Les causes du ph´enom`ene d’ˆılot de chaleur

La pr´esence d’ˆılot de chaleur urbain peut ˆetre expliqu´ee par l’existance de l’environ- nement urbain. Son ´evolution est un ph´enom`ene complexe qui repose sur la contribution de plusieurs facteurs diff´erents.

Tout d’abord, la morphologie des villes et la densit´e urbaine jouent un rˆole tr`es important en ce qui concerne les changements microclimatiques dans les villes. Les rues ´etroites, les grands bˆatiments ainsi que la forte densit´e urbaine nuisent `a la bonne ventilation de centre ville, un ´el´ement n´ecessaire afin de garantir la fraˆıcheur en ville. La g´eom´etrie de rues ´etroites favorise l’accumulation et le pi´egeage de rayons solaires du fait des inter-r´eflexions sur les surfaces ce qui empˆeche le refroidissement de la rue. Une ´etude sur trente villes am´ericaines et europ´eennes, de lattitude moyenne a montr´e que l’effet d’ˆılot de chaleur nocturne est li´e `a la morphologie urbaine. Plus sp´ecifiquement l’intensit´e du ph´enom`ene est en relation avec la g´eom´etrie des rues et le Facteur de Vue du Ciel. Le Facteur de Vue du Ciel(FVC) est un indicateur g´eom´etrique qui caract´erise le champ de vision et l’ouverture du site vers le ciel.

Une faible valeur de FVC r´esulte du pi´egeage de rayons de grandes longueurs d’ondes, ´emis par les surfaces pendant le soir et ainsi, les rues ne se refroidissent pas. Une valeur ´elev´ee de FVC facilite l’´emission des rayons solaire sous forme d’infrarouge diminuant ainsi l’intensit´e du rechauffement nocturne [Oke 88]. Nous allons pr´esenter ce facteur en d´etail dans le chapitre 3.

Un autre facteur qui accentue l’augmentation de la temp´erature dans les espaces urbains est la modification des propri´et´es thermiques des mat´eriaux de construction. Les mat´eriaux des fa¸cades, des toitures, des rues et des trottoirs forment l’enveloppe de la ville [Gigu`ere 09]. Chaque mat´eriau est caract´eris´e par un nombre de propri´et´es thermiques.Les mat´eriaux utilis´es en milieu urbain comme l’asphalte et le b´eton ont des propri´et´es thermiques qui favorisent le stockage d’´energie solaire. L’´energie emma- gasin´ee est ensuite r´e´emise vers l’atmosph`ere, augmentant ainsi la temp´erature de l’air

1.4 L’ˆılot de chaleur urbain ₇

ambiant pendant la nuit. Les propri´et´es thermiques des mat´eriaux utilis´es pendant la construction sont mention´ees dans l’annexe B.

L’alb´edo est un autre param`etre qui influence le ph´enom`ene d’ˆılot de chaleur. Chaque mat´eriau a une valeur d’alb´edo qui modifie la fraction d’´energie solaire r´e- fl´echie ou absorb´ee par la surface. Les mat´eriaux utilis´es en ville sont g´en´eralement de bas alb´edos, une grande partie d’´energie solaire incidente est absorb´ee au lieu d’ˆetre r´efl´echie, augmentant ainsi la temp´erature des surfaces. Les propri´et´es thermiques en relation avec l’alb´edo influencent alors significativement l’effet d’ˆılot de chaleur puisque l’´energie solaire emmagasin´ee est ensuite r´e´emise vers l’atmosph`ere sous forme d’infra- rouge [Santamouris 11]. La figure 1.3 montre les valeurs d’alb´edo pour certain mat´e- riaux typiques dans le milieu urbain.

Fig. 1.3 –L’alb´edo de l’environnement urbain [Bozonnet 06].

L’utilisation des mat´eriaux des surfaces de haute r´eflectivit´e et ´emissivit´e d’´ener- gie infrarouge peut contribuer `a l’attenuation de l’effet d’ˆılot de chaleur. La haute r´eflectivit´e amene `a la diminution du rayonnement solaire absorb´e et par cons´equent la temp´erature de surface reste basse. La haute ´emissivit´e qui caract´erise ces mat´eriaux empˆeche le stockage de la chaleur. Il s’av`ere que l’utilisation des mat´eriaux avec ces ca- ract´eristiques thermiques contribue `a la r´eduction de la temp´erature de l’air ambiante dans le milieu urbain [Santamouris 01].

La perte progressive des espaces verts dans la ville est un param`etre `a prendre en compte dans l’´etude de l’ˆılot de chaleur urbain. La v´eg´etation joue un rˆole important quant `a la modification du microclimat du fait des ph´enom`enes d’´evapotranspiration et d’ombrage. Pendant l’´evapotranspiration, l’air ambiant au voisinage de l’arbre, se

refroidit en c´edant une partie de sa chaleur pour permettre l’´evaporation. Les feuilles des arbres r´eduisent les apports solaires incidents, diminuant ainsi l’absorption d’´ener- gie et la temp´erature des surfaces [Robitou 06, Vinet 00]. La contribution importante de la v´eg´etation sur la fraicheur des villes est ´evident si on prend en compte qu’un arbre qui transpire 450 litres d’eau a un effet de refroidissement ´egal `a celui de cinq climatisateurs qui fonctionnent au total 20 heures par jour [Johnston 04]. Finalement la chaleur anthropique issu des activit´es humaines en relation avec la production de gaz `a effet de serre contribuent `a la d´et´erioration de la qualit´e de conditions microcli- matiques. L’activit´e humaine, les v´ehicules et l’activit´e industrielle sont des sources de chaleur ´emises en milieu urbain. Ces sources ´emettent ´egalement des gaz `a effet de serre qui participent au r´echauffement de l’atmosph`ere puisque ils pi`egent l’´energie solaire, bloquant ainsi le refroidissement de l’air ambiant [Sailor 04].