# Urbanisation des plaines alluviales : nouvelles perspectives à l'échelle globale

Barbara Belletti, Hervé Piégay, Christiane Weber, Pierre Audisio, Liolia Bajemon, Fanny Bourgeau, Josselin Burriat, Sara Haniche

## ► To cite this version:

Barbara Belletti, Hervé Piégay, Christiane Weber, Pierre Audisio, Liolia Bajemon, et al.. Urbanisation des plaines alluviales: nouvelles perspectives à l'échelle globale. Semaine Ecologie Environnement Biodiversité 3ème édition - Comprendre les socio-ecosystèmes pour agir, CNRS EE, May 2024, Saint-Etienne, France. hal-04801964

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Submitted on 25 Nov 2024

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Public Domain
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# Urbanisation des plaines alluviales : nouvelles perspectives à l'échelle globale

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

Barbara Belletti

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Université
Jean Monnet
Saint-Étienne

Co-auteurs: H. Piégay, C. Weber, S.Haniche, l'équipe GloUrb (https://glourb.universite-lyon.fr/partenaires/), et la gruppe de doctorant.e.s : P. Audisio, L. Bajemon, F. Bourgeau, J. Burriat

Saint-Étienne, 30/05/2024

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# L'urbanisation mondiale

En 2050 68% de 11 milliards d'humains dans le monde seront urbains

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Population dans les agglomérations ayant 300k habitants ou plus en 2018 (N=1860)</figcaption></figure>

Source : ONU 2018

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United
Nations
# Urbanisation mondiale et plaines alluviales

* 50% des agglomerations (données ONU) sont localisées dans les **plaines alluviales** (1.5 milliard de personnes en 2018)

Degrée d'urbanisation dans les plaines alluviales

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# Urbanisation mondiale et plaines alluviales

* 50% des agglomerations (données ONU) sont localisées dans les **plaines alluviales** (1.5 milliard de personnes en 2018)

* Les zones urbaines occupent moins du 10% des zones de plaine par continent (**hotspots** exclus)

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Degrée d'urbanisation dans les plaines alluviales</figcaption></figure>

Urbanisation / plaine alluviale du Nile

0 75 150 km

sources : GHS SMOD, GFPlain, Carto Positron

GHSL-SMOD, GFPLAIN250m

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# Urbanisation mondiale et socio-écosystèmes (plaines)

## PLAINE ALLUVIALES

* Occupent **moins du 3%** de la surface de la Terre

* Soutiennent la vie sur Terre

* Fournissent des **services** pour le bien-être des humains

* Sont **menacées** par les **activités humaines** : ouvrages, pollution, changement climatique, expèces exotiques, ... et urbanisation

Où se trouvent les plaines inondables les **plus / moins impactées** ? Où celles menacées par l'urbanisation future ?

Quels sont les **menaces** ? Pour **qui** ou pour **quoi** ?

Comment **surveiller** et **prévenir** les effets de l'urbanisation sur les plaines alluviales, notamment à l'échelle mondiale ?

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# Le projet GlUrb

Floodplain Urbanisation at Global Scale

## TROIS HYPOTHÈSES

**(H1)** L'urbanisation des plaines inondables varie en termes d'intensité, d'étendue et de causes sous-jacentes. Par exemple, cela n'est qu'en partie causé par la croissance de la population humaine. **=> Où ? Pourquoi ?**

**(H2)** L'urbanisation, une menace pour les paysages et les écosystèmes des corridors fluviaux. **=> Quelles conséquences?**

**(H3)** L'urbanisation accroît les inégalités sociales en termes d'accès à des conditions environnementales sûres et saines, mais certaines solutions locales peuvent être généralisées pour les minimiser.
**=> Quelles conséquences? Quelles solutions?**

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

<figure><img src="image_16.png" /></figure>
# Le consortium

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* Cinq laboratoires français

* Comité Scientifique International

* USA: J. Opperman (WWF); A. Chin (Univ. Denver); P. Gao (Univ. Syracuse)

* Inde: V. Jain (IIT Gandhinagar)

* Am. du Sud: S. Yepez (Univ. Conception)

* China: Z. Li (Univ. Wuhan)

* Afrique: en cours

* Interdisciplinarité

* Géomorphologie fluviale

* Analyse d'image et du signal

* Télédétection (systèmes fluviaux et urbains)

