REAUZOH : l’intelligence artificielle au service de la cartographie des zones humides

Le territoire de la communauté d’agglomération de Béthune-Bruay, Artois Lys Romane (CABBALR) est un territoire, d’environ 650 km², à dominante urbaine et agricole, où l’eau a toujours tenu une place centrale. Jadis ponctué de marais, de prairies inondables et de zones tourbeuses, il a subi d’importantes transformations liées à l’urbanisation, à l’industrialisation et à l’intensification agricole. Aujourd’hui, cette évolution a conduit non seulement à la disparition mais aussi à une méconnaissance du patrimoine humide et de ses dynamiques, rendant difficile la mise en œuvre d’une politique cohérente de gestion et de préservation de ces milieux humides. 

Or, les zones humides jouent un rôle majeur dans la régulation hydrique, la biodiversité et la résilience d’un territoire au changement climatique. Leur préservation constitue un levier essentiel de la compétence GEMAPI (Gestion des milieux aquatiques et prévention des Inondations). C’est dans ce contexte que la CABBALR et le Cerema ont initié, en 2023, le programme de recherche et développement commun REAUZOH, pour Recensement, cArtographie et sUivi de l’évolution des Zones pOtentiellement Humides.

Ce projet s’inscrit dans le cadre de l’appel à projets "Exercer la GEMAPI dans le cadre d’une gestion globale de l’eau", et vise à doter toute collectivité d’un socle de connaissance partagé, à la fois fiable et évolutif, sur les zones potentiellement humides. L’ambition : est d’élaborer une cartographie robuste, combinant données de terrain, imagerie satellitaire pluriannuelle et analyse par intelligence artificielle, afin d’éclairer les futures décisions foncières et opérationnelles du territoire.

Méthodologie : une approche innovante combinant données terrain, imagerie satellitaire et intelligence artificielle

L’étude s’est structurée en deux phases successives :

• Une première étape a consisté, pour les équipes du Cerema, direction territoriale Hauts-de-France, à recenser et analyser les données existantes : cartes de zones à dominante humide (ZDH, Agence de l’eau Artois-Picardie), milieux potentiellement humides (INRA/Agrocampus Ouest), habitats naturels de la Cartographie nationale des habitats naturels (Programme CarHab), cartographie nationale des zones humides (PatriNat). Cette confrontation a mis en évidence de fortes disparités méthodologiques : différences d’échelle, d’indices de confiance, de dates de production ou encore de critères de qualification. Elle a confirmé la nécessité d’une approche plus homogène, capable de dépasser ces limites pour restituer une image actualisée et spatialement cohérente.
• La seconde phase, conduite entre 2024 et 2025 par les équipes du Cerema, direction territoriale Occitanie, a permis de bâtir une méthodologie innovante combinant imagerie satellitaire Sentinel-1 et Sentinel-2 (optique et radar) et modélisation par algorithme Random Forest. Les images Sentinel-2 apportent des informations spectrales fines sur la végétation et l’humidité des sols (indices NDVI, NDWI, NDMI…), Sentinel-1 fournit des données radar actives en bande C (polarisation VV/VH), sensibles à la rugosité et à l’humidité de surface, et utilisables quelles que soient les conditions météorologiques.

Ces données satellitaires ont été croisées avec un jeu d’apprentissage constitué de 124 points de référence terrain, collectés par le Cerema et ses partenaires (CABBALR, EPTB-Lys, EDEN 62, CBN de Bailleul) entre 2023 et 2024. Les points ont été classés selon deux catégories : zone humide (ZH) et zone non humide (ZNH), à partir de sondages pédologiques et de relevés botaniques réalisés conformément à l’arrêté du 24 juin 2008 modifié.

