Soutenance mémoire
Nature et stockage de carbone : présent et futur
Scénarios IPCC
Autrefois, l’Homme a connu des variations climatiques naturelles mais ce qui fait la différence par rapport aux variations actuelles est la vitesse du réchauffement. Le réchauffement climatique en lui-même est un phénomène mais les activités d’origine anthropique telles que l’activité économique humaine, les émissions des gaz à effet de serre et d’aérosols, ou/et les changements de la couverture terrestre et l’utilisation du sol, favorisent l’accroissement de la vitesse du réchauffement. Ainsi, ceci induit des conséquences multiples et difficiles à cerner, dont une grande majorité à des effets irréversibles, aux échelles régionale et planétaire, à l’avenir (IPCC, 2007).
C’est dans le but d’analyser les changements climatiques possibles, leurs impacts et les solutions pour les atténuer, que l’Intergovernmental Panel on Climat Change (IPCC)1 a élaboré des scénarios futurs définis par quatre canevas , A1, A2, B1 et B2, décrivant les relations entre les sources qui conduisent aux émissions de gaz à effet de serre et d’aérosols, et de leur évolution au cours du 21ème siècle à l’échelle régionale et globale.
Chaque canevas proportionne une famille, laquelle montre les différentes évolutions démographiques, sociales, économiques, technologiques et environnementales auxquelles le monde est soumis. En général, les scénarios combinent deux types de tendances, un ensemble qui varie entre les fortes implications environnementales ou économiques, et l’autre qui tend bien à augmenter la globalisation ou bien la régionalisation (Nakicenovic, 2000 ; IPCC, 2007). Voici les quatre familles :
• A1 : présente un monde futur avec une croissance économique très rapide, une population croissante jusqu’à atteindre son maximum au milieu du 21 siècle pour décliner par la suite, et une rapide introduction des efficaces et modernes technologies.
• A2 : présente un monde futur très hétérogène dont la population ne cesse pas d’augmenter et le rythme de la croissance économique est plus lent par rapport aux autres scenarios. Le thème sous-jacent est l’autosuffisance et la préservation des identités locales.
• B1 : propose un monde convergent avec la même population globale que dans le scenario A1, mais avec des changements rapides dans les structures économiques, avec l’introduction des technologies propres et utilisant les ressources de manière efficiente.
Cette famille vise à trouver des solutions mondiales pour une vers une viabilité économique et une équité mondiale mais sans des initiatives en ce qui concerne le climat.
• B2 : cette dernière famille met l’accent sur des solutions locales au sujet des développements économique, social et environnemental, adaptées à une population toujours en augmentation. Les scenarios sont dirigés vers la protection de l’environnement et l’équité sociale.
Scénarios IPCC
En total 40 scénarios ont été développés à partir de six équipes de modélisation. L’ensemble des scénarios se composent des 6 six groupes découlant des quatre familles principales : un groupe pour chacune des familles A2, B1 et B2 et trois groupes pour la famille A1, caractérisant des évolutions respectives des technologies énergétiques: A1F (intensité d’utilisation des combustibles fossiles), A1B (équilibre) et A1T (prédominance des combustibles non fossiles) (Nakicenovic, 2000 ; IPCC, 2007) (Figure 2).
Figure 2. Caractéristiques résumées des quatre canevas narratifs du Rapport spécial d’IPCC sur les scénarios d’émissions (RSSE), publié en 2000. Ce rapport contient des scénarios des futures émissions de gaz à effet de serre accompagné de canevas narratifs sur les développements sociaux, économiques et technologiques (IPCC, 2007).
Le Canton de Genève
Le Canton de Genève situé à l’ouest de la Suisse, d’une surface de 282.5 km2, compte 469.433 habitants, en date du 31 décembre 2012, répartis dans les 45 communes qui composent le territoire. La croissance de la population du canton genevois s’est accélérée ces derniers ans tandis que le parc de logements s’est peu développé dans la dernière décennie (DIM, 2010). Selon les dernières projections démographiques de l’Observatoire statistique transfrontalier (OST), la population genevoise subis un accroissement d’entre 24% et 33%, donc en 2040 Genève compterait 618.000 habitants (de Weck, 2012).
