Îlot de chaleur urbain

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Les îlots de chaleur urbains (ICU en abrégé) désignent des élévations localisées des températures, particulièrement des températures maximales diurnes et nocturnes, enregistrées en milieu urbain par rapport aux zones rurales ou forestières voisines ou par rapport aux températures moyennes régionales. Ce phénomène aurait été compris et décrit pour la première fois au XIXème siècle à Londres, par Luke Howard, un pharmacien passionné par la météorologie[1].

Augmentation de la température moyenne de grandes villes japonaises, avec net effet de bulle de haleur urbaine à Tokyo (en jaune)
Thermographie montrant (en blanc les pics de chaleur et en rouge les fortes chaleur) à Atlanta
Les terrasses et toitures végétalisées, grâce à leur capacité à temporairement stocker un peu d'eau, et l'évapotranspiration du tapis de plantes, sont un des moyens de limiter et tamponner les pics de chaleur urbaine[2]
Exemple d'adaptation, avec des panneaux photovoltaïques exposé au sud et installé de manière à ce qu'ils servent aussi de brise-soleil limitant l'échauffement des bureaux

Au sein d'une même ville, des différences importantes de température peuvent être relevées selon la nature de l'occupation du sol (forêt, étendues d'eau, banlieue, ville dense...), l'albédo, le relief et l'exposition (versant sud ou nord), et bien entendu selon la saison et le type de temps[3]. Les îlots de chaleur sont des microclimats artificiels. Par exemple, la ville d'Athènes en Grèce et certaines de ses stations météorologiques sont caractérisées par un fort îlot de chaleur urbain[4],[5],[6],[7],[8],[9].

Ce réchauffement semble en voie d'aggravation[10], et nécessite des stratégies nouvelles d'adaptation[11].

Enjeux actuels et prospectifs[modifier | modifier le code]

Selon l'ONERC, la population urbaine française a plus que doublé de 1936 à 2006. Elle est passée de 22 millions à près de 47 millions d'urbains ; une personne sur deux résidait en ville en 1936 contre plus de trois sur quatre vers 2010[12]. Or, les villes présentent des enjeux particuliers, car « plus vulnérables du fait du grand nombre de personnes qui y vivent et de la concentration des établissements et des infrastructures »[12]. Les bulles de chaleurs peuvent affecter la qualité de vie de ces citadins, ainsi que leur santé. L'adaptation au dérèglement climatique, par la végétalisation des sols, murs, toitures et terrasses, et par un urbanisme différent, est un enjeu pour l'urbanisme du XXIe siècle.

Certaines villes ont été pionnières en matière d'expérimentation dont par exemple Chicago (États-Unis), Durban (Afrique du Sud), Keene (États-Unis), Londres (Royaume Uni), New York (États-Unis), Port Phillip (Australie), Rotterdam (Pays-Bas), Toronto (Canada)[12].

Les villes se réchauffent plus vite que le reste du territoire. Une modélisation et des cartes interactives faites par l'Agence européenne pour l’environnement montrent les villes européennes les plus affectées par les évolutions climatiques (sur la base de données collectées dans environ 500 villes). Outre les vagues de chaleur, des cartes de pollution sonore, de qualité de l’air ou de qualité des eaux de baignade européennes complètent l'outil, ainsi qu'un rapport[13].

Causes[modifier | modifier le code]

Ces « bulles de chaleur » sont induites par le croisement de deux facteurs :

  • des activités humaines plus intenses et surtout concentrées dans les villes. Certaines de ces activités sont des sources importantes et chroniques de chaleur comme les usines, moteurs à explosion, moteurs à réaction des avions (tout particulièrement au décollage), chaudières (individuelles ou collectives), systèmes de climatisation, eaux chaudes circulant dans les égouts, réseaux de chaleur anciens parfois mal isolés, etc.
  • une modification de la nature de la surface de la planète, l'urbanisation fait de la ville un milieu qui absorbe plus de calories solaires que ne le ferait le milieu s'il était resté naturel ou cultivé. Les surfaces noires (goudron, terrasses goudronnées, matériaux foncés, et nombre de bâtiments vitrés) se comportent comme des capteurs solaires ou des serres qui renvoient ensuite le rayonnement solaire absorbé sous forme de rayonnement infrarouge qui réchauffe l'air urbain, et — en l'absence de vent — tout l'environnement urbain.

