Local Climate Zone

Articulé en deux temps, le travail de Stewart a consisté à construire le concept de

Local Climate Zone puis à établir une typologie de Local Climate Zone. Il s’est d’abord

appuyé sur une approche dite de division logique du territoire appliquée à l’échelle

locale. Cette approche consiste à classer les territoires en différentes sous-classes

en utilisant plusieurs paramètres. Quatre paramètres influençant le comportement

thermique dans la couche limite de canopée urbaine ont été choisis afin de générer

des sous-classes. Ces paramètres concernent la morphologie urbaine et l’occupation du

sol :

– Le type d’objet présent dans la zone (bâtiments ou plantes)

– La hauteur de ces objets

– La densité spatiale de ces objets dans la zone

– Le caractère perméable ou imperméable des surfaces situées entre les objets de la

zone

L’utilisation de cette méthode a abouti à la création de 26 sous-classes hypothétiques

(figure 1.8), chaque sous-classe représentant une configuration de paramètres unique.

Une partie de ces sous-classes créées artificiellement ont été écartées, car elles étaient

improbables ou aberrantes, et parallèlement d’autres sous-classes ont été ajoutées.

Ces sous-classes ont ensuite été enrichies à l’aide de données descriptives issues

de campagnes de mesure in situ. Cette étape a permis d’ajouter des informations

qualitatives pour chaque sous-classe et d’établir une définition de chaque sous-classe

sous forme de texte. Des données quantitatives concernant les propriétés relatives

à la morphologie urbaine, à l’occupation du sol, aux matériaux urbains utilisés

et au métabolisme urbain ont également été introduites. Cette démarche d’ajout

d’informations qualitatives et quantitatives a été complétée par une série de visites

de terrain effectuées dans différentes villes.

Une fois ces sous-classes constituées, Stewart a étudié dans quelle mesure il était

possible de différencier thermiquement chacune des sous-classes. Cette analyse s’est

basée sur l’exploitation de mesures expérimentales in situ dans trois villes (Nagano,

Vancouver, Uppsala) d’une part, et sur des résultats de simulations numériques d’autre

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part. Les résultats ont indiqué que 17 sous-classes démontraient un comportement

thermique unique. Par ailleurs, les différences de morphologie urbaine et d’occupation

du sol entre sous-classes ont été identifiées comme étant les causes majeures des

différences de température d’air observées entre ces sous-classes.

À l’issue de ce processus, 17 types de LCZ ont été identifiés (figure 1.9 et Annexe A).

Une Local Climate Zone se définit comme une zone présentant des traits spécifiques du

point de vue de la morphologie urbaine, de l’occupation du sol, des matériaux urbains

et du métabolisme urbain, et dont le diamètre est supérieur ou égal à 400 mètres.

Les caractéristiques de cette zone modifient le microclimat de celle-ci et favorisent

l’émergence d’un régime particulier de température d’air au sein de la couche limite de

canopée urbaine, particulièrement dans des conditions météorologiques de vent faible

et de nébulosité faible. Chaque type de LCZ se définit par :

– Un nom et un code

– Une définition sous forme de texte

– Une fonction

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– Une localisation

– Des illustrations sous forme de photographies prises au niveau de la rue et en

partie supérieure de la canopée urbaine

– Une sélection de dix indicateurs urbains

Chaque type de LCZ est présenté sous forme d’infographie synthétisant ses

caractéristiques (figure 1.10). Les dix indicateurs urbains choisis par Stewart permettent

de caractériser une zone de manière quantitative. Chacun d’entre eux apporte une

information concernant les spécificités de la zone. Ils sont relatifs à la morphologie

de la zone, à son occupation du sol, aux matériaux présents dans la zone ainsi qu’à

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son métabolisme (table 1.9). Afin de pouvoir aisément identifier les limites physiques

entre LCZ à partir de la carte d’une ville ou d’une photographie aérienne, les types de

LCZ construits possèdent une combinaison unique d’indicateurs urbains en matière de

morphologie urbaine et d’occupation du sol.

