1-2-5-L’Absence de végétation et d’eau :

Les arbres et les espaces verts contribuent de manière significative à la diminution des températures urbaines pendant la période d’été grâce au processus d’évapotranspiration.

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Les arbres jouent également le rôle de filtre aux polluants et de masque aux bruits. Leur effet d’ombre contribue aussi à la diminution des besoins d’énergie pour se refroidir en été.

En hiver, les arbres à feuilles caduques laissent tomber ces dernières permettant la pénétration des rayons solaires.

II-1-2-6-La topographie (l’orographie)

La topographie conditionne l’accumulation en quantités nuisibles des déchets libérés dans l’atmosphère. Les vallées ou l’activité industrielle est intense sont réputées pour leur smog.

Les reliefs accidentés (vallées, falaises, collines etc.) canalisent les écoulements atmosphériques modifiant de fait ses caractéristiques physiques (grandeurs moyennes et turbulentes). L’importance de ces modifications est liée à la taille et à la forme de l’obstacle.

- II-1-2-6-1-Le rôle des versants montagneux

Le relief en général exerce une action dynamique sur l’écoulement de l’air. Lorsque le vent heurte un obstacle, son écoulement se trouve perturbé et certains filets d’air contournent la barrière qui leur est opposée, tandis que d’autres tendent à épouser plus ou moins le profil du relief, de sorte qu’une montagne engendre une zone d’ascendance de l’air sur sa face « au vent » suivie d’une zone de subsidence sur sa face « sous le vent » (figure II-2).

Figure II-2 : Ecoulement au-dessus d’une colline (Turbelin, 2000)

- En atmosphère instable ou neutre: Le panache suit les variations du relief donc en tout point de l’axe du panache la distance verticale au sol est constante et égale à la hauteur effective du rejet.

- En atmosphère stable : Le panache reste approximativement dans le même plan horizontal et contourne-le relief si la hauteur de celui-ci est supérieure à la hauteur du rejet.

- II-1-2-6-2- L’influence des régions encaissées

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Les inversions de températures peuvent résulter de circonstances géographiques particulières, comme dans les régions encaissées où l’air froid plus dense des sommets s’écoule, la nuit, vers les fonds de vallées dans lesquels il s’accumule, provoquant des brouillards qui accentuent le refroidissement.

Ainsi, il n’est pas rare de mesurer des gradients anormaux de température : il peut alors faire plus chaud sur les sommets qu’au fond de la vallée. Cette situation est assez fréquente. Elle entraîne une extrême stabilité des couches d’air inférieures et provoque de fortes concentrations de polluants au sol.

En ville, la configuration « encaissée » des bâtiments, l’étroitesse des rues et un vent réduit peuvent contribuer à la concentration des polluants atmosphériques près du sol. C’est également le cas pour les parkings souterrains, les tunnels…

- II-1-2-6-3-Les brises thermiques : des phénomènes locaux imbriqués à des phénomènes d’échelle supérieure

La brise est un vent alternant journalier de la couche limite qui découle du contraste thermique entre deux surfaces contiguës et qui se manifeste par un changement de direction et de vitesse du vent. La circulation des brises thermiques est due à la différence d’échauffement ou de refroidissement, à l’échelle intra-quotidienne, entre deux surfaces voisines de nature différente (forêt/champ labouré, littoral/plan d’eau, surface urbanisée/surface végétalisée, etc.).

Comme la température des surfaces influence celle de l’air sus-jacent, la différence de température des deux volumes d’air voisins génère un gradient thermique et donc une circulation atmosphérique locale dans les basses couches de l’atmosphère.

Ce phénomène, mesurable lorsque le vent d’échelle spatiale supérieure est relativement faible, se manifeste par un changement de la direction de la vitesse du vent entre le jour et la nuit, ce qui a des répercussions sur les températures de l’air parfois aussi sur la nébulosité et la pluviométrie.

Les brises peuvent avoir des répercussions sur divers domaines concernant les rapports entre le milieu physique et la société (diffusion ou concentration de la pollution d’origine industrielle ou urbaine, ventilation et rafraîchissement de l’air dans une rue, déplacement ou blocage de l’air froid au-dessus d’un espace …).

- La brise littorale

Le long des côtes ou des grands lacs, la différence de température entre la terre et l’eau suffit à établir des courants d’air locaux de la mer vers la terre le jour ce phénomène est définit par la brise de mer, les vents les plus forts se produisent en après-midi lorsque le contraste de température est le plus élevé, et de la terre vers la mer la nuit brise de terre.

 le jour : la brise de mer ramène les polluants sur les côtes. Les plus petites villes aux alentours peuvent recevoir les polluants des grands centres urbains à cause de cette brise, aux grands désarrois de la population (figure II-3)

 la nuit : la brise de terre disperse les polluants en dehors de la ville. Ce phénomène profite aux citadins des grandes villes côtières la nuit. (figure II-4)

Sous les latitudes tempérées, les vents côtiers n’apparaissent nettement que l’été car ils sont masqués par le régime général des vents pendant les autres saisons. Dans certaines agglomérations industrielles littorales, les polluants épargnent la ville lorsque le vent

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souffle de la terre vers la mer ; en revanche, les lieux habités sont particulièrement touchés quand le vent souffle de la mer vers la terre.