Problèmes[modifier | modifier le code]

Ces îlots atténuent fortement les effets du froid en ville, mais posent plusieurs problèmes :

  • Aux échelles locales (cours intérieures en particulier) la climatisation électrique peut fortement exacerber le phénomène ; les climatiseurs rafraîchissent l'intérieur du bâtiment, mais en rejetant les calories dans des lieux parfois peu ventilés qu'ils échauffent, ce qui entretient une surchauffe du bâtiment.
  • Ils diminuent les rosées, brumes et brouillards urbains (hors communes littorales et de vallées profondes). Or les rosées et brumes, si elles contribuent aux problèmes d'attaques acides du bâti dans les zones où l'air est acide, contribuent aussi à épurer l'air des aérosols et de certaines poussières et pollens en suspension.
  • ils renforcent la pollution de l'air en aggravant les smogs et les effets d'inversion atmosphérique (sources de confinement de pollutions sous le plafond urbain). Ils en aggravent les effets sanitaires.
  • Ils peuvent contribuer à modifier la composition physico-chimique de l'air, favorisant certaines pollutions photochimiques.
  • Ils renforcent les effets sanitaires et socio-économiques des canicules.
  • Ils perturbent la mesure des moyennes des températures régionales et locales et donc les prévisions météorologiques, car beaucoup de stations météorologiques ont été entourées au cours du XXe siècle par un tissu urbain de plus en plus dense et « chaud ».
  • Ironiquement, ils sont bénéfiques pour la pratique du vol à voile et du vol libre. En effet, les parkings d'hypermarchés qui ont une surface importante, sont d'excellents réservoirs de chaleur. Ils sont à l'origine d'ascendances fiables (que l'on appelle familièrement « pompes de service ») qui ont permis de sauver de nombreux vols. Des pilotes de parapente ont récupéré des vols en phase finale d'atterrissage sur un parking d'hypermarché. Les centre-villes voire les gros villages sont aussi de bonnes sources d'ascendances thermiques. Ces ascendances sont particulièrement notables en fin de journée.

L'urbanisme (cause et solution ?)[modifier | modifier le code]

La structure et l'albédo des villes, ainsi que leur manque de végétation (qui en outre quand elle existe diffèrent souvent fortement de la flore naturelle et des zones rurales) prédisposent les villes aux bulles de chaleur. Des milieux à taux de substrats minéraux (falaises rocheuses) ou végétal presque comparables existent dans la nature (falaises, canyon...), mais certains matériaux (verre, métal) et surtout les infrastructures de types routes imperméabilisées n'existent pas dans le milieu naturel. L'accélération et la forte artificialisation du cycle de l'eau sont des caractéristiques urbaines qui ont d'importants impacts climatiques.

Les urbanistes peuvent maintenant s'appuyer sur des modélisations (régionales et locales) de micro-climat urbains. Les modèles 3D prennent mieux en compte l'ensoleillement, la réflexion du soleil et les ombres portées, la nature et l'albédo des matériaux, la circulation de l'air. Ils permettent donc théoriquement de mieux positionner et hiérarchiser les besoins en isolation extérieure et en écotechnie alternative (aménagements de type « murs végétalisés » ou « terrasses végétalisées » ou écrans végétaux d'arbres feuillus en été, mais qui laissent passer le soleil en hiver) afin de bio-climatiser la ville.