A Genève, comme d’une manière générale dans le monde, la flore fait face à diverses pressions comme l’urbanisation croissante, les modifications des pratiques agricoles ou encore l’arrivée des espèces exotiques envahissantes. Les forêts, tant naturelles qu’artificielles, et les arbres disséminés à travers toute la municipalité, jouent un rôle décisif dans l’écologie, l’esthétique et le développement socio-économique. De même, les forêts sont riches en biodiversité et hébergent une grande variété d’espèces de faune et de flore.
Selon la figure 3, la surface forestière genevoise, privée et publique, est stable depuis 1990 avec 3200 hectares ne recouvrant que le 10% de la surface cantonale, un pourcentage faible par rapport à la moyenne suisse qui est de 29%. Néanmoins, la surface agricole recule d’un 9.5%, en 24 ans, n’occupant qu’un 37.8% du territoire genevois, soit 106.78 km2 (OCSTAT, 2015).
Figure 3. Répartition des surfaces (km2) du canton de Genève selon le type, en 1980, 1992, 2004 et 2012. Selon l’Office Cantonale de la Statistique (2015) la surface d’habitat et d’infrastructure a passé d’occuper un 29.0% du territoire en 1980 à 35.0% en 2012 ; par contre la surface agricole a diminué d’un 43.7% (1980) jusqu’à atteindre 37.8% en 2012. La surface boisée a évolué modérément au long des années comme la surface improductive.
Questions de recherche
La structure du rapport se divise en trois parties. D’abord, la partie « Introduction » qui comporte la définition, brève histoire et intégration dans le milieu urbain des services écosystémiques, la présentation des outils de cartographie ainsi que des scénarios IPCC, le cadre analytique du Canton de Genève et les trois questions de recherche. Ensuite, la partie « Méthodologie » comprend une présentation, les résultats et la discussion de chacune des démarches suivies : évolution du couvert végétal, génération des scénarios futurs et évaluation du stockage de carbone. La troisième partie est la « Discussion générale et conclusion ». Cette section discute les résultats obtenus lors des analyses réalisées et répond aux questions de recherche posées dans la première partie du rapport.Le but principal de ce travail est d’analyser l’évolution du couvert végétal du canton genevois au fil des années ainsi que d’évaluer le stockage de carbone présent, selon la carte des milieux naturels fournie par le Conservatoire et Jardin Botaniques (CJB), et futur, selon les scénarios les plus extrêmes proposés par l’IPCC. Par ailleurs, les suivantes questions ont été abordées lors du travail:
• Au niveau cantonal, a-t-il fortement évolué le couvert végétal en termes de NDVI ? Et les espaces verts en ville ?
• Est-ce que les scénarios futurs fournis par InVEST sont-ils pertinents où par contre ils présentent des limitations ?
• A l’heure actuelle, quelle est la répartition du stockage de carbone comme service écosystémique ? Quel est l’avenir de ce service ?
Nature et stockage de carbone : passé, présent et futur
Les milieux naturels du canton genevois jouent un rôle très important et leur stabilité et maintien induit des conséquences directes à court et long terme pour la société. Les espaces verts et la végétation urbaine occupent une place importante dans les milieux urbains. Les espaces verts apportent des lieux de détente et de récréation ainsi la végétation urbaine contribue à la réduction de la pollution, « nettoie » l’air et l’eau et réduit l’îlot de chaleur urbaine en bénéfice de la population (Nowak, 2006 ; Long, 2012). De même, le stockage de carbone, comme service écosystémique, est en lien avec la surface boisée dont la végétation urbaine est inclue.
Le développement durable, la protection de la biodiversité et l’augmentation de la qualité de vie dans les villes sont des thèmes d’actualité qui mobilisent d’ailleurs le public, les gestionnaires et les pouvoirs publics. Or, l’investissement stratégique dans l’évaluation des services écosystémiques pourrait être pris en charge par les organismes fédéraux, les fondations philanthropiques, les groupes du secteur public ou privé afin de soutenir les prises de décisions basées sur les services écosystémiques.