- Les brises de pentes

Les brises de pente sont dues à la différence de température entre le sol incliné d’un relief et l’air libre au même niveau.

 Le jour, sous l’influence du rayonnement solaire, le sol se réchauffe plus vite que l’air libre. L’air au contact du sol devient plus léger et tend donc à s’élever le long de la pente : c’est la brise montante ou anabatique. (figure II-5)

 La nuit au contraire, l’air se refroidit au contact du sol, devient plus dense et s’écoule le long de la pente : c’est la brise descendante ou catabatique. Plus la vallée sera large et la pente bien exposée au soleil, plus la brise de pente sera accentuée. (figure II-6).

- Les brises urbaines : des contraintes multiples

Les brises sont plus difficiles à mettre en évidence et surtout à expliquer lorsque le milieu est caractérisé par une grande variabilité spatiale dans la nature, la rugosité ou encore la forme des surfaces. C’est typiquement le cas des agglomérations urbaines, même lorsqu’elles sont implantées sur un site plat et qu’elles ne subissent pas l’influence de la mer ou d’un vaste plan d’eau à proximité.

La mosaïque des matériaux qui constituent les espaces urbains, avec des surfaces imperméables à l’eau (bitume, toiture…) et d’autres plus perméables (jardins, parcs…),

Figure II-3- Schéma simplifié brise de mer Figure II-4- Schéma simplifié brise de terre

Figure II-5- les bises de pente le jour (brise anabatique), (Source : F.Jourdain,

CEA cardache 2010)

Figure II-6- les bises de pente la nuit (brise catabatique) (Source : F.Jourdain,

CEA cardache 2010)

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explique grande variabilité des flux énergétiques et radiatifs (réflexion et absorption souvent plus importantes).

Le phénomène de l’îlot de chaleur est clairement et il génère des brises allant de la périphérie vers ce centre plus chaud. Mais dans ces milieux complexes, les bilans radiatifs et énergétiques sont fortement variables dans le temps et dans l’espace pour plusieurs raisons :

- la pollution diminue le rayonnement solaire directe et augmente le rayonnement solaire diffus ainsi que le rayonnement infrarouge atmosphérique ; saisonnièrement le chauffage ou la climatisation anthropique interviennent à différentes échelles dans les bilans thermiques.

-Les brises thermiques qui se forment en ville sont aussi contraintes par les constructions et influencées par des facteurs d’échelle microclimatiques, tels les effets d’ombre, la présence de verdure, la couleur des façades, etc.

Il est malgré tout possible de détecter, dans certaines agglomérations, des brises convergeant de la périphérie vers le centre. Cette brise de campagne est aussi un vent à caractère local, généré par la discontinuité thermique entre le centre densément bâti d’une agglomération sa périphérie environnante dominée par les surfaces moins imperméabilisées, plus végétales et donc plus froides (les villes oasis, sous climat chaud, ne sont pas concernées).

À une échelle spatiale intra urbaine (rue, îlot d’habitation…), des mouvements de l’air sont également observés, par exemple entre un espace végétalisé, un espace imperméabilisé à proximité (l’absence d’eau à évaporer modifie la part respective des transferts de chaleurs latente et sensible) ou encore à l’intérieur d’un canyon urbain entre une façade à l’ombre et une exposée au soleil.

- Les interactions entre la brise et les autres mouvements de l’air

D’autres phénomènes atmosphériques à des échelles parfois très différentes qui peuvent se combiner à la brise pour l’intensifier ou l’affaiblir, voire pour modifier fortement la direction des vents selon les cas.

La figure montre les interférences entre trois flux à échelles différentes en fonction de la topographie : un vent d’échelle synoptique (pas très fort mais pouvant souffler plusieurs jours de suite), une brise de mer (jour), de terre (nuit) qui se développe le long du littoral et enfin des brises orographiques : brise de vallée (ascendante) le jour, brise de montagne (subsidence) la nuit. Les flux les plus forts peuvent affaiblir, accélérer ou même cisailler ceux qui sont moins actifs, ce qui est le cas des brises orographiques sur la figure II-7.

(Figure II-7).

- Les flèches n° 2 indiquent un vent synoptique qui ne change pas de sens entre le jour et la nuit

- La flèche 3 montre la brise de mer (jour) ou de terre (nuit), - Les flèches 4 et 5, le système des brises orographiques

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Figure II-7 : Exemples de vent synoptique et de brises (littorales et orographiques) interférant les uns avec les autres (source : Carrega, 1989)