Deux facteurs importants sont :

  • L'albédo, c'est-à-dire la mesure de la capacité d'une surface à renvoyer l'énergie solaire incidente (qui arrive à la surface de la terre). C'est un chiffre compris entre 0 et 1, 0 correspondant à une surface parfaitement noire qui absorbe la totalité de l'énergie incidente, et 1 au miroir parfait qui renvoie la totalité de l'énergie incidente. Les surfaces sombres absorbent donc une quantité importante d'énergie solaire, et se réchauffent donc très vite. Les villes majoritairement bétonnées et goudronnées, présentent des surfaces sombres qui se réchauffent ainsi très rapidement au soleil. Les après-midis ensoleillés permettent donc au thermomètre d'afficher des maximums largement supérieurs aux zones rurales environnantes. L'effet disparaît évidemment avec la tombée de la nuit, ce qui explique que les températures maximales soient généralement les plus affectées. La nuit, les matériaux qui ont accumulé la chaleur diurne en relarguent une partie, limitant leur possibilité de se rafraîchir là où l'air circule peu.
  • le potentiel d'évapotranspiration : la végétation joue un rôle de régulateur thermique très important, un peu par l'ombre portée, mais surtout via l'évapotranspiration qui rafraîchit l'air, et la rosée qui a un effet thermohygrométrique « tampon ». Mais le faible taux de végétation urbaine, arborée notamment, limite ce potentiel. La pelouse a un albédo intéressant variant de 0,25 à 0,30 (à comparer avec l'albédo moyen terrestre qui est d'environ 0,3).

Le cas de Paris (à titre d'exemple)[modifier | modifier le code]

Les modélisations récentes (2012[14]) de Météo-France et Paris (scénario tendanciel, c'est-à-dire « moyennement pessimiste » concernant les émissions mondiales de gaz à effet de serre) confirment que le nombre et la gravité des canicules devraient augmenter d'ici 2010 (de 2ºC à 4ºC d'ici à la fin du siècle par rapport à la moyenne 1971-2006), surtout en juillet-août (3,5ºC à 5ºC de plus que la normale), avec environ 12 fois plus de jours de canicules dans l'année[15]. Dans le dôme de chaleur de la région Île-de-France, quartiers et arrondissements seront plus ou moins exposés, selon la largeur des rues, la hauteur, la couleur et le type de bâtiments présents, le couvert végétal, la proximité ou présence d'eau[15] ; les 2e, 3e, 8e, 9e, 10e et 11e arrondissements se réchauffent le plus (comme en 2003 avec 4ºC à 7ºC de plus qu'en petite couronne, en fin de nuit, et avec différence de 2ºC à 4ºC selon les arrondissements parisiens). Un effet de « panache de chaleur » modifie aussi la géographie de la bulle chaude[15]. Réduire la température de quelques degrés pourrait améliorer la qualité de vie et épargner des vies ; en 2003, quelques degrés de plus que la moyenne ont induit une surmortalité de 15 000 morts en France et près de 70 000 en Europe[15].

Concernant les adaptations urbanistiques possibles à Paris, selon les mêmes modèles :

  • Pour le centre-ville dense, la végétalisation et une augmentation d'albédo n'abaisseraient la température que de 1ºC en moyenne pour la durée d'une canicule et de 3ºC au mieux localement à un moment donné)[15].
  • La végétalisation des sols nus de Paris associée à un taux de 50 % de voies de plus de 15 mètres de large recouverte par des arbres (1 160 hectares au total) permettraient une chute de 3ºC à 5ºC de la température diurne, tant que la flore ne manque pas d'eau (car c'est l'évapotranspiration qui rafraîchit le plus l'air)[15].
  • L'humidification des chaussées (arrosage 14 h/jour) de la capitale via son réseau d'eau non potable contribuerait à diminuer l'empoussièrement, mais aurait un moindre effet sur la température (-0,5ºC en moyenne entre 8 et 13 août 2003, avec au mieux -1º C à -2 ºC en journée). Une brumisation serait sans doute plus efficace, mais injecterait des microbes dans l'air si elle utilisait de l'eau non-potable[15]. Cependant, l'humidification des chaussées permet des baisses de températures dans des zones où il est difficile voire impossible d'augmenter le taux de végétalisation (notamment dans les 2e, 9e et 10e arrondissements)[16].

