Densifier et végétaliser
Le changement climatique implique pour les villes de lutter contre ses causes tout en s'adaptant à ses effets sur les îlots de chaleur urbain, les ressources en eau, et les risques. En conséquence, la pratique de l’urbanisme est aujourd'hui prise dans une triple injonction, apparemment contradictoire, qui redéfinit son paradigme :
- L'injonction de compacité : Contenir la ville pour sanctuariser les espaces naturels et agricoles. Ce socle de la planification vise un tissu urbain dense et cohérent, condition sine qua non pour rendre les transports collectifs viables et rapprocher les habitants de l'emploi.
- L'injonction de perméabilité : Réintroduire le vivant et le cycle de l'eau au cœur du bâti, en particulier dans des villes où la ressource en eau est sous pression. Cette exigence répond à une aspiration sociale forte (cadre de vie) mais constitue surtout un levier de résilience face au changement climatique (îlots de chaleur, gestion des crues).
- L'injonction d'inclusion : Rompre la "mécanique centrifuge" des métropoles. La concentration des ressources génère une éviction des ménages que seuls des volumes d’offre importants et des prix accessibles peuvent tempérer.
Des travaux scientifiques et des expériences de terrain laissent entrevoir la possibilité de nuancer ces contradictions apparentes, et ouvrent de nouvelles pistes opérationnelles permettant de conjuguer la densification, nécessaire pour épargner les terres naturelles et agricoles là où elles sont menacées par l’étalement urbain, et un renforcement du végétal, de la biodiversité et de la fraîcheur dans les secteurs denses.
Villes Vivantes approfondit ces pistes en modélisant des scénarios de développement conjoint de la compacité, de la perméabilité et de l'inclusion, pour une mise en œuvre opérationnelle à toutes les échelles, de la parcelle au territoire, dans le cadre :
- De l’élaboration de documents de programmation,
- De l’élaboration de documents d’urbanisme,
- De l’accompagnement de porteurs de projets,
- De l’animation de formations.
Dans ce contexte, la modélisation de la couverture végétale devient un véritable outil opérationnel pour définir ces scénarios de développement. Elle permet notamment :
- D’identifier les quartiers, les secteurs ou même les parcelles sur lesquels agir en priorité,
- De mesurer les marges de progression quantitative et qualitative,
- D’identifier les interventions sur lesquelles s'appuyer pour transformer simultanément les trajectoires de densification et de végétalisation.
- d’une part, la dynamique de densification à l’échelle du pays a été celle d’une augmentation de densité de population dans les centralités des pôles urbains du pays (et particulièrement dans les trois grandes villes du pays : Copenhague, Aarhus et Odense)
- d’autre part, la couverture végétale (mesurée par indice de végétation par différence normalisée – NDVI) a augmenté globalement dans tous les tissus résidentiels danois, et en particulier dans les grandes villes qui ont connu la densification la plus forte sur la période landsharing.
Modéliser la couverture végétale : déjouer les pièges de l’indicateur unique
Cartographier et apprécier la couverture végétale d'un territoire urbain est un exercice complexe, à la fois dans le recueil et l'exploitation des données, notamment car il n’existe pas de source unique, exhaustive et universelle, chaque donnée présente des avantages et des limites. Il est donc nécessaire de les croiser afin de disposer d’une donnée fiable et exhaustive à partir de laquelle il sera possible de produire des scénarios de développement.
Les données LiDAR : précision et hauteur, mais actualisation limitée
Les données LiDAR de l'IGN constituent la référence en matière de précision géométrique. Elles permettent de restituer avec une grande fidélité la structure tridimensionnelle de la végétation, y compris la hauteur de la canopée, ce qui est déterminant pour évaluer les effets d'ombrage et de rafraîchissement.
Leurs limites tiennent cependant à trois caractéristiques structurelles. D'une part, elles sont issues d'un passage unique et ne permettent pas de restituer la saisonnalité du couvert végétal — distinction fondamentale entre feuillus et persistants, ou entre strates phénologiquement actives selon les saisons. D'autre part, le format natif (fichiers .laz) implique un travail de conversion en raster avant exploitation, ce qui alourdit les traitements. Enfin, les données LiDAR actuellement disponibles ne permettent pas de définir les canopées 2015, 2005, et 1995, ce qui limite les analyses d'évolution.
Les données satellitaires Sentinel : temporalité et dynamique végétale
Les données issues des satellites Sentinel de l'ESA offrent une complémentarité précieuse. Sentinel-2 fournit l'indice de végétalisation NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), qui mesure l'activité photosynthétique et permet de caractériser la densité et la vigueur du couvert végétal. Sentinel-1, via l'analyse de la déformation de la matrice de polarisation radar, apporte quant à lui des informations sur la structure et l'humidité de la végétation.
