Le phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU) et ses conséquences

1réunion du 21/09/2010

Projet CENTER : Consommations ENergétiques TERritorialisées

Le phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU)et ses conséquences

Atelier n°9 « Adapter les villes aux ICU » du 10/10/2012Plans Climat Energie Territoriaux - 2e colloque nationalErwan Cordeau (IAU île-de-France)

2Atelier du 10/10/2012

2e colloque national PCET – Atelier n°9 « Adapter les villes aux ICU » / E. Cordeau (IAU île-de-France)

SOMMAIRE

Le phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU)et ses conséquences

A) Définition(s) et représentation(s) de l’ICU

B) Les facteurs intervenants dans le phénomène

C) Les conséquences et enjeux associés

D) Aperçu de la prise en compte de l’ICU par la planification régionale en Ile-de-

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E. Cordeau, IAU

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Le phénomène d’ICU et ses conséquences : définition(s)

Début du XIXe siècle :

Première mise en évidence d’un climat spécifiquement urbain par Luke Howard, pharmacien britanniquequi publie entre 1818 et 1820 « Le climat de Londres »

=> différence des températures nocturnes de l’ordre de 3,70 °C entre le centre de Londres et sa campagne, ce que l’on nomme aujourd’hui « îlot de chaleur urbain »

L’îlot de chaleur est tout d’abord dépendant du moment de la journée.

Comme Howard l’avait déjà remarqué, l’ICU est surtout marqué la nuit lors des minima de température.


Atelier du 10/10/2012


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L’ICU se caractérise par l’observation de températures de l’air plus élevées dans une zone urbaine (centre urbain chaud) que dans son environnement immédiat (périphérie rurale plus froide)

L’intensité des ICU change sur une base quotidienne et saisonnière en fonction des différents paramètres météorologiques et anthropiques :- plus forte la nuit que le jour (refroidissement moins rapide de l’air en ville) particulièrement lors des minima de température en fin de nuit où l’écart centre ville/campagne peut être de près de 16°C.- plus forte l’été que l’hiver (apports de chaleur naturels plus grands l’été)

L’augmentation des températures ne se trouve pas seulement dans la couche la plus basse de l’atmosphère en contact direct avec la ville. On observe également un dôme de chaleur en altitude.





ICU métropolitain : la différence Ville / Campagne

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Contraste de température de l’air

Le jour échauffement différencié des surfaces végétales / minérales => évapotranspiration végétale => accumulation de chaleur dans les matériaux => chaleur anthropique

La nuitrefroidissement moins rapide de l’air en ville => dégagement de chaleur par les matériaux => chaleur anthropique






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Schéma de l’îlot de chaleur de l’agglomération parisienne





ICU métropolitain : la différence Ville / CampagneS

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Brise urbaine et dôme de

chaleur

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Thermographie d’été, août 2003Source : InVSTempérature de surface en région parisienne obtenues à partir d'images thermiques des satellites NOAA-AVHRR 12, 16 et 17, durant la canicule du 4 au 13 août 2003. Températures moyennées: A) sur 9 images, pour l'intervalle de temps compris entre 01 et 03 UT (3 et 5 heure locale); B) sur 10 images, pour l'intervalle de temps compris entre 12 et 15 UT (14 et 17 heure locale). Pour chaque image, l'échelle des températures de 10°C a des valeurs de bornes différentes. Figure reproduite de : Dousset et al. (2011), International Journal of Climatology, John Wiley & Sons.

magnitude d'environ 8°C nombreuses anomalies thermiques






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Le jour, l’été / la nuit, l’hiver

Thermographie aérienne (nuit, hiver)

thermographie à Paris, 6 mars 2009 - Source : APUR, 2010

Thermicité satellitale (jour, été)image landsat, août 2000 - Source : APUR, mai 2010




ICU au sein de l’agglomération : îlots chauds / froids


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B/ Les facteurs intervenant dans le phénomène

ATMOSPHERE

Rayonnement terrestre

Rayonnement atmosphériquee

Rayonnement solaire

Rayonnement solaire (lumière incidente, énergie lumineuse) : => réflexions diffuse et spéculaire / absorption=> rayonnements infrarouges (terrestre et atmosphérique : retour à l’équilibre)

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Le phénomène d’ICU et ses conséquences : les causes

apports naturelsde chaleuret variables

incontrôlablesLe rayonnement solaire

=> différenciation selon le milieu récepteur

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Perturbations radiatives (ombres, piégeage radiatifs…)

Perturbations thermiques (matériaux, surfaces disponibles…)

Perturbations hydrologiques (imperméabilisation, égouts…)

Carence et comportement de la végétation

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la« minéralité de la ville »

en cause

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Perturbations radiatives (ombres, piégeage radiatifs…)

et les perturbations radiatives :- Effet d’ombre pour les routes et les murs- Piégeage radiatif dans la rue- Grande quantité de surfaces disponibles