Effet sanitaire[modifier | modifier le code]

Ils peuvent se révéler graves, notamment en termes d'allergies, de problèmes respiratoires et cardiovasculaires qui peuvent se traduire par une surmortalité significative en période de canicule[17], notamment dans les grandes agglomérations[18].

Les ICU dégradent la qualité de vie urbaine en association avec la pollution atmosphérique, dit smog, mot valise venant de l'anglais smoke (fumée) et fog (brouillard).

La lutte contre les ICU[modifier | modifier le code]

La lutte contre les ICU nécessite une réévaluation des politiques d'urbanisme et des stratégies de court, moyen et long terme. Elle implique notamment :

  • de favoriser la climatisation passive (type puits canadien), les systèmes-tampon (ex : Mur Trombe), l'architecture bioclimatique et une isolation intelligente, et limiter les climatiseurs électriques ;
  • de préférer les surfaces blanches ou de couleur claire et les matériaux réfléchissant de manière à augmenter l'albédo urbaine ;
  • de végétaliser et de reboiser les villes et leurs abords (ex : trame verte urbaine, terrasse végétalisée[2], mur végétalisé, etc.) ;
  • de mieux conserver et gérer l'eau pluviale (systèmes de noues ou zones humides, toitures et terrasses végétalisées[2] qui peuvent réévaporer cette eau, l'évaporation étant facteur de rafraîchissement) ;
  • de développer des transports en commun ne favorisant pas le smog ;
  • de veiller à ce que des prescriptions d'aménagement garantissent une circulation optimale de l'air dans la ville en adaptant les bonnes pratiques et règlements aux conditions locales (par exemple, une rue étroite peut être un « piège à calories » si elle comprend des sources chaudes (chaudières, véhicules, usines, climatiseurs...), et au contraire une garantie de fraîcheur dans un pays très chaud où elle protège des ardeurs du soleil.

En France, une étude (EPICEA[19],[20]) a porté sur la prospective climatique pour l'Agglomération parisienne, « l’étude particulière de la situation extrême de la canicule 2003 » et les liens entre tissu urbain (géométrie, matériaux, …) et climat urbain, mais portant surtout sur l'évaluation de l’« impact de l’urbanisme sur la météorologie » via la simulation des panaches de chaleur et de la brise urbaine selon l'architectonique (largeur de rues, hauteur et forme des bâtiments...) et les matériaux (albédo...) pour croiser les modèles avec les données de surmortalité (de l’InVS et de l'Inserm (CépiDc), afin de proposer des « leviers d’actions dans une optique de stratégies d’adaptation des zones urbaines aux impacts d’une canicule ». Végétaliser de l'espace urbain (murs, terrasses, pergola...) et contrôler certains rejets de chaleur anthropique (par l'isolation et l'albédo ou des économies d'énergie et la maîtrise de la climatisation) sont les deux paramètres sur lesquels il est le plus facile d'agir rapidement. La géométrie urbaine est en effet relativement figée aux échelles humaines de temps, dans Paris notamment.

ICU et mesure du réchauffement climatique ?[modifier | modifier le code]

Certains auteurs ont estimé que la pertinence des données climatiques considérées comme des indices de réchauffement climatique étaient biaisées par les ICU, tout au moins si on les attribue entièrement à une cause telle que l'émission de gaz à effet de serre[21].

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, sur la base d'une Lettre à Nature de 1990[22], a conclu dans son troisième rapport, que leur effet ne pouvait excéder 0,05 degrés Celsius au niveau mondial. Une étude de 2008 des P.D. Jones, D.H. Lister et Q. Li estime la part du ICU dans le réchauffement mesuré en Chine. Dans cet article intitulé « Urbanization effects in large-scale temperature records, with an emphasis on China », paru dans le Journal of Geophysical Research Atmospheres, ils estiment à 0,1° C par décennie la hausse des températures due aux îlots urbains en Chine entre 1950 et 2004, pour une hausse totale de 0,81° C, alors que, dans les pays déjà industrialisés, l'effet de l'urbanisation est constant depuis des décennies. Selon les trois auteurs, l'effet des îlots de chaleur urbains représente donc la majorité du réchauffement climatique mesuré jusqu'alors en Chine mais pas dans les pays industrialisés[23].