* Ecologie des hydrosystèmes et terrestre

* Géographie de l'environnement et urbaine

* Sciences informatiques

* Droit comparé

* Economie

* Financements

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H₂O'Lyon
Université de Lyon

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

LABEX
IMU
UNIVERSITÉ DE LYON

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>B. Belletti</figcaption></figure>

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>S. Dunesme</figcaption></figure>

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>L. Vaudor</figcaption></figure>

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>UMR 5600</figcaption></figure>

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>L. Rey</figcaption></figure>

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>H. Parmentier</figcaption></figure>

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>H. Piégay (PI)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>G. Pinay</figcaption></figure>

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>M. Lussault</figcaption></figure>

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>M. Cottet</figcaption></figure>

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>V Chiu</figcaption></figure>

<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>S. Dolédec</figcaption></figure>

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

LEHNA

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

GATE
Lyon / St-Etienne

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>F. Colas</figcaption></figure>

<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>B. Kaufmann</figcaption></figure>

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>P. Polomé</figcaption></figure>

<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>E. Barbe</figcaption></figure>

<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>C. Weber (co-PI)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>F. Cernesson</figcaption></figure>

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

tetis
TERRITORY ENVIRONNEMENT TELEVISION
INFORMATION SPATIALE

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>C. Jabea</figcaption></figure>

<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>N. Guiffant</figcaption></figure>

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>S. Haniche</figcaption></figure>

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>D. Ienco</figcaption></figure>
# L'approche GlWrb

Floodplain Urbanisation at Global Scale

## QUOI

* Caractériser et quantifier les **patrons** d'urbanisation (matrice paysagère) et

* Informer et surveiller leurs **effets** sur les socio-écosystèmes des

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plaines à l'échelle mondiale

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

## COMMENT

* Utiliser les **données existantes** à l'échelle mondiale : images satellites et produits dérivés ; topographie, données hydro-écologiques, biodiversité et population ; données du web, OSM et wiki ; socio-économie et droit comparé

* Une **sélection stratifiée** des zones d'étude

* 300 sites => 50 sites => 5-10 sites

* Critères de sélection : hydro-climat, topographie, croissance démographique, taille de la ville et de la plaine alluviale, étalement urbain, disponibilité des données

## OÙ ET QUAND

* Étendue longitudinale : tronçon urbain + zones en amont et en aval (« Contrôle » vs. « Impact »)

* Étendue latérale : plaine alluviale => corridor fluvial (~ 40 ans)

* Cadre temporel : années 1980 - aujourd'hui

HydroSHEDS

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<figure><img src="image_52.png" /></figure>

sentinel-2

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

JRC
EUROPEAN COMMISSION

<figure><img src="image_55.png" /></figure>

WorldClim

GDW

<figure><img src="image_56.png" /></figure>

GBIF

IUCN

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

Freshwater
Information
Platform

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

WIKIDATA

<figure><img src="image_59.png" /></figure>

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

WIKIPEDIA

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

THE WORLD BANK

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

United
Nations

GHSL - Global Human Settlement Layer

<figure><img src="image_63.png" /></figure>

Québec / Fleuve St. Laurent
# Urbanisation et plaines : la diversité de configurations

Une première typologie base sur hydro-climat, topographie, démographie (taille et croissance), développement, taille de l'agglomeration => de 900 à 300 villes

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

HDI ++
Pop. Growth --

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

Cluster 5:
Paris-Seine river

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

HDI --
Pop. Growth ++

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

Cluster 10:
Lokoja-Niger river

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# Urbanisation et plaines : la diversité de configurations

<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>Palm Bay</figcaption></figure>

<figure><img src="image_70.png" /></figure>

En termes de physiographie :
confluences, villes cotières, position
ville/cours d'eau

<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>Paris</figcaption></figure>

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

En termes de taille :
hydrosystème vs. ville
# Urbanisation et plaines : la diversité d'effets

## Effets locaux sur le corridor fluvial dans le tronçon urbain

### Lhassa la rivière Lhasa (Chine)

- +150k croissance de la population (1950-2010)

- Artificialisation du traçé, endigements

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

<figure><img src="image_74.png" /></figure>
# Urbanisation et plaines : la diversité d'effets