Les transferts de chaleur en villepar rayonnement

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=> Le « facteur de vue du ciel »

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Les transferts de chaleur en villePar réflexion

et les perturbations thermiques :- liées à l’albédo des matériaux (énergie réfléchie / énergie reçue)

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Rayonnement Rayonnement

Convection Convection

Conduction


Les transferts de chaleur en villePar convection et conduction

et les perturbations thermiques :- l’inertie thermique des matériaux (capacité à accumuler puis à restituer un flux thermique)

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Perturbations hydrologiques (imperméabilisation, égouts…)

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Précipitations sur les continents

Infiltrations

Nappe phréatique

Retour vers les océans

Ruissellement

Evaporation sur les océans

Vent

Précipitations sur les océans

Evapotranspiration

Transport de vapeur d’eau vers les continents

Le rafraîchissement en ville par évaporation(énergie consommée pour le changement d’état gazeux, humidification de l’air)

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Etat de la Bièvre à Paris en 1823, état actuel 2001 et projets

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Carence et comportement de la végétation

Le rafraîchissement et l’absorption d’énergiepar évapotranspiration

L’absorption de l’énergie lumineusepour l’activité photosynthétique

L’ombragepar interception du rayonnement solaire(les arbres à ombre froide ont un indice foliaire élevé - larges feuilles très couvrantes - et des feuilles épaisses)

Attention au stress hydrique (quantité d’eau diffusée par évapotranspiration supérieure à celle que la plante puise dans le sol) => mécanismes de résistance

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- Modification de la « Couche limite urbaine »

- Effet de brises urbaines / obstacles urbains




la« rugosité urbaine »

en cause

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- Modification de la « Couche limite urbaine »

L’îlot de chaleur se fait non seulement sentir au sol mais également en altitude :=> modification de la couche limite atmosphérique au dessus de la ville (« couche limite urbaine »)

En effet, en raison de la convection thermique et dynamique causée par la ville, on constate une diminution importante de l'intensité et de la fréquence des inversions en zone urbaine par rapport à la campagne environnante :=> constitution d’une couche de mélange où la stabilité tend à être de type adiabatique (changement d'état subi par un gaz dont la pression et le volume varient sans qu'il y ait échange de chaleur avec le milieu extérieur à ce gaz)

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- Effet de brises urbaines / obstacles urbains

La ville a également comme effet sur les régimes des vents de diminuer leur vitesse à la surface de la Terre à cause des obstacles urbains.

Quand le vent, d’écoulement laminaire en rase campagne (comportement stable), s’approche de la ville, il se réchauffe et sa viscosité diminue. Il devient alors turbulent, comportement erratique renforcé par les obstacles tels que les bâtiments

Dans le cas de vent frais à fort :=> la ventilation naturelle permet d’amener de la fraîcheur en ville ; les vents de plus de 11 m.s-1 (vent frais) préviennent la formation des ICU.

Dans le cas de vent faible (conditions anticyclonique…) :=> apparition de brises thermiques, brises de campagne dirigées des zones froides vers les zones chaudes

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- Dégagements de chaleur anthropiques




Chauffage l’hiver, Climatisation l’été, Circulation automobile,Industries…sont autant de facteurs qui font augmenter les températures et la pollution (qui indirectement aussi par effet de serre réchauffe l’atmosphère au niveau mondial) (Escourrou, 1996)

l’activité humaineet nos comportements

en cause

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Vulnérabilité des territoires

La notion de risque : croisement d’un aléa et d’un enjeu

Aléas climatiques : l’importance du phénomène d’îlot de chaleur - phénomènes tendanciel / événementiel (canicule) - facteurs d’aggravation (pollution atmosphérique, sécheresse…) et Prospective climatologique : vers une aggravation des effets de l’ICU?

Enjeux : l’adaptation de l’homme et des milieux - densité de population et populations vulnérables (risque sanitaire) - ressources et infrastructures fragilisées - facteurs d’aggravation (retrait gonflement des argiles, sources de chaleur anthropiques…) et Prospective socio-économique : vers une aggravation de la vulnérabilité?



Le phénomène d’ICU et ses conséquences : les conséquences

C/ Les enjeux associés à l’Effet d’ICU

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C/ Les enjeux associés à l’EICU

=> Perturbation du confort thermique

=> Pression sur les ressources Energie / Eau pour les besoins de rafraîchissement, de réfrigération et d’eau potable - hausse probable de la demande en énergie (climatisation, réfrigération) chaleur anthropique (extraction) et GES (fluides frigorigènes) - hausse probable des demandes en eau (plantations, aires de rafraîchissement)

=> Dégradation de la qualité de l’air : L’ICU et la forte chaleur sont des facteurs aggravant de la pollution atmosphérique

et de ses effets sur l’homme et sur les milieux - air extérieur : aggravation des phénomènes de smog (T°, stagnation air) - air intérieur : émanation de substances toxiques