Par ailleurs, les études sur lesquelles s'est appuyé le GIEC ont été fortement attaquées, un mathématicien britannique, Doug Keenan, accusant l'un des auteurs, Wei-Chyung Wang, d'avoir trafiqué ses données afin de minorer la réalité de l'effet d'îlot de chaleur urbain. L'affaire est actuellement devant la justice de l'État de New York[24].

Finalement, les effets des ICU sur le réchauffement climatique sont très faibles, le plus fort réchauffement se produisant d'ailleurs dans des zones non urbanisées (arctique...).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Publications de l'Onerc[modifier | modifier le code]

  • ONERC, Villes et adaptation au changement climatique (version PDF) ; Rapport au Premier ministre et au Parlement ; Documentation française, 158pp.
  • ONERC, Conséquences du réchauffement climatique sur les risques liés aux événements météorologiques extrêmes. Actes du colloque du 22 au 23 juin 2003, Onerc, 2003.
  • ONERC, Êtes-vous prêt ? Guide pour l’adaptation à l’attention des collectivités locales, Onerc, 2004
  • ONERC, Collectivités locales et changement climatique : quelles stratégies d’adaptation ? Actes du colloque du 30 septembre 2004, Onerc, 2005.
  • ONERC, Un climat à la dérive : comment s’adapter ? Rapport de l’Onerc au Premier ministre et au Parlement, La Documentation française, Paris, 2005.
  • ONERC, Réchauffement climatique : quelles conséquences pour la France ? Onerc, 2006.
  • ONERC, « Littoral en danger », comment les régions maritimes d’Europe s’adapteront-elles au climat à venir ? Actes du séminaire des 3 et 4 février 2006, Onerc/CRPM, 2006.
  • ONERC, Stratégie nationale d’adaptation au changement climatique, La Documentation française, Paris, 2007.
  • ONERC, Changements climatiques et risques sanitaires en France. Rapport de l’Onerc au Premier ministre et au Parlement, La Documentation française, Paris, 2007.
  • ONERC, Changement climatique, coût des impacts et pistes d’adaptation. Rapport de l’Onerc au Premier ministre et au Parlement, La Documentation française, Paris, 2009

Autres publications[modifier | modifier le code]

  • Charabi Y. (2000), L’îlot de chaleur urbain de la métropole lilloise : mesures et spatialisation. Thèse de doctorat, Université de Lille, 247 p.
  • Colombert M. (2008), Contribution à l’analyse de la prise en compte du climat urbain dans les différents moyens d’intervention sur la ville, Thèse de doctorat, Université Paris-Est, 537 p.
  • Giguère, M. (2009). Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains : revue de littérature. Direction des risques biologiques, environnementaux et occupationnels, Institut national de santé publique Québec.
  • Déqué M. (2007), Frequency of precipitation and temperature extremes over France in an anthropogenic scenario : Model results and statistical correction according to observed values, Global and Planetary Change, vol 57, 16-26.
  • Escourrou G. (1986), Le climat de l’agglomération parisienne, l’Information Géographique, no 50, 96-102.
  • Escourrou G. (1991), Le climat et la ville. Nathan Université, 192 p.
  • Vergriete & Labrecque, 2007. Rôle des arbres et des plantes grimpantes en milieu urbain ; Rapport d'étape destiné au conseil régional de l'environnement de Montréal.

