THERMOCITY
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Projet terminé
Projet pionnier pour apprendre à exploiter les données thermiques en ville, Thermocity inspire, voire alimente d’autres projets labellisés SCO.
3 axes de travail ont été définis en collaboration avec les métropoles :
- Suivi de l’occupation du sol / végétalisation en ville
- Détection et caractérisation des anomalies thermiques
- Ilots de chaleur urbain et indice vulnérabilité à la chaleur
De tout ce travail résultent notamment :
PRÉSENTATION
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L’imagerie satellite permet de mesurer la température de surface à l’échelle d’une ville ou d’une métropole de manière régulière. Ce projet utilise des images thermiques dans deux cas de figure distincts, répondant à deux problématiques. La thermographie d’été permet d’identifier les ilots de chaleur. La thermographie d’hiver, quant-à-elle, est utile pour localiser le bâti mal isolé et donner un indice de performance énergétique à l’échelle du quartier ou de la ville. |
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La thermographie peut être croisée avec différentes données, d’origine spatiale (masque de végétation, type de bâti, zone climatique locale…) et non-spatiale (données socio-économiques, consommation énergétique…) pour supporter la politique d’aménagement à l’échelle d’une métropole.
Ce projet s’inscrit par ailleurs dans le cadre du programme préparatoire de la mission TRISHNA qui offrira à l’horizon 2025 des mesures thermiques à l’échelle globale, à haute répétitivité et résolution spatiale.
La phase initiale du projet consiste à identifier et améliorer les données spatiales thermiques récentes sur les zones d’étude. Un effort particulier est mené pour effectuer la meilleure séparation émissivité / température possible dans les conditions particulières du milieu urbain, en s’attachant à donner des incertitudes avec tous les produits générés.
Un autre pan du projet est la modélisation, surtout pour le phénomène d’ilots de chaleur urbains, plus difficile à appréhender que les déperditions énergétiques. Modèles et mesures spatiales sont confrontés dans le but de comprendre les atouts et limitations des deux approches.
Site(s) d’application
- Toulouse
- Paris
- Marseille
- Montpellier
- Strasbourg
DONNÉES ET OUTILS
Satellite
- Copernicus-Sentinel-2 et Pléiades dans le domaine optique
- ECOSTRESS et ASTER dans le domaine thermique
Autres
- Copernicus imperviousness
- Découpage communal et infra-communal IRIS, Open Street Map
- Données sociaux économiques INSEE à l’échelle IRIS
- Base de données nationale des bâtiments, BDNB
Outils
- Cars pour la production de modèles numériques de surface
- Bulldozer pour la production de modèles numériques de terrain
RÉSULTATS - PRODUITS FINAUX
La collection de données THERMOCITY
La première année de travaux THERMOCITY a permis de créer une collection d’images thermiques de type analysis-ready-data (données prêtes pour l'analyse). Après une sélection scrupuleuse des données, un premier traitement de correction géométrique des images a été effectué de manière à parfaitement géolocaliser chaque pixel. Cette étape est indispensable pour effectuer des croisements entre les données de températures et tout autre type de données. Par la suite, un effort particulier a été mené pour effectuer la meilleure séparation émissivité / température possible dans les conditions particulières du milieu urbain, en s’attachant à donner des incertitudes et un indicateur de qualité avec tous les produits générés.
Un problème majeur dans le domaine thermique est la mauvaise résolution spatiale des images. Des techniques de pointe sont donc appliquées aux images thermiques pour améliorer leur définition par combinaison avec des images mieux résolues issues du domaine optique.
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► Figure 1. Collection Thermocity © CNES 👉 En libre accès sur THEIA. |
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Suivi de l’occupation du sol / végétalisation en ville
La réintroduction de végétation en ville est une des principales mesures de mitigation de l’effet d’ilot de chaleur urbain. La végétation contribue par ailleurs au bien-être humain et au maintien de la biodiversité en ville. C’est pour cela que la plupart des grandes métropoles ont des plans de re-végétalisation en cours de déploiement.
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Nous avons donc travaillé sur le territoire de la métropole de Toulouse sur le suivi de l’occupation du sol et la caractérisation fine de la végétation en ville. Des synthèses à différentes échelles, de la commune au quartier, sur le taux d’imperméabilité (cf. Figure 2) fourni par Copernicus permettant d’apprécier l’évolution à grande échelle de l’occupation du sol en ville. ◀︎ Figure 2 © CNES |
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Pour accéder à une information plus précise, il est nécessaire d’utiliser des prises de vue stéréoscopiques Pléiades et ainsi remonter à une information métrique et en 3D. ◀︎ Figure 3 © CNES |
Anomalies thermiques : zones de surchauffe, passoires thermiques
Un outil de détection et caractérisation automatique des anomalies thermiques a été développé. Pour chaque image de température de surface, les anomalies sont géolocalisées, caractérisées (surface et intensité) et contextualisées à l’aide d’Open Street Map.