## Effets locaux et dans la matrice fluvio-paysagère aval de la ville

### Delhi et la rivière Yamuna (Inde)

* +26.7M croissance de la population (1970-2020)

* Croissance de la surface urbaine, changement de la morphologie, perte d'habitats marginaux

<figure><img src="image_75.png" /></figure>
# Urbanisation et plaines : la diversité d'effets

## Effets dans la plaine alluviale et sur les ressources (eau, sediments) aval de la ville

### Denver et la rivière South Platte (US)

* +1.7M croissance de la population (1970-2020)

* Extraction de sédiments dans la plaine aval avec des effets potentiels sur la ressource en eau

<figure><img src="image_76.png" /></figure>
# Urbanisation et plaines : un enjeux interdisciplinaire

## physique

Caractérisation des dynamiques fluviales, traitement du signal et de l'image

<figure><img src="image_77.png" /></figure>

<figure><img src="image_78.png" /></figure>

EVS
Environnement
Ville Sociale

Cnrs
UMR 5600

<figure><img src="image_79.png" /></figure>

<figure><img src="image_80.png" /></figure>

EVS
Environnement
Ville Sociale

Cnrs
UMR 5600

<figure><img src="image_81.png" /></figure>

## géographie sociale

Discours sur les rivières à partir des données du web

## Grappe de thèses

## géographie physique

Transformations paysagères des corridors fluviaux, conséquences environnementales de l'urbanisation

<figure><img src="image_82.png" /></figure>

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

EVS
Environnement
Ville Sociale

Cnrs
UMR 5600

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

<figure><img src="image_87.png" /></figure>

<figure><img src="image_88.png" /></figure>

EVS
Environnement
Ville Sociale

Cnrs
UMR 5600

## écologie

Impacts de l'urbanisation sur la biodiversité et les fonctions écosystémiques
# Caractériser les effets sur la matrice paysagère et le corridor

## Identifier les **types de changements** (surfaces en eau, paysage fluviale) et l'expliquer

<figure><img src="image_89.png" /><figcaption>Posadas-Paraná</figcaption></figure>

Remplissage du barrage
1994 2020

<figure><img src="image_90.png" /></figure>

<figure><img src="image_91.png" /></figure>

PhD F. Bourgeau (EVS / LEHNA)
**géographie physique**

[Source : Pekel et al. 2016. Nature 540, 418-422]

300 => 50 sites
# Caractériser les effets sur la matrice paysagère et le corridor

## Identifier les **types de changements** (surfaces en eau, paysage fluviale) et l'expliquer

<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Posadas-Paraná</figcaption></figure>

Remplissage du barrage

1994

2020

<figure><img src="image_93.png" /></figure>

<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>PhD F. Bourgeau (EVS / LEHNA)
**géographie physique**</figcaption></figure>

[Source : Pekel et al. 2016. Nature 540, 418-422]

## Améliorer la caractérisation et la capacité de **détection des changements** dans l'espace (longitudinal, lateral) et le temps

<figure><img src="image_95.png" /></figure>

Outils de
ségmentation et
labélisation de l'image
innovants

Débrouitage et
visualisation du
changement dans
l'espace-temps

<figure><img src="image_96.png" /></figure>

300 => 50 sites

<caption>PhD P. Audisio (ENS-LP / EVS)
**physique**</caption>

[Source : Landsat, Sentinel-2, GloUrb]

<figure><img src="image_97.png" /></figure>
# Caractériser les effets sur le socio-écosystème

## Modéliser la réponse de la biodiversité mondiale aux changements dans les plaines et les effets sur la relation entre biodiversité et fonctions écosystémiques

### Richesse spécifique (potentielle brute) - Anoures

<figure><img src="image_98.png" /></figure>

<table><thead><tr><td>predictors</td><td> poids</td></tr></thead><tbody><tr><td>cost_shoreline</td><td>18,16</td></tr><tr><td>bio19</td><td>17,03</td></tr><tr><td>DSM</td><td>16,20</td></tr><tr><td>slope</td><td>11,43</td></tr><tr><td>soc</td><td>7,81</td></tr><tr><td>nitrogen</td><td>6,97</td></tr><tr><td>aspect</td><td>5,92</td></tr><tr><td>solar放射ation</td><td>4,90</td></tr><tr><td>bio03</td><td>3,89</td></tr><tr><td>bio08</td><td>3,72</td></tr><tr><td>phh2o</td><td>2,00</td></tr><tr><td>bdod</td><td>1,97</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_99.png" /></figure>

anura_richness

<figure><img src="image_100.png" /></figure>

Richesse potentielle nette = Brute + Filtres environnementaux (diversité matrice, topographie, pollutions, surfaces impérmeabilisées)

<figure><img src="image_101.png" /><figcaption>PhD J. Burriat (LEHNA / EVS)
écologie</figcaption></figure>

[Source : global DB on biodiversity (GBIF), land cover, ...]

