# Amélioration de la prise en compte des services écosystémiques des arbres urbains grâce aux données géonumériques

Alexandre Mielniczek, Florence Jacquinod

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Alexandre Mielniczek, Florence Jacquinod. Amélioration de la prise en compte des services écosystémiques des arbres urbains grâce aux données géonumériques. SAGEO 2025, CNRS; GDR MAGIS; AVIGNON UNIVERSITE; UMR ESPACE, May 2025, Avignon, France. 10.13140/RG.2.2.16275.80160. . hal-05189733

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Submitted on 28 Jul 2025

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# Amélioration de la prise en compte des services écosystémiques des arbres urbains grâce aux données géonumériques

Alexandre MIELNICZEK ¹,², Florence JACQUINOD ²

1. Navier, Ecole des Ponts, Univ Gustave Eiffel, CNRS, Marne-la-Vallée, France
alexandre.mielniczek@enpc.fr

2. Univ Gustave Eiffel, ENSG, IGN, EIVP, LASTIG, F-75019 Paris, France

**ABSTRACT.** Cities have a strong impact on the environment through their energy consumption. Climate change exacerbates these impacts by intensifying extreme weather events, such as heatwaves and heavy rainfall, with increasing frequency. Concurrently, a global biodiversity crisis threatens ecological stability, underscoring the need for conservation efforts to sustain life on Earth. Cities must therefore minimize their environmental footprint and safeguard their growing populations while adapting to evolving climatic conditions. Urban trees can provide a range of ecosystem services, including mitigation of extreme weather effects, enhancement of life quality, and support for biodiversity conservation. However, the effectiveness of these ecosystem services requires rigorous assessment to ensure their viability and optimize urban planning strategies. This study proposes the integration of existing models for evaluating urban trees ecosystem services into eco-design tools for sustainable urban development. These models rely on morphological data, such as tree age, diameter, height, and species, which remain insufficiently documented especially in the case of urban trees. To address this gap, we suggest the use of geodata for comprehensive tree inventories. Databases containing essential tree metrics can significantly enhance the accuracy of environmental impact assessments for urban development projects, enhancing the design of resilient and biodiverse urban spaces.

**MOTS-CLES** : données géonumériques, arbre urbain, services écosystémiques

**KEYWORDS:** geodata, urban tree, ecosystem services
# 1. Introduction

La conception de zones urbaines moins impactantes vis-à-vis de l'environnement est un objectif majeur dans le contexte actuel de changement climatique. La méthode de l'analyse de cycle de vie (ACV) pour l'ecoconception des projets urbains est développée depuis le début des années 2000 (Popovici et Peuportier 2004). Cette méthode permet la prise en compte des impacts environnementaux d'un produit ou d'un système tout au long de sa durée de vie. A l'échelle urbaine, plusieurs défis sont à relever pour une utilisation opérationnelle de l'ACV dont l'élargissement de la prise en compte de la végétation et le développement de méthodes permettant de pallier l'absence de données en phase amont de conception, lorsque des décisions à fort impact environnemental sont prises. Nous présentons ici des apports possibles de données géonumériques sur les arbres urbains. Après un état de l'art sur la prise en compte des arbres dans l'ACV des projets urbains et la présentation de notre méthode, nous listons les données nécessaires pour le calcul des impacts environnementaux et l'évaluation de certains services écosystémiques potentiellement rendus par les arbres. Nous proposons ensuite une première version d'équations allométriques pour décrire la croissance des arbres urbains. Nous esquissons enfin des perspectives sur les manières de mobiliser les données géonumériques pour améliorer ces premiers travaux.

