Projet de soutien à l'initiative « la Ceinture et la Route » : Analyse des séries temporelles de télédétection des perturbations environnementales liées à la construction du parc industriel Chine-Biélorussie

Note : Ce projet de recherche a été réalisé avec le soutien du Programme conjoint de recherche et de coopération de l’Alliance des organisations scientifiques internationales de la Ceinture et la Route.

Le Parc industriel sino-biélorusse de la Grande Pierre (ci-après dénommé Parc industriel sino-biélorusse) est situé près de Minsk, capitale du Bélarus, et constitue une coentreprise sino-biélorusse. Les actionnaires chinois, la China National Machinery Industry Corporation (SINOMACH) et Harbin Investment Group Co., Ltd., détiennent 60 % des parts ; les actionnaires bélarusses, le gouvernement régional de Minsk, le gouvernement municipal de Minsk et Belarusian Horizon Holding Group, détiennent les 40 % restants. Idéalement situé à proximité de l’aéroport international de Minsk, le parc industriel s’étend sur une superficie totale de 91,5 km², dont 8,5 km² constituent la première phase du projet.

Le parc industriel sino-biélorusse Great Stone est un projet de coopération dans le cadre de l'initiative « la Ceinture et la Route », réalisé conjointement par la Chine et le Bélarus. Il s'agit du plus grand parc industriel chinois à l'étranger. Ce projet, développé et promu conjointement par les dirigeants des deux pays, est devenu, après près de dix ans, un parc moderne doté d'infrastructures complètes, d'un environnement commercial de premier ordre et de concepts de gestion avancés. Il représente également le plus important projet d'attraction d'investissements du Bélarus et est considéré comme un fleuron de l'initiative « la Ceinture et la Route ».

Le parc comprend plusieurs bâtiments industriels standardisés que les entreprises peuvent louer ou acheter. La conception et la construction de ces bâtiments intègrent pleinement les principes du développement durable, en privilégiant la lumière naturelle, la ventilation et les technologies d'économie d'énergie afin d'optimiser l'utilisation des ressources tout en réduisant l'impact environnemental.

Introduction aux méthodes de traitement des données

1. Des images à long terme (2016-2024) ont été collectées dans la zone de construction du parc industriel sino-biélorusse, et les indices NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) et NDBI (Normalized Difference Built-up Index) ont été calculés. Ces deux indices reflètent la répartition de la végétation et des zones bâties environnantes.

 NDVI = (NIR-Rouge)/(NIR+Rouge) 

L'indice NDVI est utilisé pour évaluer la santé de la végétation. En comparant la réflectance dans le proche infrarouge (NIR) et le rouge, il permet d'identifier et de distinguer efficacement la végétation verte. Les valeurs de NDVI se situent généralement entre -1 et 1.

Une valeur élevée (proche de 1) indique une végétation saine et luxuriante.

Les valeurs faibles (proches de 0 ou négatives) indiquent un manque de végétation ou des zones sans couverture végétale, comme des sols nus ou des plans d'eau.

 NDBI=(SWIR-NIR)/(SWIR+NIR) 

L'indice NDBI est utilisé pour mesurer les zones bâties. En comparant la réflectance des bandes infrarouges à ondes courtes (SWIR) et du proche infrarouge (NIR), le NDBI permet d'identifier et de distinguer efficacement les zones bâties. Les valeurs du NDBI se situent généralement entre -1 et 1.

Les valeurs élevées (proches de 1) indiquent des zones bâties.

Les valeurs faibles (proches de 0 ou négatives) indiquent des zones non bâties, qui peuvent être de la végétation, des plans d'eau, etc.

△Carte de localisation du parc industriel de la Grande Pierre Chine-Biélorussie

△ Évolution des images de télédétection de la zone du parc industriel de 2000 à 2024

Introduction aux méthodes de traitement des données

2. Avant l'acquisition des images, les nuages ​​ont été filtrés selon un seuil de couverture nuageuse de 25 %, puis un algorithme de masquage a été utilisé pour les éliminer. La zone d'étude présentant un climat continental tempéré à saisons marquées, la couverture nuageuse est élevée de novembre à mars de l'année suivante, ce qui entraîne de nombreuses lacunes dans les données. Par conséquent, pour les zones où le nombre de pixels exploitables est insuffisant, une méthode combinant les moyennes mensuelles et trimestrielles a été employée afin d'intégrer les données, de compléter les pixels masqués par les nuages ​​sur chaque image et de rééchantillonner à une résolution de 30 mètres.
3. Une fois les données traitées, les images raster de chaque scène sont intégrées dans un raster multidimensionnel netCDF ou converties en points vectoriels, et des attributs temporels sont ajoutés.
4. Les données comportant des attributs temporels mentionnés ci-dessus sont agrégées dans un cube spatio-temporel, qui inclut les informations numériques NDVI et NDBI.
5. Les zones d'intérêt spatio-temporelles émergentes, les valeurs aberrantes locales et les points de rupture sont analysés sur le cube spatio-temporel.
6. Affichez et visualisez les résultats ci-dessus, interprétez-les en fonction de la situation réelle du projet et vérifiez-les en les comparant à l'image RGB originale.