Chaque type de LCZ possède un comportement climatique unique. Ainsi, le

concept de LCZ met en évidence la relation de causalité existant entre caractéristiques

urbaines d’une part, et comportement thermique d’autre part. Les types de LCZ

sont définis de façon standardisée, quantitative et non équivoque, afin de limiter les

biais d’interprétation. La classification LCZ offre la possibilité d’exprimer les écarts

de température en termes de différences entre LCZ, et de ne plus faire référence aux

termes “urbain” et “rural”. Elle propose une expression claire de l’amplitude de l’îlot

Domaine d’intervention des indicateurs

urbains

Indicateurs urbains

Morphologie urbaine

- Facteur de Vue du Ciel

- Rapport d’Aspect

- Hauteur moyenne des bâtiments

- Longueur de rugosité effective

Occupation des sols

- Pourcentage de surface bâtie

- Pourcentage de surface imperméable

- Pourcentage de surface perméable

Matériaux urbains ^{- Effusivité thermique}

- Albédo

Métabolisme urbain - Flux de chaleur anthropique

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de chaleur urbain via la comparaison de zones définies d’un point de vue climatique.

Il s’agit de confronter les comportements thermiques de différentes LCZ situées au

sein d’une même agglomération, qu’elles soient ou non de même type. Réalisée à

l’échelle mésoclimatique, cette évaluation est qualifiée ici de comparaison “inter-LCZ”.

De façon complémentaire, l’analyse réalisée à l’échelle microclimatique concerne l’étude

des distributions de température d’air observées au sein de chacune des LCZ identifiées

(appelée étude “intra-LCZ”).

La classification LCZ a pour objectif de pouvoir s’appliquer à la plupart des

environnements urbains et ruraux, et de permettre la représentation des différents

comportements climatiques observables dans une agglomération. Construite dans le

but de standardiser l’étude du climat urbain, elle vise à faciliter les comparaisons

d’amplitude d’ICU entre agglomérations (figure 1.11).

Méthodologie associée

L’utilisation de la classification LCZ s’accompagne d’une méthodologie s’organisant

en trois temps [Stewart et Oke, 2012]. La première étape consiste à réunir les

informations nécessaires à la bonne description de la zone étudiée, notamment celles

précisées dans la table 1.7. La collecte de ces métadonnées vise également à être en

mesure de déterminer les dix indicateurs urbains inclus dans la classification LCZ.

Ces indicateurs urbains peuvent être estimés à partir de visites de terrain, d’images

satellites ou aéroportées [Bechtel et Daneke, 2012] [Gamba et al., 2012], ou calculés à

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partir de bases de données urbaines ou en utilisant des algorithmes intégrés à des

logiciels SIG [Houet et Pigeon, 2011]. À ce stade, il est essentiel de caractériser la zone

étudiée à l’échelle locale, et de ne pas se focaliser sur les anomalies de morphologie et

d’occupation du sol à l’échelle microclimatique.

La seconde étape correspond à la définition de la zone source au niveau du

site de mesure. Pour l’étude d’une LCZ donnée, il s’agit de vérifier que la zone

source du capteur de température d’air utilisé se situe à l’intérieur de cette LCZ. En

effet, dans le cas où la zone source du capteur s’étend sur deux LCZ ou plus, la

mesure de température enregistrera l’influence des LCZ contiguës à la LCZ étudiée.

La détermination de la zone source en milieu urbain est particulièrement complexe.

Idéalement, la zone source doit être calculée à l’aide d’un modèle de footprints. Il

est néanmoins possible d’évaluer le diamètre de cette zone source sur la base des

estimations réalisées dans de précédentes études.

La troisième étape est celle de la sélection du type de LCZ adéquat pour le fragment

urbain étudié, et ce parmi les 17 types proposés. Pour une zone donnée, il s’agit de

comparer les métadonnées collectées lors de la première étape avec les descriptifs

de chaque type de LCZ. Les valeurs des dix indicateurs urbains sont notamment

comparées aux intervalles de valeurs suggérées pour les différents types de LCZ. Ces

suggestions d’intervalles doivent être considérés comme les limites approximatives au

sein desquelles les valeurs des indicateurs urbains sont inclues. Ainsi, il ne s’agit pas

de trouver une correspondance parfaite entre les indicateurs urbains calculés pour une

zone et les intervalles d’un type de LCZ donné, mais plutôt de trouver la meilleure

concordance possible entre un fragment urbain et un type de LCZ. Par ailleurs, Stewart

suggère que les indicateurs urbains liés à l’occupation du sol sont à privilégier par

rapport aux autres indicateurs urbains lors du choix de type de LCZ, car ceux-ci

influencent fortement le microclimat à l’échelle locale [Stewart, 2011].

Dans le document Caractérisation des îlots de chaleur urbain par zonage climatique et mesures mobiles : Cas de Nancy. (Page 79-85)