Modelisation, Ville & Changement climatique

Villes et changement climatique

Colette Marchadier — 2010-06-23T10:04:45Z

Changement climatique

Les projections climatiques prévoient à la fois un réchauffement climatique et une augmentation de la fréquence et de l'intensité d'événements extrêmes, comme :

– Hausse de niveau de la mer
– Pluies intenses (Ouragans, Moussons, Inondations)
– Vagues de chaleur, désertification, feux de forets au voisinage des villes, …

Chacun de ces événements aura un impact sur les villes, et nécessitera probablement des stratégies d'adaptation différentes, qui dépendront des caractéristiques des évènements (et de leurs interactions), des caractéristiques de la ville, de sa localisation, de la gouvernance locale, …

Adaptation des villes au changement climatique

Pour répondre au protocole de Kyoto et au « paquet climatique » européen, les acteurs publics et institutionnels sont confrontés à des interrogations sur la vulnérabilité et l'adaptation de zones urbaines à ces événements :

Quels seront les effets locaux, sur une ville particulière, du changement climatique global ?
Quel sera le microclimat dans une ville en expansion ?
Quelle sera l'énergie nécessaire pour assurer le confort thermique des habitants ?
Quelles seront les émissions de CO2 ? Comment adapter la structure urbaine au changement climatique ?

Les modifications structurelles des villes se font sur une période de temps relativement longue. Dans la plupart des villes européennes, les structures urbaines ont été créées au cours des siècles et un bâtiment urbain a une durée de vie de 50 à plus de 100 ans. Pour adapter les villes aux vagues de chaleur futures, il est donc nécessaire de commencer dès à présent à changer les normes de construction et les habitudes de planification urbaine. Mais jusqu'ici, il est difficile de savoir ce qui doit être fait, et encore moins comment le faire.

Des projets interdisciplinaires pour étudier les impacts du changement climatique sur les villes

Compte tenu des interactions complexes entre le changement climatique, l'évolution des villes et le mode de vie des habitants, l'étude de l'évolution du climat urbain et la construction de stratégies d'adaptation des villes exigent une forte approche interdisciplinaire : planificateurs urbains, architectes, météorologues, hydrologistes, ingénieurs du bâtiment, économistes, sciences sociales, etc …

Le CNRM-GAME est engagé dans plusieurs projets fortement interdisciplinaires, pour étudier certains impacts du changement climatique sur les villes et des stratégies d'adaptation à l'échelle du siècle, en particulier :

Intensification de vagues de chaleur au 21e siècle (adaptation à un type d'événement extrême) (VURCA, CLIM2)

Vers une ville « zéro carbone » ?" (Adaptation au changement climatique par réduction de la consommation d'énergie) (MUSCADE)

Impact de scénarios d'adaptation sur plusieurs indicateurs urbains, à partir d'une plateforme de simulation de la ville (BRIDGE, ACCLIMAT)

Dans l'ensemble de ces projets, la méthodologie retenue est la suivante :

1) Tout d'abord, des scénarios interdisciplinaires sont définis, à partir d'hypothèses portant sur la technologie et la règlementation technique de construction des bâtiments, le transport, le style de vie (l'utilisation de climatisation -ou pas, …), la planification urbaine (ville dense, ville verte, …), et les scénarios climatiques issus des rapports du GIEC.

2) Puis, une projection de la ville est proposée pour le court terme (10 ans) par des experts (projet BRIDGE), et simulée pour le long terme (100 ans !) par des modèles socio-économiques, couplés à des modèles géographiques de spatialisation (ACCLIMAT, VURCA, MUSCADE).

3) Ensuite, les impacts (météorologique et autres) sont simulés par des modèles physiques (comme TEB).

4) Enfin, des indicateurs permettent d'évaluer quantitativement la stratégie d'adaptation et les scénarios correspondants.

L'ilôt de chaleur urbain

Colette Marchadier — 2010-06-23T09:57:27Z

Comment est crée l'îlot de chaleur urbain ?

L'îlot de chaleur urbain (ICU) est crée par le contraste entre la ville et sa campagne , les deux interagissant avec l'atmosphère. La végétation en campagne et la structure urbaine se comportent très différemment en terme d'énergie et d'échanges d'eau avec l'atmosphère.