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Bosquet, Sylvain (2014) Le verdissement des toitures pour atténuer l’effet d’îlot de chaleur conforte une biodiversité à Londres, Construction 21 EU France ; consulté 2014-008-28
  2. a, b et c Maeva Sabre, Gaëlle Bulteau ( ingénieurs dpt CAPE ; Climatologie-Aérodunamique-pollution-Epuration) du CSTB) ; Pour la science 403 Mai 2011 ; Végétaliser les toitures et terasses.
  3. Cantat O., 2004. L’îlot de chaleur urbain parisien selon les types de temps, Norois, 191, 75- 102.
  4. Katsoulis B.D., Theoharatos G.A. (1985). "Indications of the Urban Heat Island in Athens, Greece". Journal of Applied Meteorology, vol. 24, Issue 12, pp.1296-1302
  5. Katsoulis B. (1987). "Indications of change of climate from the Analysis of air temperature time series in Athens, Greece". Climatic Change, 10, 1, pp- 67–79.
  6. Repapis C. C, Metaxas D. A. (1985). "The Possible influence of the urbanization in Athens city on the air temperature climatic fluctuations at the National Observatory". Proc. of the 3rd Hellenic-British Climatological Congress, Athens, Greece 17–21 April 1985, pp.188–195.
  7. Philandras C.M, Metaxas D.A., Nastos P.T. (1999). "Climate Variability and Urbanization in Athens". Theoretical and Applied Climatology, vol. 63, Issue 1–2, pp.65–72.
  8. Philandras C.M, Nastos P.T. (2002). "The Athens urban effect on the air temperature time series of the National Observatory of Athens and New Philadelphia stations". Proc. of the 6th Hellenic Conference on Meteorology, Climatology and Atmospheric Physics, Ioannina Greece, 25–28 September 2002, pp.501–506.
  9. Repapis C.C., Philandras C.M., Kalabokas P.D., Zerefos C.S. (2007). "Is the last years abrupt warming in the National Observatory of Athens records a Climate Change Manifestation?". Global NEST Journal, Vol 9, No 2, pp. 107–116.
  10. Agence européenne de l'environnement ; étude sur l'impact du changement climatique en milieu urbain (vagues de chaleur, sécheresse, inondations), How vulnerable is your city ?, 2012,
  11. Agence européenne de l'environnement, Adaptation des villes au changement climatique, 2012
  12. a, b et c ONERC, Villes et adaptation au changement climatique (version PDF) ; Rapport au Premier ministre et au Parlement ; Documentation française, 158pp.
  13. EEA, Challenges and opportunities for cities together with supportive national and European policies, 14 mai 2012
  14. METEO-FRANCE, & CSTB. (2012). EPICEA - Rapport sur le volet 3 - Lien entre l’urbanisme et le climat urbain : tests de sensibilité dans le contexte de la canicule de l’été 2003 (p. 103).
  15. a, b, c, d, e, f et g Les étés seront de plus en plus caniculaires à Paris, Le Monde, 2012-10-26, consulté 2012-10-28
  16. Météo-France & CSTB (2012). EPICEA - Rapport sur le volet 3 - Lien entre l’urbanisme et le climat urbain : tests de sensibilité dans le contexte de la canicule de l’été 2003 (p. 103).
  17. Basu R., JM. Samet (2002), Relation between elevated ambient temperature and mortality: a review of epidemiologic evidence. Epidemiology Rev., 24 (2), 190-202
  18. Besancenot J-P (sept.-oct. 2002), Vagues de chaleur et mortalité dans les grandes agglomérations urbaines, Environnement, Risques et Santé, Vol. 1, n°4.
  19. (Étude Pluridisciplinaire des Impacts du Changement climatique à l’Echelle de l’Agglomération parisienne), porté par Météo-France, le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) et la Mairie de Paris
  20. J. Desplat & al. Projet EPICEA (Étude Pluridisciplinaire des Impacts du Changement climatique à l’Echelle de l’Agglomération parisienne) ; Présentation, méthode, résultats, PDF, 9 pages
  21. Warwick Hughes
  22. The Jones et al 1990 Letter to Nature: a rebuttal of some key points
  23. Abstract
  24. Climate science fraud at Albany University