=> Risques sanitaires (canicule, stress thermique et hydrique) 2e colloque national PCET – Atelier n°9 « Adapter les villes aux ICU » / E. Cordeau (IAU île-de-France)



Des impacts à suivre

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C/ Enjeux associés à l’EICU

L’enjeu sanitaire




Décès journaliers et températuresen Île-de-France en août 2003

Les ICU sont la cause d’une forte surmortalité en période caniculaire (InVS) :Þ repos nocturne et récupération empêchésÞ risque de surmortalité 2 fois plus élevé

chez les personnes exposées à la chaleur, en particulier la nuit et lorsque la canicule persiste une semaine ou plus

Avec des facteurs de risque :- individuel (perte d’autonomie, pathologies

préexistantes…)- liés à l’environnement (sous les toits,

dans un quartier ICU…)

Bilan de la canicule de 2003

en 15 jours ,

en France,15 000 décès en excès(sur-mortalité : + 60%)

en Ile-de-France,5 000 décès en excès

(sur-mortalité : + 134%)

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Le Plan Régional pour le Climat (PRC) / volet Climat du SRCAE

La Région a voté son PRC le 24 juin 2011 (délibération CR 43-11).

dont volet adaptation au changement climatique : champs prioritaires d’actions autour de l’amélioration de la connaissance et de son partage, de la lutte contre les îlots de chaleur urbains, des enjeux de l’eau, des risques sanitaires et de la biodiversité.

Le livre Vert du Plan Régional pour le Climat (étude de Météo France) => quelque soit le scénario d’évolution, la température moyenne devrait augmenter de manière significative d’ici à la fin du siècle.L’Île-de-France pourrait donc :- avoir à faire face à des étés caniculaires plus fréquents et plus intenses- subir une variabilité climatique plus grande dans son régime hydrique

D. Aperçu de la prise en compte de l’Ilot de chaleur urbain par la planification régionale en Ile-de-France



Le phénomène d’ICU et ses conséquences : Région Ile-de-France

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Etat des connaissances : les îlots de chaleur urbains

4/ Prise en compte de l’Ilot de chaleur urbain par l’aménagement et l’urbanisme à l’échelle régionale



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Le Plan Régional pour le Climat (PRC)

PRC = Vision stratégique et Plans d’action (24 actions et chantiers)

Action 15 : Plate-forme d’outils et de connaissances pour l’adaptation Action 16 : Lutter contre les îlots de chaleur urbain

=> « REALISATION D’UNE MISSION D’ASSISTANCE SUR LA VULNERABILITE ET L’ADAPTATION DU TERRITOIRE FRANCILIEN AUX CHANGEMENTS CLIMATIQUES »

Durée de la mission : 7 mois – achèvement prévu fin 2012 - Lot n°1 : Etude de préfiguration d’un réseau d’observation sur l’adaptation le cas de l’effet d’îlot de chaleur urbain ; (I CARE Environnement & Alto Ingenierie) - Lot n°2 : Etude des impacts socio-économiques de l’adaptation au CC (SOGREAH(Artélia) & RCT)





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Projet de guide de recommandations à destination des

collectivités territoriales:

L’effet d’îlot de

chaleur urbaine(ICU)


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Le Référentiel Aménagement construction durable de l’A21 régional

CRIF, Réf Agt DD = Référentiel en 5 axes et 25 orientations

Orientation Ter 8 : Adaptation de la ville aux chaleurs urbaines (ICU)

- Analyse des contributions du projet à l’îlot de chaleur urbain- Mise en place d’une réflexion interactive entre les éléments du projet

pour lutter contre l’élévation de température- Mise en place de mesures compensatoires pour diminuer les effets

d’îlots de chaleur





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Orientation Ter 8 : Adaptation de la ville

aux chaleurs urbaines

(ICU)




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Conclusion sur l’ICU

Quelle est la situation climatique des territoires aujourd’hui, et quelle évolution probable demain ?

Quelle est l’importance de l’îlot de chaleur urbain ? Et ce, à plusieurs échelles: de l’agglomération dans ses contrastes thermiques observables entre le cœur dense urbain et les zones rurales, et au cœur des îlots urbains.

Les questions essentielles de ressource en eau et de gestion de l’eau dans la ville sont notamment à mettre au premier rang : - perméabilisation des sols, - évaporation et évapotranspiration, - récupération des eaux de pluie et alimentation des végétaux…

A quels risques – sanitaires (avec facteur d’aggravation par la pollution de l’air), sociaux, environnementaux… - les collectivités territoriales font-elles face ? Quels sont les enjeux précis en termes de population (populations à risque, âgées et isolées, à précarité énergétique…) ?

Ne pas prôner de solution unique et systématique (contre-indications, « maladaptation »)



Le phénomène d’ICU et ses conséquences : conclusion

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Merci de votre attention

Pour en savoir plus

« Les îlots de chaleur urbains : Rapport 1 : L’adaptation de la ville aux chaleurs urbaines Rapport 2 : Répertoire de fiches connaissance »

[email protected]



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