Optimiser la composition des espèces d’arbres urbains pour maximiser les solutions fondées sur la nature

Pourquoi les arbres en ville comptent plus que jamais

De nombreuses villes se précipitent pour planter des milliers de nouveaux arbres, dans l’espoir de rafraîchir les rues, purifier l’air et absorber les eaux pluviales. Mais cette étude soutient que compter simplement les arbres ne suffit pas. Les espèces d’arbres remplissent des fonctions très différentes, et chaque quartier fait face à un mélange propre de chaleur, d’inondations et de pollution. En adaptant soigneusement les « bons arbres » aux « bons endroits », les auteurs montrent que les villes peuvent tirer beaucoup plus de bénéfices d’une même surface végétale.

Les problèmes urbains ne sont pas les mêmes partout

Philadelphie, objet de cette recherche, illustre bien l’hétérogénéité des conditions en ville. À partir de données satellitaires, de rapports d’inondation fournis par les habitants, d’enregistrements de la pollution de l’air et de cartes d’affectation des sols, l’équipe a découpé la ville en petites cellules de grille et attribué à chacune un score selon son besoin d’aide pour les eaux pluviales, la chaleur, la qualité de l’air et le carbone réchauffant le climat. Les quartiers centraux et du sud, denses, couverts d’enrobés et dotés de systèmes de drainage anciens, sont apparus comme des points chauds pour l’inondation et la chaleur extrême. Les zones proches des axes routiers montrent une demande plus élevée pour un air plus propre. En revanche, les quartiers adjacents aux grands parcs et aux corridors fluviaux présentaient généralement une demande moindre. Ce patchwork de besoins signifie qu’une stratégie d’arbres universelle manquera inévitablement des opportunités.

Tous les arbres ne rendent pas les mêmes services

Pour comprendre ce que les différentes essences pouvaient offrir, les chercheurs se sont appuyés sur un inventaire détaillé de la forêt urbaine de Philadelphie et sur un outil de modélisation largement utilisé, i-Tree Eco. Ils ont examiné les 30 espèces d’arbres les plus communes déjà présentes dans la ville, estimant la contribution potentielle de chacune par unité de surface de canopée à quatre services : piégeage des particules fines, capture du carbone, interception des eaux pluviales et réduction des besoins énergétiques des bâtiments par ombrage et rafraîchissement. Les différences étaient frappantes. Certaines essences excellaient pour absorber la pluie mais n’étaient que moyennes pour le refroidissement des bâtiments. D’autres stockaient beaucoup de carbone mais étaient moins performantes pour filtrer l’air. Plusieurs espèces très courantes à Philadelphie, comme le platane et le poirier de Callery, se sont révélées moins performantes sur l’ensemble de ces quatre services que d’autres espèces aujourd’hui rares.

Concevoir la meilleure combinaison d’arbres

Plutôt que de rechercher un « arbre exceptionnel » unique, l’équipe a abordé le choix des espèces comme un exercice d’équilibre. Elle a appliqué un algorithme d’optimisation multi‑objectif, un type de recherche génétique explorant d’innombrables combinaisons, pour identifier le meilleur mélange de neuf espèces performantes pour chaque cellule de la grille. L’algorithme cherchait à maximiser les quatre bénéfices simultanément, tout en prenant en compte les compromis : favoriser une espèce excellente pour les eaux pluviales pouvait, par exemple, réduire légèrement les gains en refroidissement ou en carbone. Parmi les nombreuses solutions presque optimales produites, les auteurs ont choisi un compromis offrant de solides résultats dans chaque catégorie. Cette solution recommandait un mélange à l’échelle de la ville dominé par quelques espèces — notamment l’érable argenté, l’érable rouge, le liquidambar, l’érable à sucre et le tulipier — qui représentaient ensemble environ 85 % de la palette idéale de plantation. Fait notable, les espèces privilégiées variaient selon les lieux, certaines convenant mieux aux cœurs denses et sujets aux inondations, d’autres aux quartiers plus verts en périphérie où le stockage du carbone pouvait être maximisé.

Combien de bénéfices supplémentaires un aménagement plus intelligent peut-il apporter ?

Pour vérifier si cette stratégie rapporterait réellement, les chercheurs ont simulé ce qui se passerait si Philadelphie augmentait sa canopée du même montant selon deux approches : l’une utilisant le mélange d’espèces optimisé cellule par cellule, l’autre avec des nouveaux arbres choisis au hasard parmi les espèces communes. À mesure que la couverture arborée augmentait, tous les services écosystémiques s’amélioraient dans les deux scénarios. Mais la composition optimisée a fait beaucoup plus avec le même espace. À une augmentation modeste de 15 % de la canopée, le mélange « intelligent » a retiré environ 28 % de particules fines en plus de l’air et stocké près de 38 % de carbone en plus que le mélange aléatoire. Il a fourni environ 20 % de réduction d’eaux pluviales en plus et, de manière la plus spectaculaire, environ 77 % d’économies d’énergie des bâtiments en plus, soulignant son pouvoir d’atténuer la chaleur urbaine. Globalement, selon le service considéré, une meilleure planification a accru les bénéfices d’environ 20 à 80 % sans planter un seul arbre supplémentaire.

Ce que cela signifie pour des villes plus vertes et plus équitables

L’étude conclut que les campagnes d’arbres urbains devraient dépasser des objectifs simples comme « nombre d’arbres plantés » ou « pourcentage de couverture arborée ». En cartographiant où les problèmes environnementaux sont les plus sévères et en choisissant des espèces dont les points forts correspondent à ces besoins locaux, les villes peuvent obtenir beaucoup plus de refroidissement, d’air plus propre, de protection contre les inondations et de stockage de carbone avec le même espace de plantation limité. Les auteurs proposent aussi deux règles empiriques : utiliser des espèces à fort stockage de carbone dans des zones plus sûres et moins soumises au stress pour construire des bénéfices climatiques à long terme, et concentrer les espèces particulièrement efficaces pour rafraîchir, filtrer la pollution ou gérer l’eau dans les quartiers confrontés à ces risques spécifiques. En bref, la manière et l’emplacement de la plantation importent autant que la quantité plantée.

Citation: Dong, X., Ye, Y., Su, D. et al. Optimizing urban tree species composition to maximize nature-based solutions. npj Urban Sustain 6, 47 (2026). https://doi.org/10.1038/s42949-026-00361-w

Mots-clés: arbres urbains, solutions fondées sur la nature, services écosystémiques, chaleur urbaine et inondations, planification des espèces d’arbres