Figure 4 © CNES
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👉 Les produits anomalies thermiques sont disponibles dans la collection THERMOCITY sur THEIA. La principale limitation dans cette analyse est la résolution spatiale des images de température de surface qui ne permet pas de détecter des anomalies de petite taille à l’échelle du bâtit individuel. |
👉 Dans un avenir proche, la mission franco-indienne TRISHNA produira des données sensiblement mieux résolues spatialement et avec une bien meilleure revisite. De plus, plusieurs projets de constellations privées de petits satellites thermiques avec des résolutions décamétriques sont en cours de développement. Notre outil sera parfaitement utilisable avec ces nouvelles données ! |
Ilots de chaleur de surface, indice de vulnérabilité à la chaleur
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Les mesures de température de surface par satellite permettent de caractériser la surchauffe de la ville. De plus, les missions thermiques peuvent d’observer la Terre de jour et de nuit. Les images de jour nous renseignent sur les zones qui surchauffent sous l’effet du rayonnement solaire, ces mêmes zones qui alimentent la surchauffe globale de la ville de nuit en se comportant comme des radiateurs. ◀︎ Figure 5 © CNES |
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Figure 6 © CNES |
La végétation contribue doublement au confort thermique urbain. De jour, en plus d’apporter de l’ombre aux passants, la végétation chauffe moins au soleil qu’une surface artificielle car elle utilise le rayonnement solaire pour faire de la photosynthèse. Nous avons caractérisé la température de surface en fonction de l’occupation du sol : la surface d’un parc 100% végétalisé est typiquement 5°C plus fraiche en moyenne qu’une surface constituée exclusivement de matériaux artificiels. |
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Figure 7 : Paris, température de surface de nuit en été à gauche, indice de vulnérabilité à la chaleur à droite prenant en compte les données socio-économiques. © CNES |
Pour finir, on peut utiliser les images thermiques pour modéliser la distribution spatiale de l’exposition à la chaleur. Par croisement avec des données socio-économiques, on obtient un indice de vulnérabilité à la chaleur qui tient compte de l’âge de la population, des revenus et même des performances thermiques des bâtiments.
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👉 Les carte de températures de surface ainsi qui les indices de vulnérabilité associés sont disponibles dans la collection THERMOCITY sur THEIA.
Modélisation du climat urbain : validation croisée et climat futur
Une autre façon de comprendre le comportement thermique de la ville est de modéliser le climat urbain. Alors qu’il n’est pas possible de mesurer maintenant ce qui se passera dans le futur, il est tout à fait possible de le modéliser. Avec l’aide de Météo-France, nous avons donc décidé d’essayer de quantifier l’impact du changement climatique sur l’ilot de chaleur urbain dans le futur.
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L’étude n’a pas mis en évidence de modification de la morphologie de l’ICU dominant car le temps sensible (ensemble des éléments significatifs de l’état de l’atmosphère) le plus probable en climat futur sur Montpellier reste inchangé. ► Figure 8 © Météo-France |
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En revanche, l’étude permet de quantifier les variations de fréquence des temps sensibles dans le futur. On constate alors que, dans un scénario futur tel que décrit par le GIEC RCP8.5, le temps sensible favorisant une surchauffe de la ville sera 50% plus probable en 2099 ! ► Figure 9 © Météo-France |
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✚ Pour en savoir plus
- Des données en libre accès sur THEIA
- 🎥 Un webinaire OPEN-IG de présentation du projet
- 🎥 Une vidéo pédagogique basée sur le projet Thermocity pour expliquer les enjeux de l’adaptation urbaine aux jeune
📂 4 Rapports disponibles au téléchargement dans la section Ressources ci-dessous :
- 2 Rapports sur le traitement des données thermiques :
- traitement géométrique par le CNES (en anglais)
- traitement radiométrique par l’ONERA (en anglais)
- Rapport de Météo-France (en français)
- Rapport du CNES sur l’exploitation des données thermiques en ville (en français)
Références
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Thermocity sur GEO Knowledge Hub du Group on Earth Observations (GEO), un référentiel numérique pérenne : https://doi.org/10.60566/cckwb-hqr05 |
Projets SCO liés
Les Actus du projet
- 18/09/2023 : Thermocity, pionnier des données thermiques par satellite en ville
- 10/03/2022 : Thermocity confie ses données à Théia
- 09/06/2021 : Vidéo (YouTube) Thermocity, la donnée thermique au service de la ville : extrait de la Première trimestrielle du SCO France, où le projet se présente sous l’angle « utilisation des données satellite » suivi d'un point d’avancement
Thermocity_Geometric correction_CNES.pdf