# 2. Etat de l'art

Aujourd'hui les arbres urbains concentrent de nombreuses attentes en matière de services écosystémiques. Ces services peuvent concerner notamment des services de régulation comme la limitation du ruissellement, la régulation des mouvements de terrains, l'amélioration de la qualité de l'air, des eaux et des sols, la participation à la gestion des déchets (Brachet 2020). Un benchmark des outils d'ACV capables de traiter l'échelle urbaine a montré que les espaces verts n'y sont pris en compte que via la surface qu'ils représentent afin d'évaluer l'imperméabilité du site, le changement d'utilisation du sol ou encore le volume de déchets liés à la maintenance des espaces verts (Mielniczek et al. 2023). Des travaux récents ont montré la possibilité de lier des méthodes d'analyse de cycle de vie et des méthodes d'évaluation des services écosystémiques (Babí Almenar et al. 2023). Les méthodes existantes ne sont cependant pas toujours adaptées aux phases amont de conception du fait du manque de données inhérent à cette phase. L'analyse de l'ensemble du cycle de vie d'un espace vert nécessite d'estimer plusieurs paramètres morphologiques des arbres à différents âges. Les arbres urbains et leurs dynamiques de croissance sont mal connus ; il y a peu de recherches, elles reposent sur des échantillons restreints et ne sont pas basées sur des arbres européens (Rötzer et al. 2019). La mise à disposition en Open Data de données sur les arbres urbains est une opportunité pour adapter les outils d'estimation de croissance des arbres. Cette opportunité doit néanmoins être étudiée plus avant avec des écologues car les obstacles à l'exploitation de données en Open Data restent nombreux (accès, homogénéité des sources et des informations, représentativité et exhaustivité (Serra-Diaz et al. 2018)).
### 3. Méthode

Nous avons d'abord étudié les littératures scientifique et grise pour recenser les méthodes existantes d'évaluation des impacts environnementaux et des éventuels services écosystémiques rendus par les arbres. Cela nous a permis de proposer de nouvelles formules de calculs pour améliorer les outils d'ACV des projets urbains. Ces calculs nécessitent de pouvoir estimer la morphologie des arbres tout au long du cycle de vie d'un espace vert urbain, ce que nous faisons en utilisant des équations allométriques basées sur des travaux existants (McPherson et al. 2016). Les limites des données utilisées pour ces équations nous amènent à envisager l'utilisation de données géonumériques sur les arbres urbains pour améliorer nos premières propositions.

### 4. Résultats

La Figure 1 présente la succession des calculs nécessaires à l'amélioration de la prise en compte des impacts et bénéfices environnementaux des arbres urbains dans les outils ACV existants. A gauche les données nécessaires en entrée sont volontairement peu nombreuses pour que l'outil puisse être utilisé en phase amont de conception. Les équations allométriques permettent de déduire des caractéristiques morphologiques des arbres au cours du temps pour évaluer les indicateurs souhaités.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1. Méthode proposée</figcaption></figure>

Ces équations reposent sur les travaux de McPherson et al. (2016), faits à partir de mesures d'arbres dans différents états américains et servant de référence à des outils de calculs des bénéfices écosystémiques des arbres utilisés dans de nombreux pays (iTree). Nous avons ici sélectionné les données de zones climatiques comparables aux zones climatiques françaises.

La base de données utilisée par McPherson et al. (2016) présente des limites : elle ne comprend pas d'arbres très anciens (maximum 105 ans pour les essences nous intéressant), peu d'arbres ont été mesurés<fnref n="1" /> et l'estimation de l'âge des arbres est

<footnote n="1">¹ 70 arbres par classe de diamètre du tronc, soit 5 à 10 arbres pour chacune des 9 classes.</footnote>
considérée par les auteurs comme le point faible de la méthode, à cause du manque de données sur les arbres mesurés. Aussi, l'apport de bases de données contenant des informations morphologiques sur des arbres existants, ainsi que leur âge, seraient très utiles pour affiner les paramètres des équations proposées par McPherson.

En février 2025, 14 bases de données d'arbres urbains contenant des attributs sur la date de plantation et/ou l'âge de l'arbre, la hauteur de l'arbre et le diamètre du tronc sont disponibles en open data sur le catalogue data.gouv.fr. 42% de ces données, soit 174 886 arbres, ont l'ensemble des attributs précités sous une forme exploitable (dont 85% ont aussi l'espèce indiquée). Sont ainsi déjà disponibles des données "locales" (françaises) plus nombreuses que celles de McPherson, pouvant être utilisées pour confirmer et/ou affiner les paramètres des équations allométriques. Une des équations de McPherson permet par exemple de déduire la hauteur de l'arbre à partir du diamètre du tronc à hauteur de poitrine : hauteur = 1/racine(a + b × (diamètre)), où a et b sont des coefficients dépendant de l'espèce et de la zone climatique.