Leur atout majeur est la récurrence : des données sont disponibles tous les dix jours depuis 2018, permettant une approche de la saisonnalité et du suivi de l'évolution du couvert végétal. Elles se couplent aisément avec des données de qualité végétale et d'indice de chaleur. En revanche, leur résolution au sol initiale de 5 mètres — ramenée à environ 2 mètres par retraitement algorithmique — reste insuffisante pour des analyses à l'échelle de la parcelle fine. Par construction, leur profondeur historique ne remonte pas au-delà de 2018.
La photogrammétrie aérienne : un compromis opérationnel
À mi-chemin entre la précision du LiDAR et la réactivité des données satellitaires, la photogrammétrie aérienne à haute résolution constitue un outil opérationnel précieux. Moins précise que le LiDAR pour la restitution des hauteurs, elle permet en revanche des acquisitions régulières et offre une lecture visuelle directement exploitable par les équipes projet.
Cette approche photogrammétrique de produire une cartographie actualisée du couvert végétal à l’échelle parcellaire. Celle-ci constitue un support d’analyse pour identifier les potentiels de végétalisation et qualifier les situations de déficit ou de surplus végétal au regard des objectifs définis.
La méthodologie de Villes Vivantes pour bénéficier d’une donnée de couverture végétale consolidée
Dans le cadre de ses travaux de recherche et développement sur la Métropole Aix Marseille Provence, Villes Vivantes teste actuellement une méthodologie reposant sur une exploitation croisée des données LiDAR HD de l'IGN (2021) et de l'orthophotographie infrarouge (BD ORTHO IRC).
À partir des données LiDAR, un algorithme identifie et polygonise chaque arbre individuellement et estime la taille de son houppier en fonction de sa hauteur. Les arbustes et haies (dont les hauteurs varient entre 0,5 à 4 m) font l'objet d'une polygonisation distincte, toujours à partir des données LiDAR.
La strate herbacée est quant à elle extraite par calcul du NDVI sur l'orthophotographie infrarouge, en soustrayant les emprises déjà identifiées.
Dans la Métropole Aix-Marseille-Provence, ce traitement a été appliqué aux zones urbaines résidentielles cadastrées (hors domaine public) sur 1 318 dalles LiDAR de 1 km², pour un temps de calcul de 21 jours.
Villes Vivantes : une modélisation reliée à la perception des usagers et au potentiel de biodiversité
L'originalité de l'approche développée par Villes Vivantes réside dans le fait que la modélisation de la couverture végétale ne s'arrête pas à la cartographie de l'existant. Elle constitue le point de départ d'une réflexion intégrant :
- la compréhension des effets réels du végétal — sur le confort thermique, la perception visuelle, la biodiversité effective — qui requiert une articulation avec des approches de terrain à différentes échelles ;
- le potentiel d'accroissement de la biodiversité, parcelle par parcelle, en croisant la structure végétale observée avec des indicateurs de qualité écologique.
Croiser l’approche du végétal avec une modélisation plus globale de l’espace urbain
L’enjeu n’est pas de reproduire en ville la nature ou la « fraîcheur » de la campagne – c’est d’y concevoir les conditions d’accueil des citadins et du vivant. C’est pourquoi la modélisation de la couverture végétale ne prend sens que dans son articulation avec les autres composantes de l’espace urbain.
Cours andalouses, rues étroites, maisons de ville japonaises ventilées par un réseau de micro-jardins… ni détours exotiques ni solutions dépassées, ces organisations bâties denses et compactes protègent du rayonnement et organisent la circulation de l’air sans apport d’énergie. Ce sont des réponses éprouvées face au climat qui vient.
Confort thermique : les arbres aussi ont besoin d’ombre…
Nous plantons des arbres pour nous faire de l’ombre, mais ils en ont besoin autant que nous. L’ombre est la première clé du confort thermique – et elle ne protège pas que les piétons.
L’ombre est la première clé du confort thermique — et elle ne protège pas que les piétons.
Reitberger et al. ont modélisé en UTCI l’interaction entre densité bâtie et couvert arboré dans un quartier allemand3.
Résultat :
- quand les bâtiments sont espacés et les arbres rares, le confort se dégrade,
- quand on ajoute des arbres en zone peu dense, ils compensent en partie,
- mais c’est la combinaison densité bâtie et couvert arboré qui donne les meilleurs résultats.
En zone dense, le bâti pose le socle de confort ; les arbres l’amplifient.
Et cet équilibre est d’autant plus urgent à construire que les arbres eux-mêmes sont menacés. Esperon-Rodriguez et al. ont évalué 3 129 espèces dans 164 villes : 76 % seront à risque thermique d’ici 20504. Les arbres que nous plantons pour nous protéger de la chaleur ont eux-mêmes besoin d’en être protégés.
Opposer densité, compacité et nature, c’est poser la mauvaise question. La ville dense et compacte peut créer l’ombre qui protège le vivant. C’est un enjeu de conception, de mise en œuvre et de maintenance — pas un choix simpliste entre béton et verdure.
