1. Les paramètres climatiques :
3.3. Causes du phénomène l’îlot de chaleur urbain :
La présence et l’évolution de l’îlot de chaleur urbain est complexe. Elle repose sur la contribution d’une série de facteurs d’origine météorologique ou géographique et d’autres facteurs dont l’architecture et l’aménagement urbain font partie.
Facteurs
naturels Situation géographique
-Climat.
-Course solaire.
-Exposition au vent Topographie. -Présence d’eau et de végétation. -Environnement naturel.
Facteurs humains
Tissu urbain
-Porosité du tissu. -Orientation des rues.
-Hauteur de la canopée urbaine.
-Propriétés thermiques et radiatives des revêtements de sol.
-Rejet de la chaleur anthropique des
véhicules.
Bâtiment
-Propriétés thermiques et radiatives des matériaux.
-Ombrage par les protections solaires -Compacité du bâti.
- Rejet de la chaleur anthropique par le chauffage, la climatisation et l’industrie aussi.
Tableau 6: Facteurs et échelles influant l’intensité de l’îlot de chaleur urbain. Illustré par l’auteur.
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3.3.1. L’exposition aux rayonnements solaires :
L’intensité du phénomène de rétention de la chaleur est différente selon le milieu récepteur et est influencée par l’exposition des surfaces au rayonnement solaire incident direct.
Plus les surfaces seront exposées, plus la chaleur stockée ou piégée sera importante. 3.3.2. La géométrie urbaine :
La morphologie de la ville influence le bilan radiatif, plus spécifiquement l’intensité du phénomène est en relation avec la géométrie des rues et la hauteur des bâtiments.
Le premier paramètre influant le bilan radiatif concerne les ombres que font les bâtiments sur
les espaces extérieurs et qui limitent la montée en température des matériaux127. L’orientation
de la rue face au rayonnement solaire et la diminution du prospect du tissu urbain va empêcher la projection des ombres.
Le deuxième facteur, également lié à la géométrie urbaine, concerne le piégeage radiatif qui participe au stockage de la chaleur dans les matériaux du canyon.
Dans une forme urbaine à fort prospect, les rayons solaires vont subir de multiples réflexions et vont réchauffer les surfaces qui composent la rue avant de ressortir partiellement vers l’atmosphère, Les rayons infrarouges émanant des matériaux urbains chauffés sont piégés de
la même manière128.
Figure 23: Illustration du piégeage radiatif. Illustré par l’auteur.
127 Adolphe, L., Châtelet, A., Boussoualim, Barlet, C, Déboulbet, E. (2002). SAGACités Vers un Système
d’Aide à la Gestion des Ambiances urbaines - rapport final (MENRT- Direction de la Technologie).
128 Colombert, M. (2008). Contribution à l’analyse de la prise en compte du climat urbain dans le s différents
moyens d’intervention sur la ville. Thèse de Doctorat, Université Paris -Est. Consulté à l’adresse https://tel.archives -ouvertes.fr/tel-00470536/.
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Donc plus le facteur de vue du ciel (FVC) défini par l’ouverture vers le ciel est faible, plus la chaleur s’échappera difficilement.
Le troisième facteur lié au tissu urbain, est celui de l’orientation des rues par rapport aux vents dominants. A l’intérieur de la rue canyon, la direction et la vitesse du vent seront modifiées
par rapport à l’orientation et au prospect de la rue129
. Plus le tissu est dense, plus le vent sera ralenti et la chaleur s’échappera difficilement.
3.3.3. Les propriétés thermiques des matériaux :
Les propriétés relatives aux matériaux des façades, des toitures, des rues ou des trottoirs peuvent accentuer l’augmentation de la température dans les espaces urbains, leur permettant de stocker la chaleur durant la journée et de la restituer la nuit.
L’effet d’îlot de chaleur s’accentue face à cette restitution nocturne130
. La capacité des matériaux urbains à capter la chaleur et à la restituer pendant la nuit est caractérisée par deux grandeurs qui influent sur l’énergie emmagasinée ou réémise vers l’atmosphère : l’albédo et l’inertie.
- L’albédo : correspond au pouvoir d’absorption ou de réflexion d’une surface exposée à l’énergie solaire, sa valeur est comprise entre 0 et 1.