300 => 50 sites
# Caractériser les effets sur le socio-écosystème

## Modéliser la réponse de la biodiversité mondiale aux changements dans les plaines et les effets sur la relation entre biodiversité et fonctions écosystémiques

## Analyser les discours sur le rapport entre la ville et son cours d'eau, identifier les enjeux, les conflits potentiels

### Richesse spécifique (potentielle brute) - Anoures

<figure><img src="image_102.png" /></figure>

<table><thead><tr><td>predictors</td><td> poids</td></tr></thead><tbody><tr><td>cost_shoreline</td><td>18,16</td></tr><tr><td>bio19</td><td>17,03</td></tr><tr><td>DSM</td><td>16,20</td></tr><tr><td>slope</td><td>11,43</td></tr><tr><td>soc</td><td>7,81</td></tr><tr><td>nitrogen</td><td>6,97</td></tr><tr><td>aspect</td><td>5,92</td></tr><tr><td>solar放射ation</td><td>4,90</td></tr><tr><td>bio03</td><td>3,89</td></tr><tr><td>bio08</td><td>3,72</td></tr><tr><td>phh2o</td><td>2,00</td></tr><tr><td>bdod</td><td>1,97</td></tr></tbody></table>

Richesse potentielle nette = Brute + Filtres environnementaux (diversité matrice, topographie, pollutions, surfaces impérmeabilisées)

<figure><img src="image_103.png" /></figure>

Résultats en anglais sur le Rhône à Lyon

<figure><img src="image_104.png" /></figure>

Résultats en français sur le Rhône à Lyon

<figure><img src="image_105.png" /><figcaption>PhD J. Burriat (LEHNA / EVS)
écologie</figcaption></figure>

[Source : global DB on biodiversity (GBIF), land cover, ...] 300 => 50 sites (=> 5-10?)

<caption>PhD L. Bajemon (EVS)
géographie sociale</caption>

[Source: Search engine, wiki data, ...]

<figure><img src="image_106.png" /></figure>
# Urbanisation et plaines : un enjeux interdisciplinaire

physique
Caractérisation des dynamiques fluviales, traitement du signal et de l'image

## Grappe de thèses

géographie physique
Transformations paysagères des corridors fluviaux, conséquences environnementales de l'urbanisation

<figure><img src="image_107.png" /></figure>

géographie sociale
Discours sur les rivières à partir des données du web

<figure><img src="image_108.png" /></figure>

GATE

Lyon / 50-8000

CITS

UMR 5400

<figure><img src="image_109.png" /></figure>

tetis

<figure><img src="image_110.png" /></figure>

+

Stages 2024 et 2025

économie (L. Estienne), droit, qualité de l'eau, hydrologie

<figure><img src="image_111.png" /></figure>

Risque de pénurie d'eau > assèchement

Tensions acteurs / milieux > partage de ressources

300 => 50 sites (=> 5-10?)
Merci de votre attention

barbara.belletti@cnrs.fr

https://glourb.universite-lyon.fr/

<figure><img src="image_112.png" /></figure>

WELCOME TO GLOURB PROJECT

GloUrb addresses the issue of floodplains urbanisation at global scale since the 1980s based on an interdisciplinary and integrated approach. This project aims to produce and share knowledge on the functioning and evolution of these floodplains, being ecosystems essential for societies but vulnerable, in order to promote more effective and sustainable management.

The GloUrb project is funded by the 2023 call of the ANR (French National Research Agency) and co-funded by the Graduate School EUR "H20 Lyon" and the Excellence Laboratory "Intelligence des Mondes Urbains", in the framework of their joint initiative "Water and Urban World".

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<figure><img src="image_116.png" /></figure>

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