Pourquoi l'îlot de chaleur urbain est-il plus fort la nuit que le jour ?

Presque tout se joue durant la journée.

Dans la campagne, l'essentiel de l'énergie solaire est utilisée par les plantes pour extraire l'eau du sol par leurs racines et s'évaporer dans l'atmosphère. La plupart de l'énergie restante est utilisée pour chauffer l'air (l'air est plus chaud le jour que la nuit !), mais la végétation et le sol eux-mêmes se réchauffent peu.

Dans les villes, les surfaces imperméables et les bâtiments vont également chauffer l'air, mais vont surtout se réchauffer et stocker beaucoup d'énergie. Cet effet de stockage d'énergie sera fortement influencé par la géométrie 3D de la ville.

Quand vient la nuit, l'air dans la campagne se refroidira rapidement, tandis que les surfaces urbaines plus chaudes limiteront ce refroidissement.

Ainsi, l'îlot de chaleur urbaine n'est pas créé parce que l'air urbain se réchauffe plus rapidement, mais parce qu'il se refroidit plus lentement !

En regardant une image satellite de jour, on voit que la ville est beaucoup plus chaude que son environnement. Mais le contraste de températures de l'air survient seulement la nuit. Cela n'est-il pas contradictoire ?

Non. En fait, les surfaces urbaines étant très chaudes dans la journée (et stockant ainsi de chaleur) elles limitent le refroidissement nocturne par circulation d'air dans la ville.

L' image satellite montre des températures élevées dues aux toits ensoleillés (qui peuvent être très chauds), mais la température de l'air au niveau de la rue et des piétons n'est pas influencée directement par ces températures de toit. La turbulence atmosphérique, importante durant la journée, mélange l'air au dessus de la ville (jusqu'à typiquement 1km) et l'air de la campagne, limitant l'influence directe (généralement élevée) du flux de chaleur produit par la ville.

La chaleur émise par les activités humaines est-elle responsable de l'îlot de chaleur urbain ?

Oui et non. Les facteurs principaux sont la radiation solaire et le stockage de chaleur par les matériaux urbains. Cependant, le chauffage durant l'hiver peut augmenter l'intensité de l'îlot de chaleur urbain, en réchauffant les bâtiments et en rejetant de la chaleur due au chauffage. De même, une climatisation massive pendant l'été va rafraîchir l'air à l'intérieur des bâtiments, mais peut ainsi augmenter la température de l'air extérieur jusqu'à 1°C à cause des rejets de chaleur des équipements de climatisation.

La problématique ville - climat

Colette Marchadier — 2010-06-23T09:53:52Z

Plus de la moitié de la population mondiale vit de nos jours en ville, cette proportion atteignant 80% dans les pays développés. De plus, les zones urbaines concentrent la grande majorité du capital (logements, distribution d'eau, infrastructures de transport). Une telle concentration de population conduit à un accroissement des préoccupations sociétales, économiques et environnementales.

A ces préoccupations s'ajoutent le microclimat spécifique des villes, la forme urbaine affectant la circulation du vent, l'humidité proche de la surface, la fréquence d'apparition des phénomènes de brouillard, et augmentant la brise urbaine et la turbulence atmosphérique. La caractéristique principale du climat urbain est l'îlot de chaleur urbain.

Ce phénomène a été observé dès 1820 par Luke Howard sur la ville de Londres : il consiste en une température plus élevée dans la ville que dans les banlieues, elles mêmes plus chaudes que les campagnes environnantes. De nos jours, cette différence de température peut atteindre 10 degrés pour les grandes agglomérations, avec des conséquences sensibles sur le confort des habitants et la santé publique, en particulier la nuit et en période de canicule.

Ce fut le cas lors de la canicule de 2003 : la vague de chaleur qui a touché l'Europe a provoqué plus de 70 000 morts, la plupart en milieu urbain (cf figure : canicule 2003 : Ilot de chaleur nocturne à Paris - moyenne de 15 nuits consécutives - Source : Météo France).

Les projections climatiques prévoient d'ici la fin du siècle une augmentation de l'intensité et de la durée des vagues de chaleur, dans différentes régions du monde : il est donc nécessaire de mieux comprendre le climat urbain pour pouvoir préparer les villes à ce changement.