Soutenance mémoire
Qu’est-ce qu’un îlot de chaleur ?
Avant de songer aux différentes solutions, il convient de nous interroger sur la définition d’un îlot de chaleur ainsi que le principe physique expliquant le phénomène.
Une définition
Un îlot de chaleur (ICU) est caractérisé par une température de surface ou de l’air plus élevée en zone urbaine qu’en périphérie de la ville (O2D environnement – observatoire des îlots de chaleur). Ce phénomène se traduit également par une diminution de l’amplitude thermique entre les températures diurne et nocturne.
Un retour historique
Le premier à avoir mis en avant l’effet îlot de chaleur, sans toutefois le nommer ainsi, est le pharmacien britannique Luke Howard. Il publie entre 1818 et 1820 un ouvrage dénommé « Le climat de Londres » qui étudie le climat urbain de la capitale sur une période de neuf ans à travers les variables suivantes : la température, le « smog », les précipitations, le brouillard. Il identifie alors une différence, principalement la nuit, d’un peu moins de 4°C entre la ville et sa périphérie.
Approche physique et compréhension du phénomène
Si on lit la définition précédemment citée, on remarque que deux types de température sont modifiés par l’effet d’îlot de chaleur : la température de surface et la température de l’air. On peut ajouter à cela une modification de l’humidité. Le principe physique de base est assez trivial. Certains matériaux de construction courants comme l’asphalte et le béton absorbent de façon conséquente l’énergie et les rayons du soleil qu’ils stockent de façon importante avant de rediffuser la nuit, la chaleur emmagasinée la journée. On peut traduire ce phénomène par une formule physique qui est la suivante :
∆𝑇𝑢−𝑟 = 𝑇𝑢 − 𝑇𝑟
𝑇𝑢 : la température de l’air de la zone urbaine.
𝑇𝑟 : la température de l’air au point de référence dans périphérie rurale de la zone urbaine précédemment citée.
Si le phénomène est en général d’une valeur approximative tournant entre 2°C et 4°C, certaines différences calculées ont pu être estimées à un maximum de 12°C. L’augmentation de température est proportionnelle à la taille de la ville ainsi que son nombre d’habitants ainsi qu’à son taux artificialisation des sols. Toutefois, l’îlot de chaleur reste un phénomène difficile à mesurer selon son type et sa localisation. Si plusieurs études ont porté sur le sujet de mesure de l’effet îlot de chaleur, Steward et Oke ont souligné, en 2006, dans un rapport sur les méthodologies utilisées pour définir la magnitude d’un îlot de chaleur urbain, le caractère restreint des échantillons du tissu urbain utilisés.
En dépit de cela, il est possible de préciser la définition en différenciant 4 types* d’îlots de chaleur selon leur verticalité et leurs méthodes d’observation :
o L’îlot de chaleur dans la canopée urbaine (échelle microclimatique – ordre de la dizaine de mètre – échelle infra urbaine/UCL) : D’après le texte de Szpirglas et Voogt datant de 2003, l’îlot de chaleur mesuré dans la canopée urbaine est défini par le volume d’air compris entre les bâtiments, le sol et une surface imaginaire située audessus du toit des bâtiments. Autrement dit, l’UCL, c’est le volume où vivent les habitants. Symbolisé par le canyon urbain qui est également son unité géographique, il apparaît dans la journée, mais également la nuit avec un maximum en fin de journée, et varie selon le tissu urbain qui se caractérise par son hétérogénéité morphologique. Les rayons du soleil vont se retrouver piégés dans le canyon et créer ce que l’on appelle un piégeage radiatif qui va favoriser l’ICU. Additionner à la chaleur anthropique et l’obstruction du vent, l’îlot de chaleur va atteindre son paroxysme.
o L’îlot de chaleur dans la couche limite urbaine (échelle microclimatique – ordre du kilomètre – à l’échelle des villes dans leur ensemble/UBL) : Ici, la couche mesurée est la couche d’air située au-dessus du tissu urbain dans son ensemble, c’est-à-dire que la ville est considérée comme un îlot unique à l’instar de sa couche supérieure. Comparée à la couche d’air située au-dessus des zones rurales, celle surplombant la ville est modifiée chimiquement par les polluants qui, combinés à l’effet îlot de chaleur, peuvent engendrer des risques sanitaires. Il est important de rappeler que la pollution atmosphérique, contrairement aux idées reçues, n’est pas une cause des îlots de chaleur urbains. L’UBL caractérise un problème du refroidissement nocturne qui va être retardé à cause de l’élévation de température nocturne dû à l’emmagasinement durant la journée. On pourra observer un maximum de l’intensité du phénomène généralement en milieu de nuit. En effet, ce type d’îlot de chaleur se produit en fin de journée et perdure un certain moment de la nuit.
o L’îlot de chaleur en surface (échelle microclimatique à l’échelle d’une surface/SL) : Il comprend l’étude des surfaces ainsi que la fine couche d’air (de quelques centimètres) située au-dessus de ces surfaces (Champiat – Mémoire de l’Ecole des Hautes Etudes en Santé Publique, 2008). Il est mesuré grâce aux lectures des rayons infrarouges émis et réfléchis, dans la plupart des cas, grâce à la télédétection.