La figure 2 ci-dessous montre les données de McPherson et al. (2016) et celle de la Ville de Nantes (toutes espèces confondues) et des régressions permettant d'estimer les équations. L'exploitation de ces données doit maintenant faire l'objet d'un travail plus précis, prenant en compte les différentes espèces.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2. Données et régressions liant diamètre et hauteur (McPherson et Nantes)</figcaption></figure>

Des algorithmes existent aujourd'hui pour déterminer automatiquement certaines caractéristiques des arbres comme la taille du tronc et de la couronne à partir de nuages de points (Chen et al. 2024). Cela ouvre des perspectives pour la création de jeux de données sur la morphologie des arbres urbains, notamment avec la disponibilité de données LIDAR HD de l'IGN sur l'ensemble du territoire.
[ISBN: 978-2-910545-13-X, Mai 2025, Avignon]

Amélioration de la prise en compte des services écosystémiques des arbres urbains grâce aux données géonumériques

**5. Discussion et perspectives**

Les méthodes que nous proposons d'intégrer à l'ACV des projets urbains permettent d'évaluer une partie des services écosystémiques, ainsi que les impacts environnementaux des arbres urbains (arrosage, déchets, etc.). La précision de ces évaluations est cruciale pour aménager au mieux les espaces urbains de manière sobre et adaptée au changement climatique. Les données géonumériques pourraient permettre d'améliorer ces évaluations et notamment le modèle allométrique que nous proposons. Ce modèle a été conçu à partir de bases de données contenant peu d'arbres. Les données en Open Data sur des arbres urbains existants pourraient être exploitées pour confirmer ou corriger les paramètres des équations. La possibilité de déterminer automatiquement des données morphologiques des arbres lors de la création ou de la mise à jour de bases de données urbaines et la diffusion de notre méthode de calcul, qui sera mise à disposition à la fin de notre projet, pourraient ainsi élargir les utilisations possibles des données sur la végétation au service de la transition écologique.

**Bibliographie**

Babí Almenar, Javier, Claudio Petucco, Guido Sonnemann, Davide Geneletti, Thomas Elliot, et Benedetto Rugani. 2023. « Modelling the net environmental and economic impacts of urban nature-based solutions by combining ecosystem services, system dynamics and life cycle thinking: An application to urban forests ». *Ecosystem Services* 60 (avril):101506. https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2022.101506.

Brachet, Aline. 2020. « Méthodologie d'évaluation hybride des interactions entre la biodiversité et les systèmes urbains : vers une synergie entre l'Analyse de Cycle de Vie, l'expertise écologie et la data science ». Phdthesis, Museum national d'histoire naturelle - MNHN PARIS. https://theses.hal.science/tel-03433005.

Chen, Chen, Haodong Wang, Duanchu Wang, et Di Wang. 2024. « Towards the digital twin of urban forest: 3D modeling and parameterization of large-scale urban trees from close-range laser scanning ». *International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation* 127 (mars):103695. https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.103695.

McPherson, Gregory, van Doorn, Natalie, Peper, et Paula. 2016. « Urban tree database ». Forest Service Research Data Archive. https://doi.org/10.2737/RDS-2016-0005.

Mielniczek, Alexandre, Charlotte Roux, et Florence Jacquinod. 2023. « Benchmark of ecodesign LCA tools at neighborhood scale ». septembre. https://hal.science/hal-04248215.

Popovici, Emil, et Bruno Peuportier. 2004. « Using Life Cycle Assessment as Decision Support in the Design of Settlements ». In, 6. Eindhoven.

Rötzer, T., Astrid Moser-Reischl, Stephan Pauleit, et Hans Pretzsch. 2019. « Process based simulation of tree growth and ecosystem services of urban trees under present and future climate conditions ». Science of The Total Environment 676 (mai):651-64. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.235.

Serra-Diaz, Josep M., Brian J. Enquist, Brian Maitner, Cory Merow, et Jens-C. Svenning. 2018. « Big data of tree species distributions: how big and how good? » *Forest Ecosystems* 4 (1): 30. https://doi.org/10.1186/s40663-017-0120-0.