L’albédo des matériaux urbains est globalement plus faible que celui des matériaux que l’on
trouve à la campagne131, une grande partie d’énergie solaire incidente est absorbée au lieu
d’être réfléchie, augmentant ainsi la température des surfaces.
Pendant toute la nuit, les propriétés thermiques vont être responsables de l’émission de la chaleur stockée durant la journée vers l’atmosphère, sous forme de rayonnement infrarouge132.
129
Nakamura, Y., & Oke, T. R. (1988). Wind, temperature and stability conditions in an eastwest oriented urban canyon. Atmospheric Environment (1967), 22(12), 2691–2700.
130
Bonhomme, M. (2013). Contribution à la génération de bases de données multi-scalaires et évolutives pour une approche pluridisciplinaire de l’énergétique urbaine, thèse de doctorat, institut national de sciences appliquées de Toulouse, 11 décembre 2013.
131 Prado, R. T. A., & Ferreira, F. L. (2005). Measurement of albedo and analysis of its influence the surface
temperature of building roof materials. Energy and Buildings, 37(4), 295–300.
132
M. Santamouris, A. Synnefa & T. Karlessi. (2011). Using advanced co - oling materials in the urban built environment to mitigate heat islands and improve thermal comfort conditions. Solar Energy, vol. 85.
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Figure 24: L’Albédo de l’environnement urbain. Illustré par l’auteur.
- L’inertie thermique : L’inertie thermique d'une construction est fonction de sa capacité à emmagasiner de la chaleur le jour, de la fraîcheur la nuit, puis de les restituer lentement afin d'amortir les variations jour nuit des températures intérieures.
En milieu urbain, pendant la nuit, les matériaux qui ont accumulé la chaleur diurne en relèguent une partie, limitant leur possibilité de se rafraîchir là où l'air circule peu, ce qui contribue à l’augmentation de la température de l’air ambiant extérieur et l’apparition de l’ilot de chaleur par conséquent.
3.3.4. L’impact de la végétation et de l’eau :
Le phénomène d’évapotranspiration est bouleversé par la diminution des surfaces végétales et par l’imperméabilisation du sol.
Les végétaux et la présence d’eau participent à humidifier l’air dans le milieu urbain accompagné d’une absorption de la chaleur.
La carence du végétal en milieu urbain et la présence d’arbres mal irrigués se présentant avec
un stress hydrique, limitent le rafraîchissement de la ville133.
133
Gill, S. E., Handley, J. F., Ennos, A. R., & Pauleit, S. (2007). Adapting cities for climate change: the role of the green infrastructure. Built Environment, 115–133.
65
Un autre facteur réduisant l’humidité de l’air est celui de l’imperméabilisation de la ville. En effet la totalité de l’eau sera rejetée dans les réseaux et le sol ne contient plus d’eau ce qui
réduit l’évaporation134
.
Or cette diminution d’humidité s’accompagne d’une augmentation des températures.
Figure 25: Relation entre les surfaces imperméables et le phénomène d’évapotranspiration.
Source : United States Environmental Protection Agency135.
3.3.5. Les activités anthropiques :
Le rejet de la chaleur anthropique en milieu urbain issu des activités humaines est lié au besoin de chauffage, de climatisation, au transport et aux activités industrielles.
La quantité de ce rejet dépend de la densité bâtie et de la population.
De ce fait, le gaz à effet de serre sera émis et participera au réchauffement de l’atmosphère en
bloquant ainsi le refroidissement de l’air ambiant136
.
En conclusion, plusieurs recherches ont démontré que dans les centres villes denses, par leur bâtiments, matériaux et activités et qui laissent moins d’espaces à la végétation et aux plans d’eau sont plus touchés par l’effet d’ilot de chaleur urbain.
134 United States Environmental Protection Agency. (2008, octobre). Reducing Urban Heat Islands:
Compendium of Strategies. Consulté à l’adresse http://www.epa.gov/heatisland/resources/compendium.htm, le 17/01/2017, p07.
135 Ibid. 136
D. Sailor & L. Lu. (2004). A top down methodology for developing diur- nal and seasonal anthropogenic heating profiles for urban areas. Atmospheric Environment, no. 38, pages 2737–2748.
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