Les causes de l’effet îlot de chaleur
Les causes sont nombreuses ayant toutes comme point commun la modification de l’environnement d’origine. En effet, les perturbations engendrées par l’urbanisation entraînent des phénomènes microclimatiques responsables des îlots de chaleur urbains. Certaines variables peuvent être contrôlées (intervention directe) tandis que d’autres sont incontrôlables (intervention indirecte) et doivent faire l’objet d’études afin de pouvoir être anticipées et intégrées aux processus de projet urbain.
o Variables contrôlables : (Attention, le fait que les variables citées ci-dessous soient considérées comme contrôlables ne signifie pas que les actions à mettre en place sont rapides ou simples.)
• La morphologie, la topographie et la configuration de la ville : Cette cause regroupe à la fois la taille des bâtiments, leur orientation ainsi que leur exposition au rayonnement solaire et au vent. En effet, les bâtiments serrés, créant des canyons urbains, bloquant la circulation de l’air, engendrent dans la plupart des cas l’ICU. L’absence d’ombre est également un facteur favorisant l’ICU, tout comme la rugosité du tissu urbain qui vient s’opposer à la circulation de l’air et, par conséquent, entraîne une stagnation de la chaleur.
• Les propriétés radiatives et thermiques des matériaux de construction (revêtements de façades, revêtement de sol) : Les matériaux tels que l’asphalte et le béton sont à bannir si l’on veut éviter l’effet îlot de chaleur, tout comme les matériaux à albédo faible avec des teintes foncées. Il convient également de rappeler que les matériaux à albedo élevé, mais avec des propriétés réfléchissantes sont à éviter parce qu’ils peuvent être source de danger (notamment pour les utilisateurs routiers). En résumé, les matériaux idéaux pour défavoriser l’ICU ont les propriétés suivantes : faible inertie, albédo élevé, poreux (pour favoriser le drainage et le refroidissement des surfaces), teinte claire. Pour les matériaux au sol, la perméabilité est également très importante. Des études concernant les matériaux innovants sont en cours. Aujourd’hui, il convient d’analyser le comportement des matériaux afin de choisir ceux adapter à chaque projet urbain.
• Le mode d’occupation des sols : La répartition des surfaces minéralisées, végétales, aquatiques, perméables et imperméables sont un autre élément fondamental qui engendre ou minimise les îlots de chaleur. Trop de surfaces minéralisées ou imperméables empêchent la circulation de l’eau, l’évapotranspiration ainsi que l’essor de végétation permettant la réduction du phénomène. Il est important de conserver une trame verte, bleue et brune afin de garder les continuités écologiques nécessaires à l’écosystème et notamment le refroidissement nocturne.
• Les activités urbaines : Si l’îlot de chaleur urbain est une conséquence de l’urbanisation, certaines activités humaines sont tout aussi destructrices et génératrices d’effet néfaste. On peut par exemple citer le rejet d’air chaud lié aux climatisations, les moteurs, les industries, ou encore les embouteillages, etc… Si réduire ces activités permettraient de minimiser l’effet îlot de chaleur, elle permet aussi d’avoir un effet immédiat sur le réchauffement climatique en lui-même. La prise en compte de la réduction de nos activités néfastes à l’environnement, qu’elles soient en lien avec l’îlot de chaleur ou non est un point crucial qu’il ne faut en aucun cas négliger face aux crises sanitaires qui s’additionnent de façon répétée. La consommation énergétique des bâtiments ainsi que les transports représentent à eux seuls, une large majorité des émissions de chaleur anthropique.
• La densification des villes : Si la densification est une solution contre l’étalement urbain, elle doit être réfléchie et étudiée puisqu’elle est aussi facteur d’îlot de chaleur. Que cela soit par imperméabilisation des sols, la suppression des espaces végétalisés ou encore l’augmentation du nombre d’habitants dans les villes, il est important de mettre en œuvre une réflexion poussée et des solutions écologiques permettant la densification sans détérioration du milieu et amplification des effets néfastes de l’urbanisation. Dans le mémoire d’Amélie PARMENTIER sur l’élaboration d’un outil d’aide à la décision pour atténuer le phénomène d’îlots de chaleur en milieu urbain, elle cite notamment le scientifique Oke ayant mis en évidence, à travers deux formules, la relation entre la population et la différence de température ∆𝑇𝑢−𝑟 symbolisant l’effet îlot de chaleur.
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Table des matières
Introduction
PARTIE 1 : Qu’est-ce qu’un îlot de chaleur ?
1. Une définition
2. Un retour historique
3. Approche physique et compréhension du phénomène
4. Les causes de l’effet îlot de chaleur
5. Les conséquences
6. Le microclimat des villes, pas qu’une question d’îlots de chaleur
PARTIE 2 : Quelles sont les solutions pour prévenir/lutter contre l’effet îlot de chaleur ?
1. Les Solutions Vertes et Bleues et Brunes
a. L’Eau
b. La Végétation
2. Les Solutions Grises – Les infrastructures urbaines
a. L’Ombre
b. Une Gestion Raisonnée de l’Espace
c. La Perméabilité Aéraulique – l’Aménagement Urbain – la Morphologie Urbaine
d. Les Matériaux
3. Le Biomimétisme – l’Innovation
PARTIE 3 : Exemple d’opérations immobilières existantes.
1. Un EcoQuartier à Longvic, Dijon
2. Un Quartier Durable d’une ZAC à Luciline-Rives de Seine, Normandie
3. Un EcoQuartier à Clichy, Ile de France
Conclusion
SOURCES / BIBLIOGRAPHIE
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