Pour la cartographie, les données utilisées seront fournies par la Carte des milieux naturels du Canton de Genève (CJB), laquelle est issue d’une approche de modélisation, prédiction, système expert ainsi que des observations de terrain récentes ; le STIG (Système d’information du territoire genevois) offre toute une série des couches utiles lors des analyses :
• CAD_Batiment_Horsol
• CAD_Commune
• CAD_Limite_Canton
• FFP_Cadastre_Foret
• GEO_Lac
• OCS_Pobatlog_Commune
• SPD_Espaces_Verts
• SPD_Inv_Agricole
• Ortophoto Genève 1991
• Ortophoto Genève 2012
Concernant l’évaluation et l’évolution du stockage de carbone par les milieux naturels du canton, l’objectif est de tester l’outil InVEST. Celui-ci permet de cartographier, de quantifier et d’évaluer l’état actuel des services écosystémiques et les divers scénarios futurs à son développement future. Bien que des nombreux outils de cartographie soient à disposition, tels que InFOREST o CITYgreen, InVEST a l’avantage de ne pas demander une licence de « software » de Système d’Information Géographie (SIG) pour son emploi. De ce fait, InVEST est un outil « Open Acess » téléchargeable directement depuis le site du « Natural Capital Projet » (Tallis, 2011).
Evolution du couvert végétal genevois : NDVI
La première démarche de cette étude est d’analyser et évaluer l’évolution du couvert genevois du territoire genevois entre 1992 et 2011. Pour se faire, l’indice choisi est le NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), un des indices les plus robustes et utilisés lors des différents études ayant par sujet l’analyse et évaluation de la végétation. Comme les autres indices de végétation, le NDVI est sensible à la présence de végétation verte. Malgré l’efficace de ce paramètre à mesurer la croissance des plantes, déterminer les types de couvert végétal et contrôler la production de biomasse, sa capacité de minimisation de l’influence du sol et de l’atmosphère est relativement basse (Towers, 2009).
Méthodologie
D’abord, des images satellites de Genève pour de différentes périodes ont été choisies afin d’analyser et d’évaluer le changement du couvert végétal du canton de Genève. Pour se faire, le site landcover.org offre des nombreuses images satellitaires dont uniquement deux offrent une correcte visualisation du territoire. La première photo aérienne correspond au mois d’août 1992 (format TM) et la deuxième correspond au mois d’août 2011 (format ETM+), toutes les deux ayant une taille de 185 x 185 kilomètres et une résolution de 30 mètres. Important : toutes les couches ont été projetées dans le même système de coordonnées que les images satellites.
La procédure se continue par le calcul du NDVI, mesure de l’activité photosynthétique des plantes, pour chacune des images, dont la formulé utilisée est la suivante : IR, intensité lumineuse en bande infrarouge, correspond au canal 4 tandis que R, intensité lumineuse en bande rouge, correspond au numéro 3. Pour afficher les résultats en une échelle allant de -1 à 1 au lieu de 0 à 255, la formule ci-dessus doit être modifiée (Raster calculator) : Le processus offre comme résultats deux cartes (format raster) représentant le NDVI par mois et année (NDVI_1992 / NDVI_2011) ; étant donné que les images occupent une surface majeure que celle du canton genevois, quatre possibles démarches sont conçues afin d’afficher que la zone d’intérêt, en ce cas précis le canton de Genève :
Extract by polygon : puisque le canton est un polygone irrégulier il n’est pas viable l’introduction de toutes les coordonnées géographiques.
Erase : le résultat du NDVI (raster) n’est pas convertible en polygone donc cette option se refuse.
Clip : le raster ne se découpe pas par la couche polygone CAD_Communes.
Extract by mask : est l’outil choisi, malgré la création des nouveaux artefacts sur la photo lors du processus. Le mask est la couche CAD_Commune fournie par le SITG.
