Evaluer la sensibilité aux inondations à partir d'images satellite: le projet Pleiades4UrbanFlood, labellisé par le Space Climate Observatory (SCO)

Les collectivités souhaitent disposer d’outils accessibles pour améliorer la connaissance de l’aléa inondations et aménager leur territoire de manière résiliente vis-à-vis de cet aléa pour en réduire le risque. L’enjeu est d’autant plus fort dans les régions fortement urbanisées, où l’impact des inondations peut être considérable. Le projet Pléiades4UrbanFlood a été labellisé par le Space Climate Observatory (SCO) France en 2022, ainsi que le projet EO4Wetlands également porté par le Cerema. Les deux se sont achevés en 2025.

Vers un outil d’évaluation du risque pour les collectivités

Le projet Pléiades4UrbanFlood retenu dans le cadre du 3e appel à projets du Space Climate Observatory, avait deux objectifs principaux :

• produire des données sur la morphologie et la topographie du territoire (aussi bien les objets naturels qu’artificiels) à partir d’images satellite monoscopiques (un seul angle de vue), 
• fournir un outil d’évaluation de la sensibilité des territoires aux inondations, notamment le ruissellement, qui automatise la chaine de production des données ainsi que des indicateurs, tout en permettant l’intervention des opérateurs pour agir sur certains paramètres. 

L’exploitation des images satellite à très haute résolution donne des indications précises sur les différentes couches d’occupation du sol : il est ainsi possible d’identifier les routes, les bâtiments et les zones imperméables, qui jouent un rôle critique dans les écoulements des eaux, les espaces verts et la couverture végétale, qui contribuent à l'absorption naturelle de l'eau et influencent l'hydrologie urbaine. La hauteur des bâtiments et de la végétation peut aussi être déterminée, et donner des indications sur le mouvement des eaux de crue. Tous ces éléments apportent des informations utiles à la modélisation des inondations.

Mené par le Cerema en partenariat avec les sociétés Airbus Defense & Space, TerraNIS et Agenium IT & Systems, le projet Pléiades4UrbanFlood s’appuyait sur des travaux antérieurs menés par ces partenaires. 

Les travaux ont utilisé des méthodes d’apprentissage en deep learning à partir d’images à très haute résolution spatiale pour identifier le bâti et la végétation en analysant l’ombrage ainsi que les textures des images. Des indicateurs ont été mis au point, comme la caractérisation de l’emprise au sol, l’espacement du bâti et de la végétation, le niveau d’imperméabilisation des sols…

Ces indicateurs ont permis d’alimenter des modèles hydrauliques et de définir des morpho-types urbains, puis des indicateurs de zones à risque important d’inondation lié au maillage urbain. 

Pilote du projet, le Cerema a mobilisé une équipe pluridisciplinaire (imagerie satellite, modélisation urbaine et des inondations) pour développer des outils de traitement de l’image et construire des indicateurs urbains, et pour la modélisation hydraulique en lien avec l'aménagement. 

Un démonstrateur avec Montpellier Métropole

Grabels, commune de Montpellier Méditerranée Métropole est particulièrement exposée aux risques d’inondations, notamment aux crues soudaines. Face à une urbanisation croissante, son territoire a servi de démonstrateur pour modéliser la propagation des inondations (vitesse et hauteur d’eau), notamment l’impact du ruissellement. Les données issues de ces travaux ont été rendues accessibles via une plateforme de visualisation développée par TerraNIS..

Le projet s’est attaché à développer une méthode de modélisation des crues soudaines sur Grabels, qui a connu un événement de ruissellement particulièrement violent en octobre 2014. Un premier travail a consisté à valider les résultats de la modélisation hydraulique, élaborée par le Cerema, en utilisant la carte d’occupation du sol de 2020, produite par le consortium TerraNIS-Agenium IT & Systems-Airbus D&S, à partir de l’image très haute résolution Pléiades de  2020 (Airbus Defense & Space) au regard des repères de crue relevés en 2014.

Une fois le modèle hydraulique validé, des cartographies de l’occupation du sol sur 12 ans à l’aide de huit images satellitaires Pléiades et Pléiades Neo ont été réalisées afin de modéliser des coefficients de frottement et de ruissellement sur tout le territoire ainsi que leurs évolutions temporelles. Ces coefficients ont été intégrés aux modèles Cartino2D et Telemac2D pour simuler des hauteurs d’eau et les vitesses d’écoulement sur le territoire. Les simulations du projet ont été comparées avec des simulations faisant référence au Cerema.

L’impact de l’événement de 2014 a ainsi été étudié sur les conditions d’occupation du sol des huit images couvrant la période de dix ans, comprenant un incendie majeur, avec une attention particulière sur les conséquences hydrologiques de l’évolution rapide de l’urbanisation. L’impact des précipitations a été comparé entre les conditions avant et après l’incendie de 2017, permettant ainsi d’évaluer l’impact de l’évolution de l’occupation du sol.

Des modélisations d’un événement de crue plus violent à partir des modélisations du climat futur et de la littérature scientifique ont été réalisés. 

Ce travail a permis de valider les cartes d’occupation du sol à très hautes résolutions produites à partir des images satellite, pouvant remplacer la BD-Topo.