Afin de renforcer la robustesse de l’apprentissage, les données de présence/absence issues de délimitations de zones humides réalisées par divers acteurs du territoire (EPTB Lys, Conservatoires, ENS, etc.) ont été intégrées comme "vérités terrain" après filtrage et validation. Des variables topographiques supplémentaires ont été ajoutées pour améliorer la représentation des reliefs et des pentes, paramètres déterminants dans la dynamique hydrique des sols. Compte tenu du nombre limité de "vérités terrain", une stratégie d’augmentation de données a été mise en œuvre grâce à la méthode SMOTE (Synthetic Minority Over-Sampling Technique). Cette technique génère artificiellement de nouveaux points de la classe minoritaire (zones humides) afin d’équilibrer le jeu d’apprentissage et de réduire le risque de sur-apprentissage.

Le modèle Random Forest a ensuite été entraîné sur ces données, puis validé à l’aide d’un échantillon test. Les performances obtenues témoignent de la fiabilité du modèle sur les données produites comme le démontre le F1-score de la matrice de confusion de 92 %.

La modélisation a permis de produire une carte continue de probabilité de présence de zones humides pour l’année 2022, avec une résolution spatiale de 10 mètres.

Dans une optique de suivi de l’évolution interannuelle, de nouvelles cartographies ont été produites sur la base des années 2018 à 2023, mettant notamment en lumière de légères nuances des périmètres des zones potentiellement humides identifiées, conséquence des variations des indices radiométriques, lors de l’analyse des séries temporelles des données satellitaires. L’approche offre ainsi une vision complémentaire, dynamique et évolutive, constituant une première en matière de détection des zones humides à l’échelle d’un territoire.

Limites techniques et limites d’usage

Le projet a mis en lumière plusieurs limites et biais méthodologiques inhérents à ce type d’approche.

• La fiabilité du modèle dépend directement du nombre et de la représentativité des points de "vérité terrain" : un jeu d’apprentissage plus étoffé renforcerait la robustesse statistique et la capacité de généralisation.
• L’utilisation de l’intelligence artificielle implique également une extrapolation : le modèle reproduit ce qu’il a appris et peut surestimer ou sous-estimer certains milieux en fonction de la diversité des données de "vérité terrain" (zones forestières, parcelles drainées, franges urbaines).
• L’exploitation de séries temporelles de données satellitaires engendre une légère variation interannuelle des valeurs des indices radiométriques, conséquence de nombreux phénomènes telles que les variations annuelles de la pluviométrie impactant les sols et la végétation.
• Enfin, la résolution de 10 mètres limite la détection des microstructures humides.
• Sur le plan réglementaire, la méthode ne permet pas une délimitation des zones humides au sens du Code de l’environnement. Cette cartographie ne peut donc être intégrée directement dans le règlement graphique d’un plan local d’urbanisation intercommunal (PLUi), qui impose une délimitation fondée sur des critères de sol ou de flore.

REAUZOH constitue ainsi avant tout un outil d’aide à la décision et de hiérarchisation des enjeux, destiné à orienter les prospections de terrain et à appuyer la planification territoriale.

Des applications concrètes pour la gestion des zones humides

Les résultats de REAUZOH sont déjà mobilisés par la CABBALR et ses partenaires.

Les enveloppes cartographiques de zones humides pré-localisées :

• servent de base à l’analyse sommaire des services écosystémiques en cours d’élaboration (fonction hydrologique, biogéochimique et biologique) ;

• contribuent à identifier les secteurs sensibles à l’artificialisation, où des études plus fines pourront être menées ;

• formalisent des périmètres de vigilance lors de projets de construction et d’aménagement.

Les données ont été transmises à l’EPTB Lys, afin d’orienter les futures campagnes de terrain de la cartographie des zones humides du schéma d’aménagement et de gestion des eaux (SAGE).

Ce projet illustre la capacité d’innovation et de mutualisation des territoires, ainsi que la pertinence de l’alliance entre intelligence artificielle, télédétection et expertise écologique. En produisant une connaissance objective, reproductible et évolutive, REAUZOH offre un socle stratégique pour la mise en œuvre de la GEMAPI et pour la préservation des zones humides dans les territoires.