridian , Издательство ИП Осенина Ирина Леонтьевна, 2019, « Холод как преимущество. Города и криолитозона: традиции, инновации, креативность » (« Cold as an advantage. Cities and Cryolitozone: traditions, innovations, creativity »), 20 (2), pp.113-118. ⟨hal-02471752⟩

    Sébastien Gadal. CES THEIA Artificialisation-Urbanisation. [Rapport de recherche] CNRS ESPACE UMR 7300 ; AMU – Aix Marseille Université. 2019, pp.60. ⟨hal-03154447⟩

    Sébastien Gadal. The key-issues of the Geographic Knowledge in Remote Sensing Image Processing Artificial Intelligence. ISPRAS Open Conference 2019: 25 Anniversary of the Ivannikov Institute for Systems Programming of the RAS, Russian Academy of Sciences, Dec 2019, Moscou, Russia. ⟨hal-02396728⟩

    Anne Puissant, Arnaud Le Bris, Vincent Thiérion, Thomas Corpetti, Thibault Catry, Sébastien Gadal, Xavier Briottet, Rémy Cression, Nicolas S Baghdadi, Arnaud Sellé. Innovative Methods and Products of the  » Urbanization and Artificialization » Scientific Expertise Centre. Living Planet Symposium 2019, May 2019, Milan, Italy. 2019. ⟨hal-02135846⟩

    Sébastien Gadal. Multi-Temporal multi-scalar modelling of the dynamics of urban landscape changes by remote sensing. GIS Yakutsk 2019: GIS for Digital Development, NEFU, Apr 2019, Yakutsk, Russia. ⟨hal-02098320⟩

    Sébastien Gadal. Les modèles de connaissance dans les traitements des images satellitaires. Journée ECCOREV : Intelligence Artificielle et Big Data, Nov 2018, Aix-en-Provence, France. ⟨hal-01935674⟩

    Sébastien Gadal. Resilience and Adaptation: Monitoring Urban Changes in the Context of Risk Exposures, Climate and Societal Changes (Yakutia). UGI: Practical Geography and XXI Century Challenges, Academy of Science, Jun 2018, Moscow, Russia. pp.91. ⟨hal-01813091⟩

    Anne Péné-Annette, Jūratė Kamičaitytė-Virbašienė, Sébastien Gadal. Emerging cities in pioneer mining fronts: the examples of Guyana Plateau and Yakutia (Siberia). 2018 IGU Urban Commission Annual Meeting Urban Challenges in a complex World – Key factors for urban growth and decline, Aug 2018, Montreal, Canada. ⟨hal-01858545⟩

    Paul Gérard Gbetkom, Sébastien Gadal, Ahmed El Aboudi, Homère Ngandam. Mapping of built-up areas in the Cameroonians shores of Lake Chad and its hinterland through based object classification of Sentinel 2 images. GEOBIA 2018: From pixels to ecosystems and global sustainability, Jun 2018, Montpellier, France. ⟨hal-01826863

    Sébastien Gadal. Enjeux et transition énergétique en Arctique russe. Urbanisations, énergies renouvelables et nucléarisation. Atelier DUREE : Urbanisation, ruralisation et consommation d’énergie, Université Paris Diderot Paris 7 -Université Paris 13 Paris Nord – IFSTTAR – PLEIADE – LIED -CESSMA, Nov 2017, Paris, France. ⟨hal-01817047⟩

    Angelija Bučienė, Sébastien Gadal, Jelena Galinienė, Viktoras Gailius. Žemaičių Naumiesčio seniūnijos kraštovaizdžio geografinė-retrospektyvinė analizė. Geologija. Geografija, 2017, 3 (1), pp.25-36. ⟨10.6001/geol-geogr.v3i1.3467⟩. ⟨hal-01533111⟩

    Gintautas Mozgeris, Sébastien Gadal, Donatas Jonikavičius, Lina Straigyte, Walid Ouerghemmi, et al.. The Potential of Imaging from Ultra-Light Aircraft for Urban Tree Inventories: Case Study in Kaunas, Lithuania. IUFRO – 125th Anniversary Congress 2017, Sep 2017, Freiburg, Germany. IUFRO, pp.430, 2017, Interconnecting Forest, Science, and People. ⟨hal-01595684⟩

    Jelena Galinienė, Inga Dailidiene, Sébastien Gadal, Viaceslav Jurkin. Land cover change as a consequence of natural and human impact: SE Baltic Sea region example. The 11th Baltic Sea Science Congress “Living along gradients: past, present, future”, Jun 2017, Rostock, Germany. 2017, ⟨10.13140/RG.2.2.18447.38560⟩. ⟨hal-01544672⟩

    Jelena Galiniene, Inga Dailidiene, Sébastien Gadal, Viaceslav Jurkin. Žemės paviršiaus kaita ir termiškumas: Lietuvos pajūrio pavyzdžiu. Jūros ir krantų tyrimai 2017, Apr 2017, Palanga, Lithuania. 2017. ⟨hal-01533110⟩

    Site internet présentant le projet


Équipe scientifique

Porteurs du projet


Anne Puissant
Sébastien Gadal (co-porteur)

Participants UMR ESPACE


Sébastien BRIDIER
Sébastien GADAL (co-porteur)
Jelena GALINIENÉ
Paul Gérard GBETKOM
Jurate KAMICAITYTE
Walid OUERGHEMMI

Partenaires extérieurs


CESBIO UMR 5126
CNRM UMR 3589
Espace-Dev UMR 228
LETG UMR 6554
LIVE UMR 7362
ONERA