Îlots de chaleur du Québec urbain (2013 et 2022) : cartographie, analyse de changement et exemple d’utilisation Brindusa Cristina Budei, Ph. D.Marc-Antoine Genest, M. Sc. Jean Marchal, Ph. D.Mathieu Varin, M. Sc. Fiston Nininahazwe, M. Sc.Emmanuelle Boulfroy, M. Sc. Batistin Bour, M. Sc.Vincent Gauthray-Guyénet, Ph. D.

1. Îlots de chaleur du Québec urbain
(2013 et 2022) : cartographie,
analyse de changement et exemple
d’utilisation
Brindusa Cristina Budei, Ph. D.
Jean Marchal, Ph. D.
Fiston Nininahazwe, M. Sc.
Batistin Bour, M. Sc.
18 OCTOBRE 2023
CERFO.QC.CA
Marc-Antoine Genest, M. Sc.
Mathieu Varin, M. Sc.
Emmanuelle Boulfroy, M. Sc.
Vincent Gauthray-Guyénet, Ph. D.

2. CERFO.QC.CA
Brindusa Cristina Budei
- Chercheuse en télédétection
Centre d’enseignement et de recherche en foresterie (CERFO),
CÉGEP de Sainte-Foy
- Baccalauréat en Géographie environnementale
Université de Montréal
- DESS en Systèmes d’information géographiques
UQAM
- Ph. D. en Sciences de l’environnement
UQAM
18 OCTOBRE 2023 PROJET DE RECHERCHE 2

3. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 3
Plan de la présentation
1. Introduction : Intérêt d’évaluer les îlots de chaleur et de
fraîcheur urbains
2. Projet 1: Cartographie des îlots de chaleur urbains et
évaluation des changements entre 2013 et 2022
3. Projet 2: Utilisation de la carte des îlots de chaleur pour
identifier les sites prioritaires pour verdissement
Association forestière des deux rives
18 OCTOBRE 2023

4. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 4
Plan de la présentation
1. Introduction : Intérêt d’évaluer les îlots de chaleur et de
fraîcheur urbains
2. Projet 1: Cartographie des îlots de chaleur urbains et
évaluation des changements entre 2013 et 2022
3. Projet 2: Utilisation de la carte des îlots de chaleur pour
identifier les sites prioritaires pour verdissement
Association forestière des deux rives
18 OCTOBRE 2023

5. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 5
1. Introduction
Îlot de chaleur urbain : définition
Températures plus élevées dans les milieux urbains que dans les zones rurales avoisinantes
18 OCTOBRE 2023
L’écart de température
- jusqu’à 19 ˚C entre le centre de l’agglomération urbaine et un point de référence en milieu forestier
- jusqu’à 13 ˚C entre 0 et 30 % de canopée
« Vivez-vous dans un îlot de chaleur? », Journal de Québec, 13 juillet 2016
Middel et al., 2015
Température
de
l’air
(˚C)
% couverture de canopée

6. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 6
Intérêt d’évaluer les îlots de chaleur
• Détérioration de la qualité de l’air extérieur et
intérieur
• Hausse de la demande en énergie
• Hausse de la demande en eau potable
• Impacts sur la santé : hausse de la vulnérabilité
- Personnes ayant une maladie chronique
- Jeunes enfants
- Personnes âgées
- Populations socialement isolées
Institut national de santé publique du Québec. 2009. Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains – revue de littérature. Direction des risques biologiques, environnementaux et occupationnels, 95 p.
« Qualité de l’air : les “mauvaises” journées ont
augmenté à Montréal », Radio-Canada, 18 juin 2019
18 OCTOBRE 2023

7. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 7
Température de l’air /
température de la surface
• Température de l’air
- Hauteur de la mesure (2 mètres)
- Vents
- Proximité des plans d’eau ou des forêts
• Température de la surface
- Réchauffement différentiel des matériaux
- Différentes capacités de stockage et d’émission de chaleur
(eau / ciment / végétation)
• Température ressentie
- Facteur humidité
• Température au soleil / à l’ombre
18 OCTOBRE 2023
https://www.researchgate.net/figure/Schematic-depiction-of-the-main-components-of-the-urban-atmosphere-Modified-after_fig1_286134867

8. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 8
Introduction
Température de référence / Température mesurée par télédétection
18 OCTOBRE 2023
https://meteofrance.com/comprendre-la-
meteo/temperatures/quest-ce-que-la-temperature
Station météo
- par contact direct avec
l’air
- température de l’air
- mesures continues
- à l’ombre
- à 2 mètres au-dessus
du sol
- à l’abri du vent
Par images satellitaires
- à distance par
enregistrement du
rayonnement thermique
- température de la surface
- mesure discontinue au sol
- seulement par ciel sans
nuages
- temps de revisite du
satellite
https://meteofrance.com/comprendre-la-
meteo/temperatures/quest-ce-que-la-temperature

9. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 9
Plan de la présentation
1. Introduction : Intérêt d’évaluer les îlots de chaleur et de
fraîcheur urbains
2. Projet 1: Cartographie des îlots de chaleur urbains et
évaluation des changements entre 2013 et 2022
3. Projet 2: Utilisation de la carte pour identifier les sites
prioritaires pour verdissement
Association forestière des deux rives
18 OCTOBRE 2023

10. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 10
Cartographier les îlots de chaleur et de fraîcheur urbains (ICFU)
• dans le Québec urbain *
• pour les années 2013 et 2022
• afin d’effectuer une analyse de changement
*Québec urbain :
- Centres de population
400 habs/km2, min 1 000 habitants + 2 km zone tampon
- Écoumène du Québec
zone habitée + 2 km zone tampon
18 OCTOBRE 2023

11. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 11
Principales
étapes
18 OCTOBRE 2023

12. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 12
Principales
étapes
18 OCTOBRE 2023

13. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 13
1. Données et prétraitements
18 OCTOBRE 2023
Landsat 8/9
2013, 2014, 2015
2022, 2021, 2020

14. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 14
1. Données et
prétraitements
Images Landsat 8 et 9
• Niveau de traitement :
• Collection 2 Tier 1 Level 1 Top of the
atmosphere reflectance
• Images d’été (d’automne)
• Images
- 2013, 2014, 2015
- 2022, 2021, 2020
18 OCTOBRE 2023
Hermosilla 2016 Mass data processing
of time series Landsat imagery:
pixels to data products for forest monitoring
Image automne/été

15. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 15
1. Données et prétraitements
Données de température USGS
18 OCTOBRE 2023
Imagerie QC Bande 10 Bande de température USGS

16. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 16
1. Données et prétraitements
Détection des nuages et des ombres :
algorithme d’apprentissage profond
18 OCTOBRE 2023

17. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 17
1. Données et prétraitements
• Bandes Rouge Vert Bleu : Fusion (pansharpening) avec la bande panchromatique pour augmenter la
résolution (méthode HSV - Hue Saturation Value) + correction de l’image fusionnée selon la radiométrie
de l’image initiale (régression).
• Bandes Infrarouge : Reéchantillonnage à 15m (plus proche voisin)
18 OCTOBRE 2023
Image brute (30 m) Image fusionnée (15 m) Image fusionnée corrigée (15 m)

18. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 18
1. Données et prétraitements
Mosaïque
Prioriser :
- les images de l’année de référence (2022 ou 2013)
- l’homogénéité de la mosaïque (même date d’acquisition)
- les images d’été, semaine la plus chaude (30e)
18 OCTOBRE 2023

19. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 19
Principales
étapes
18 OCTOBRE 2023

20. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 20
2. Calcul des variables
A. Variables spatio –temporelles
• Position géographique (latitude, longitude et altitude)
• Date d’acquisition de l’image
B. Indices spectraux
18 OCTOBRE 2023
NDVI GI (indice de verdure)
Landsat-8

21. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 21
2. Calcul des variables
C. Classifications d’occupation du territoire
18 OCTOBRE 2023
4 classes
(démixage spectral)
6 classes
(random forest)
Landsat-8

22. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 22
2. Calcul des variables
D. Variables topologiques
18 OCTOBRE 2023
Landsat-8
Distance
lac, fleuve et mer
Distance Construction
Distance
Végétation
arborescente

23. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 23
Principales
étapes
18 OCTOBRE 2023

24. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 24
3. Modèle de prédiction
de l’écart de température
Échantillonnage de température
- 37 364 points d’échantillonnage,
distribution aléatoire stratifié par classe
d’occupation du territoire (T_L8)
- Sélection d’un point de référence de la
température en milieu forestier par scène
(T_ref)
- Écart de température (ET)
ET = 𝑇_𝐿8 − 𝑇_𝑟𝑒𝑓
18 OCTOBRE 2023
Points d’échantillonnage (T_L8)
Image de température USGS
Point de référence (T_ref)

25. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 25
3. Modèle de prédiction de
l’écart de température
Performance du modèle Random forest :
- R2 : 0,81
- Erreur moyenne absolue : 1,41
- Écart-type : 1,93
- Erreur quadratique moyenne (RMSE) : 1,99
Importance des variables :
- spatio-temporelles
- topologiques
- indices spectraux
- occupation du territoire
18 OCTOBRE 2023
Écart de température prédit
Écart
de
température
échantillonnée

26. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 26
3. Modèle de prédiction de la température
Prédiction des écarts de température peu affectées par les différences entre les images (date d’acquisition)
18 OCTOBRE 2023

27. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 27
Principales
étapes
18 OCTOBRE 2023

28. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 28
4. Cartographie des îlots de chaleur
Prédiction des écarts de température dans l’ensemble de l’écoumène
18 OCTOBRE 2023

29. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 29
4. Cartographie des îlots de chaleur
Classification des écarts de température en 9 classes (k-means)
18 OCTOBRE 2023
Écart de température prédit Classes ICFU
par centres de population individuels
Différences d’écarts de températures
• nord (-2 à 2 °C)
• sud (0,3 à 19,2 °C)
Intervalles de classification
spécifiques par centre de population

30. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 30
4. Cartographie des îlots de chaleur
Classification des écarts de température (9 classes) dans les centres de population
18 OCTOBRE 2023

31. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 31
4. Cartographie des
îlots de chaleur
Calcul de l’indice d’intensité d’îlots de
chaleur urbains
(Surface Urban Heat Island Intensity –
SUHII)
par îlot de diffusion
dans les centres de population
18 OCTOBRE 2023
𝑆𝑈𝐻𝐼𝐼 =
1
100 ∗ 𝑚
෍
𝑖=1
𝑛
𝑊𝑖𝑃𝑖
m = nombre des classes = 9
n = nombre des classes considérées comme îlots des chaleurs = 9 (toutes les classes ont été considérées).
W = indice de pondération de la classe
P = le ratio de la surface couverte par les classes des îlots de chaleurs considérées par rapport à la surface de l’îlot de diffusion

32. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 32
Principales
étapes
18 OCTOBRE 2023

33. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 33
5. Analyse de
changement
Méthode 1)
Différence entre les écarts de
température (par pixel)
18 OCTOBRE 2023

34. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 34
5. Analyse de
changement
Méthode 2)
Ratio entre les indices d’intensité d’îlots de
chaleur urbains (par îlot de diffusion)
SUHII : Surface Urban Heat Island Intensity
18 OCTOBRE 2023
𝑆𝑈𝐻𝐼𝐼 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 =
𝑆𝑈𝐻𝐼𝐼 2022
𝑆𝑈𝐻𝐼𝐼 2013
∗ 100

35. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 35
5. Analyse de changement
Différence d’écart de température
18 OCTOBRE 2023

36. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 36
5. Analyse de changement
Différence de classes d’écart de température
18 OCTOBRE 2023

37. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 37
5. Analyse de changement
Ratio entre les indices d’intensité d’îlots de chaleur urbains (SUHII)
18 OCTOBRE 2023

38. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 38
5. Analyse de changement
18 OCTOBRE 2023

39. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 39
5. Analyse de changement
Différence entre les écarts de température relatifs 2013-2022
96,3 % différence d’écarts de température de ± 3 degrés
18 OCTOBRE 2023

40. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 40
5. Analyse de changement
Ratio entre les indices d’intensité d’îlots de chaleur urbains (SUHII)
Îlots de chaleur (classes 8-9) : 1 121 km2, augmentation de 7 % en 2022 par rapport à 2013
Augmentation des classes de SUHII plus élevées
18 OCTOBRE 2023
0,000-0,002 0,002-0,004 0,004-0,006 0,006-0,008 0,008-0,010
0,000-0,002 220 89 1 0 0
0,002-0,004 193 4605 1003 24 0
0,004-0,006 17 2324 10978 3333 103
0,006-0,008 46 203 3822 20533 5004
0,008-0,010 17 67 248 5936 20932
SUHII2013
SUHII2022

41. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 41
Données disponibles sur Portail données Québec
18 OCTOBRE 2023
https://www.donneesquebec.ca/recherche/dataset/ilots-de-chaleur-fraicheur-urbains-et-ecarts-de-
temperature-relatifs-2020-2022/resource/143e5ecd-fbbf-4536-b4b7-563af63d3698

42. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 42
Plan de la présentation
1. Introduction : Intérêt d’évaluer les îlots de chaleur et de
fraîcheur urbains (ICFU)
2. Projet 1: Cartographie des îlots de chaleur urbains et
évaluation des changements entre 2013 et 2022
3. Projet 2: Utilisation de la carte pour identifier les sites
prioritaires pour verdissement
Association forestière des deux rives
18 OCTOBRE 2023

43. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 43
Utilisation : Indice de
priorisation des sites de
verdissement en milieu urbain
Zone d’analyse : Centres urbains de la Capitale-Nationale et
Chaudière-Appalaches
Échelle d’analyse : l’îlot de diffusion
18 OCTOBRE 2023

44. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 44
Variable 1 : Ratio des îlots de chaleur (classes 8 et 9)
18 OCTOBRE 2023

45. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 45
Variable 2 : Ratio de la canopée (2 mètres et plus)
18 OCTOBRE 2023

46. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 46
Variable 3 : Ratio des surfaces imperméables (probabilité
> 50 %, démixage spectral)
18 OCTOBRE 2023

47. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 47
Variable 4 : Indice combiné de défavorisation matérielle
et sociale (INSPQ, 2016)
18 OCTOBRE 2023

48. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 48
Indice de priorisation de sites de verdissement
18 OCTOBRE 2023

49. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 49
Exemple :
Ville de
Québec
(Saint-Sauveur
et Montcalm)
18 OCTOBRE 2023

50. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 50
Questions?
18 OCTOBRE 2023
bcbudei@cerfo.qc.ca
fnininahazwe@cerfo.qc.ca
bbour@cerfo.qc.ca
magenest@cerfo.qc.ca
mvarin@cerfo.qc.ca
eboulfroy@cerfo.qc.ca
vgguyenet@cerfo.qc.ca

51. CERFO.QC.CA

52. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 52
2. Calcul des variables
B. Indices spectraux
18 OCTOBRE 2023
Indice spectral Équation Référence
ADBI1 B5*atan((B5-B6)/(865-1609)) (Liu et al., 2010)
GI B3/B4 -
MBWI 3* B3-B4-B5-B6-B7 (Cordeiro et al., 2021)
MNDWI (B3-B6)/(B3+B6) (Xu, 2006)
NBR (B5-B7)/(B5+B7) (García et Caselles, 1991)
NDVI (B5-B4)/(B5+B4) (Gamon et al., 1995)
NMDI3 (B4-B6-B7)/(B4+B6+B7) (Han et al., 2019)
STI B6/B7 (Chaves et al., 2020)

53. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 53
5. Analyse de changement
Différence de classes d’écart de température
18 OCTOBRE 2023

54. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 54
5. Analyse de changement
Ratio entre les indices d’intensité d’îlots de chaleur urbains (classes 8 et 9 : version non retenue)
18 OCTOBRE 2023

55. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 55
5. Analyse de changement
Ratio entre les indices d’intensité d’îlots de chaleur urbains (classes 6 - 9 : version non retenue)
18 OCTOBRE 2023

56. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 56
5. Analyse de changement
18 OCTOBRE 2023
Montréal
Laval

57. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 57
Exemple :
Capitale-
Nationale et
Chaudière-
Appalaches
18 OCTOBRE 2023

58. CERFO.QC.CA
PROJET DE RECHERCHE 58
Exemple :
Ville de
Québec
18 OCTOBRE 2023