Les modélisations de Villes Vivantes intègrent ces éléments essentiels.
Croiser la donnée spatiale avec les approches de terrain
Le chercheur néerlandais Cecil Konijnendijk a développé la règle des 3-30-300, qui formule en trois seuils simples les conditions d'une présence satisfaisante du végétal en ville :
- 3 arbres visibles depuis chaque habitation, pour garantir un lien direct et quotidien de chaque habitant avec la nature ;
- 30 % de couverture végétale dans chaque quartier, pour assurer les fonctions de rafraîchissement, d'amélioration de la qualité de l'air et de support à la biodiversité ;
- 300 mètres maximum entre chaque résidence et un espace vert d'au moins un hectare, pour garantir un accès équitable à la nature pour tous.
Cette règle offre un cadre de référence opérationnel pour évaluer les déficits végétaux à l'échelle du quartier et hiérarchiser les interventions prioritaires. Elle permet également de croiser les résultats de la modélisation spatiale avec des données de perception — le ressenti des piétons, la qualité de l'expérience vécue — que les indicateurs cartographiques seuls ne capturent pas.
Des fiches parcellaires pour qualifier la biodiversité à l'échelle fine
L'approche de Villes Vivantes, développée et testée dans la Métropole Aix-Marseille-Provence, repose sur la production de fiches d'analyse par parcelles « modèles » de taille identique, permettant une comparaison systématique des situations végétales à l'échelle intra-urbaine.
Chaque fiche documente non seulement le taux de couverture végétale, mais aussi la structure des strates (herbacée, arbustive, arborée), la présence ou l'absence d'une canopée continue, et des indicateurs de potentiel biodiversitaire.
Ce travail a mis en évidence des variations considérables d'intensité végétale entre parcelles situées dans des contextes morphologiques comparables. Des parcelles résidentielles présentant des configurations semblables en matière de densité bâtie affichent des niveaux de biodiversité très contrastés — révélant que les arbitrages individuels de gestion des espaces privés jouent un rôle déterminant, souvent supérieur à celui des contraintes morphologiques.
90 % de la canopée vient des jardins privés
Les travaux menés dans la Métropole Aix-Marseille-Provence ont livré un résultat particulièrement éclairant : l'essentiel du végétal urbain — environ 90 % — est implanté sur des parcelles privées. Les espaces publics, pourtant au cœur des politiques de végétalisation, ne représentent qu'une fraction minoritaire du couvert végétal total.
Ce constat redéfinit les priorités d'action. Si la végétalisation des espaces publics demeure essentielle pour l'équité d'accès — plus de 80 % des habitants se trouvent à moins de 300 mètres d'un espace de nature — c'est sur le foncier privé que se joue l'essentiel de la dynamique végétale. Les 2/3 des logements ne bénéficiant pas d'une forte intensité végétale à l'échelle de leur parcelle, le levier de la végétalisation privée représente un gisement considérable.
Vers une modélisation des trajectoires de végétalisation
L'ambition de la démarche va au-delà de l'état des lieux. En s'appuyant sur la combinaison LiDAR / données Sentinel, la modélisation permet d'envisager des scénarios d'évolution du couvert végétal à l'horizon de 10 à 30 ans, en intégrant les dynamiques de densification douce (BIMBY, BUNTI) et les leviers d'action mobilisables sur les espaces privés.
Ces scénarios, développés dans le cadre du projet de recherche conduit à Vichy en partenariat avec VERDI pour l'appel à projets PACT²e, visent à quantifier les bénéfices attendus (thermique, biodiversité, santé, cadre de vie) et à identifier les configurations territoriales où la végétalisation et la densification peuvent se renforcer mutuellement plutôt que s'opposer.
La modélisation intègre également la dimension de justice spatiale : le croisement des cartographies de déficit végétal avec les données socio-économiques permet d'identifier les secteurs où la vulnérabilité climatique et la fragilité sociale se cumulent — et donc de cibler en priorité les leviers d'action publique là où ils seront les plus nécessaires.
Une prise en compte des usages
Différents travaux scientifiques expliquent que la clé, en matière de biodiversité des jardins privés, tient avant tout à la pratique et aux usages des jardiniers, que leur jardin soit grand ou petit.
L’analyse de l’usage du sol réalisée par Hanson et al. fait ressortir plusieurs points marquants :
- Dans les « grands jardins » (730m² sur des parcelles de 866m² en moyenne), les pelouses tondues couvrent 86% de la surface des jardins.
- Comparativement dans les « petits jardins » (162m² sur des parcelles de 271m² en moyenne), les pelouses ne couvrent que 53% de la surface jardinée.
Les travaux et modélisations de Villes Vivantes intègrent ces réalités d’usage dans l’appréciation du potentiel d’accroissement de la présence végétale associé au potentiel de densification douce.