Où vivent les humains ? Une nouvelle carte offre plus de détails que jamais.

image d'une carte stylisée Monsieur Tech

L'un des objectifs importants de la géographie est d'évaluer la présence humaine et son impact sur la planète. Un bon point de départ est de comprendre où vivent les humains.

C'est plus facile à dire qu'à faire. La population mondiale est d'environ 7 milliards d'habitants, dont environ la moitié vit dans les villes. De nombreuses entreprises ont cartographié avec enthousiasme les villes modernes et les petites agglomérations. Des entreprises telles que Google et Microsoft, et même l'organisation open source OpenStreetMaps, disposent de cartes complètes de nombreuses régions du monde.

Mais ce travail a tendance à se concentrer sur le monde développé, où les profits potentiels sont les plus élevés, et sur les zones urbaines où la concentration de personnes est la plus élevée. De plus, les cartes commerciales varient en résolution et sont basées sur des images commerciales dont l'accès est extrêmement coûteux.

Ainsi, les géographes ont depuis longtemps créé leurs propres cartes des établissements humains qui sont plus précises, cohérentes à l'échelle mondiale et librement disponibles. Ces cartes sont basées sur des données satellitaires non commerciales et couvrent l'ensemble de la planète. Le premier, des années 1980, avait une résolution d'environ un kilomètre ; l'incarnation la plus récente, appelée Global Urban Footprint, a une résolution de 12 mètres et est basée sur des données recueillies en 2012.

Ces cartes ont leurs limites, bien sûr. L'empreinte urbaine mondiale est basée sur des images radar prises par une paire de satellites allemands appelés TerraSAR-X et TanDEM-X. Un problème est que les forêts denses ressemblent beaucoup aux établissements dans les données radar, et les conditions atmosphériques peuvent parfois déformer les images.

Les cartes de peuplement basées uniquement sur des données optiques présentent des lacunes similaires. Par exemple, la couche mondiale des établissements humains produite par le Centre commun de recherche de la Commission européenne est basée sur une résolution de 30 mètres du satellite Landsat-8. Dans ces images, le sol nu et le sable peuvent parfois être confondus avec des agglomérations, et eux aussi peuvent être déformés ou obscurcis par les conditions atmosphériques.

Les géographes souhaitent donc vivement une carte à plus haute résolution qui surmonte ces problèmes et qui soit globalement cohérente et librement disponible.

Entrez Mattia Marconcini et ses collègues du Centre aérospatial allemand de Wessling, qui ont dévoilé une carte mondiale des établissements humains qui montre l'empreinte de l'humanité plus en détail et avec une plus grande précision que jamais. Ils appellent leur carte World Settlement Footprint 2015 (l'année où les images ont été prises), et elle est disponible gratuitement sur le site Web de partage de données universitaires Figshare. (L'ensemble de données est énorme !)

Les chercheurs ont déployé des efforts extraordinaires pour minimiser ou éliminer les erreurs qui affectaient les cartes antérieures. Ils le font de deux manières.

Premièrement, pour contourner les distorsions causées par des conditions météorologiques extrêmes ou inhabituelles, ils ont étudié plusieurs images du même lieu prises à des dates différentes mais dans la période cible de l'année 2015.

Ils ont ensuite comparé ces images, en partant du principe que les établissements humains évoluent dans le temps d'une manière différente des autres caractéristiques de surface telles que les forêts, les terres agricoles, etc. Cela atténue également les effets des phénomènes météorologiques extrêmes.

Deuxièmement, ils ont effectué cette analyse sur des images radar du satellite radar Sentinel-1 et sur des images optiques du satellite d'observation de la Terre Landsat-8. De cette manière, les défauts des images radar sont atténués par l'imagerie optique et inversement.

Au total, l'équipe a analysé plus de 300 000 images de la surface de la Terre, les données optiques représentant à elles seules 1,5 pétaoctet. Enfin, les deux résultats sont correctement combinés ensemble, disent Marconcini et ses collègues, ajoutant que c'est la première fois que ce type de double analyse est effectué.

Bien sûr, ce travail ne peut pas être fait par des yeux humains. Au lieu de cela, les analyses sont effectuées automatiquement par un algorithme de vision artificielle exécuté sur un supercalculateur en République tchèque et par Google via sa plateforme de cloud computing. L'algorithme est formé pour repérer les établissements humains et les distinguer des autres utilisations des terres.

Il existe une autre différence importante entre le World Settlement Footprint 2015 et les cartes précédentes. Pour s'assurer que la classification des établissements est exacte, les chercheurs ont utilisé le crowdsourcing humain pour vérifier un ensemble de 900 000 zones sélectionnées au hasard par rapport à des données de vérité sur le terrain.

Fait intéressant, ces données sont des images de Google Earth, dont la résolution varie de 1,5 mètre, pour les images satellite optiques, à seulement 15 centimètres pour les données aéroportées. Cette imagerie commerciale ne peut pas être utilisée pour faire la carte elle-même car elle est trop chère.

Marconcini et ses collègues décrivent ce type de validation comme sans précédent.

Le résultat est une carte de l'empreinte de l'humanité sur toute la planète (hors Antarctique) avec une précision et une cohérence sans précédent. Il y a encore quelques limites, cependant. La carte a une résolution de 10 mètres, ce qui rend difficile la détection de petites structures telles que des cabanes, des hangars et des tentes ou des habitations abritées par un feuillage important. Cela ne tient donc pas bien compte des nomades ou de toute personne vivant dans une petite habitation isolée.

Néanmoins, Marconcini et ses collègues ont créé un travail précieux qui aidera les démographes, les sociologues, les économistes et un certain nombre d'autres chercheurs à mieux comprendre les établissements humains et leur impact.

Les établissements humains sont la cause et la conséquence de la plupart des changements environnementaux et sociétaux sur Terre, disent-ils. Ce travail devrait permettre de comprendre comment.

Réf : arxiv.org/abs/1910.12707 : Décrire où vivent les humains ‒ L'empreinte mondiale des établissements humains 2015

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