Après cette première procédure, il est possible de calculer la différence de NDVI sur chaque pixel des images grâce au Raster calculator selon le calcul: NDVI_1992 – NDVI_2011. Un nouveau raster (Evolution NDVI) apparaît ayant un grand nombre de classes, lesquelles se reclassent qu’en deux catégories en déplaçant les bornes de l’histogramme du raster, dans le but de mieux interpréter les résultats et d’observer la perte et la variation du couvert végétal. Pour calculer la surface évoluée, un nouveau champ du type Short Interger et dénommé « Surface_Ha » a été créé ; pour afficher la surface en hectares il ne reste plus qu’à chercher sur les Statistics de le dite champ.
Pour rendre la cartographie des changements visible sur Google Earth, le raster « Evolution NDVI », se reclasse (Reclassification) et se transforme en polygone, de cette manière il est même possible de calculer la surface ayant subis un changement. Une fois le polygone obtenu, dénommé « Evolution du couvert végétal », il est nécessaire d’extraire la zone comprenant le lac Léman afin de mieux afficher les résultats et visualiser que les surfaces terrestres. Pour ceci, d’abord s’extrait le « lac » à partir de la couche GEO_Lac, en utilisant l’outil Erase. Finalement, ledit polygone se transforme en format KML.
Résultats
Le NDVI se classifie en 5 catégories ce qui facilite l’interprétation. Les zones ayant des valeurs inférieurs à 0 (rouge) correspondent bien à des couvert de sol artificielles ou bien à d’eau ; les zones oranges prennent de valeurs entre 0 et 0.2 donc des sols nu et/ou de la végétation morte ; la végétation dispersée et peu vigoureuse se colorie en jaune coïncidant avec des valeurs supérieurs à 0.2 et inférieurs à 0.4 ; le vert clair (0.4< NDVI<0.6) reflète une végétation abondante et vigoureuse et le vert foncé, valeurs de NDVI supérieurs à 0.6, font référence à des zones de végétation très dense et vigoureuse.
En général, pour les deux cartes, les zones rouges (NDVI <0) correspondent essentiellement aux zones bâties et au sol nu. Des zones consacrées aux activités agricoles et viticoles ainsi qu’à la végétation urbaine montrent de valeurs supérieures de NDVI (couleur orange ou jaune) comme la prairie, un des milieux les plus importants du canton. Par contre, les milieux naturels tels que les forêts (riveraine et cordon, les buissons-roncier et les chênaies, colorés en vert, prennent des valeurs plus élevés grâce à leur composition floristique (espèces de flore). Les zones vertes foncées, peu représentatives, se localisent à l’intérieur de zones inclues dans la catégorie précédente. C’est-à-dire, à l’intérieur des surfaces avec un NDVI entre 0.4 et 0.6.
Selon la figure 4A, les emplacements à abondante végétation, vert clair, sont facilement reconnaissables et ils sont localisés dans différentes communes du canton. La vallon de l’Allondon, la Vallon de la Laire et/ou le Bois de Jussy sont inclus dans cette catégorie tandis que le Bois du Château (Vernier) et le Bois de Treulaz (Aire la Ville) correspondent à une dense végétation, couleur vert foncé. Les zones prenant des valeurs de NDVI moyen sont disséminées le long du territoire tandis que les valeurs les plus bas se concentrent davantage dans les communes urbaines, voir le noyau concernant la commune de Genève ou la zone de l’aéroport.
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Table des matières
1. Introduction
1.1. Surfaces terrestres : utilisation et couverture du sol
1.2. Intégration des services écosystémiques dans le milieu urbain
2. Scénarios IPCC
3. Le Canton de Genève
4. Questions de recherche
5. Nature et stockage de carbone : présent et futur
5.1. Evolution du couvert végétal genevois : NDVI
5.1.1. Méthodologie
5.1.2. Résultats
5.1.3. Discussion et recommandations à l’avenir
5.2. Génération des scénarios futurs
5.2.1. Méthodologie
5.2.3. Résultats
5.2.4. Discussion et recommandations à l’avenir
5.3. Stockage du carbone
5.3.2. Méthodologie
5.3.3. Résultats
5.3.4. Discussion
6. Discussion générale
7. Conclusion
8. Bibliographie
9. Annexes
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