Affichage des résultats

1. Analyse des points chauds spatio-temporels émergents

△ Résultats de l'analyse spatio-temporelle des points chauds émergents de l'indice de végétation NDVI

D’après les résultats de l’analyse, les changements de végétation dans la zone du projet entre 2016 et 2024 sont les suivants : les zones bâties dans la zone du projet sont classées en zones froides persistantes, zones froides continues et zones froides intensifiées.

Les zones froides persistantes sont identifiées comme étant des bâtiments qui existaient avant le début du projet et qui étaient encore là en mai 2024. La comparaison d'images satellites révèle qu'il s'agit notamment de routes importantes, de sous-stations électriques, de parcs logistiques, d'entrepôts et de bureaux de douane qui existaient avant le début du projet.

La zone de froid continue désigne les caractéristiques du terrain qui complètent la zone de froid persistante. Il s'agit de parcelles de terrain planifiées avant le début du projet et achevées en mai 2024.

Ces zones de froid accrues peuvent être interprétées comme des chantiers de construction qui ont été en cours de réalisation de manière intermittente jusqu'en mai 2024.

Les zones froides éparses représentent des régions qui, en mai 2024, ne comportent toujours aucun terrain vacant ni bâtiment à faible densité.

Les zones froides dans les fluctuations représentent des zones couvertes de végétation pendant la majeure partie de la durée du projet, jusqu'à la fin de la période de surveillance et la conversion du terrain en espace ouvert ou en bâtiments.

△ Résultats de l'analyse des points chauds spatio-temporels émergents de l'indice NDBI des bâtiments

D’après les résultats de l’analyse, les changements survenus dans les bâtiments situés dans la zone du projet entre 2016 et 2024 sont les suivants :

Les zones bâties au sein de la zone du projet sont classées comme suit : zones à risque dispersées, zones à risque fluctuant, zones à risque persistant et zones à risque décroissant progressivement.

Les zones à forte densité de végétation continue indiquent les secteurs restés vacants ou en construction pendant toute la durée du projet. Les zones à forte densité de végétation fluctuante représentent des secteurs auparavant majoritairement végétalisés, mais qui sont désormais principalement en construction. Les zones à forte densité de végétation dispersées indiquent des secteurs en construction. Les zones à faible densité de végétation décroissante peuvent être interprétées comme des secteurs où la densité de végétation augmente progressivement, probablement en raison d'aménagements paysagers, de cultures artificielles ou de travaux de restauration. Les zones à faible densité de végétation dispersées restantes sont des secteurs végétalisés.

2. Résultats de l'analyse des valeurs aberrantes locales

△ Résultats de l'analyse des valeurs aberrantes locales dans l'indice de végétation NDVI

L'analyse des valeurs aberrantes locales permet d'identifier des regroupements et des valeurs aberrantes statistiquement significatifs dans les environnements spatiaux et temporels. Dans ce cas, la présence de plusieurs types de valeurs aberrantes indique que les variations spatio-temporelles de l'indice de végétation NDVI sont complexes et très variables, sans regroupement significatif évident. Les regroupements de valeurs faibles sur la figure représentent des zones où l'indice de végétation est constamment bas, ce qui corrobore les résultats d'analyses antérieures des points chauds spatio-temporels émergents.

△ Résultats de l'analyse des valeurs aberrantes locales de l'indice NDBI des bâtiments

L'analyse de regroupement des données de l'indice de bâti a permis d'identifier simultanément des zones densément bâties et des zones densément végétalisées. On a également constaté la présence de quelques valeurs aberrantes à proximité de la route principale, en direction nord-est, indiquant une activité d'aménagement du territoire dans ce secteur.

3. Résultats de la détection et de l'analyse des points de rupture.

△ Résultats de la détection des points de rupture de l'indice NDBI des bâtiments

△ Résultats de la détection des changements de l'indice NDVI des bâtiments

D’après les résultats du suivi des points de rupture des indices NDVI et NDBI, les périodes de mars à octobre 2017 et de février à décembre 2022 ont constitué les phases de développement les plus intenses du projet, durant lesquelles les variations des indices de végétation et de bâtiments ont été les plus marquées. Des phases de développement intermittentes ont également été observées. Le suivi a par ailleurs clairement mis en évidence l’avancement des travaux de voirie dans la partie ouest du parc industriel : la section sud a été achevée entre fin octobre 2019 et fin janvier 2020 ; la section centrale, entre février et mi-mai 2020 ; la section nord, entre fin août et mi-décembre 2020 ; et le raccordement des sections centrale et sud, entre fin mars et mi-juillet 2021.

Globalement, tout au long des travaux de construction du parc industriel, de 2016 à nos jours, l'évolution du couvert végétal et des bâtiments a été globalement cohérente dans le temps et l'espace, avec des phases et des zones bien délimitées. Cela indique que l'aménagement et l'utilisation du terrain ont été réalisés de manière ordonnée, conformément au plan, que les perturbations de la végétation environnante ont été limitées, qu'une partie du couvert végétal a été préservée lors des travaux d'aménagement et que des travaux d'aménagement paysager et de restauration de la végétation ont été effectués pendant la construction.

Cela confirme également que l'imagerie de télédétection en séries temporelles peut fournir des informations plus riches sur l'évolution du territoire, permettant ainsi un suivi plus complet et exhaustif des changements environnementaux sur de vastes zones. Elle constitue un outil d'analyse plus performant pour la protection de l'environnement, le suivi des progrès des travaux d'ingénierie et la création de terres agricoles de haute qualité.