urbain connu sous le nom de « urban heat island » et la densité du plan d’une ville, retrace les différentes expériences réalisées à travers le monde, dans un même objectif, celui de comprendre le fonctionnement et la relation qui existe entre ces deux éléments. En effet, ces dernières ont démontré le lien direct entre la croissance des villes et toutes les conséquences qu’elles induisent sur l’environnement et l’augmentation de la température à l’intérieur de leur périmètre urbain.
3.3.11 Résumé de quelques études sur l’îlot de chaleur urbain et l’urbanisation
Landsberg a résumé l’effet de l’urbanisation sur le microclimat résultant, ainsi que sur le macro climat, dans une étude menée en 1970, intitulée "Micro meteorological temperature differenciation through urbanization" 55. Il avait mis en évidence l’îlot de chaleur urbain et la variation de l’insolation due à l’urbanisation comme étant le facteur le plus important dans les changements du climat local. L’insolation était définie par la position géographique du site, la forme, l’orientation des bâtiments, ainsi que par la densité des groupements de constructions.
Landsberg a aussi cité l’effet de l’îlot de chaleur urbain dans un bâtiment isolé, après le coucher de soleil, il a conclut que l’ICU était causé par le dégagement de la radiation solaire absorbée par la maçonnerie et le pavage. Il a aussi mesuré la température de l’air sur différentes surfaces dans la ville de Colombia Maryland et a trouvé que l’air au dessus des parkings et pavages était de 0.7 et 1.1 K plus importante que la température de l’air mesurée au dessus de champs d’herbes qui étaient exposées aux radiations solaires. Par contre, la température de l’air au dessus d’une zone ombrée par un arbre a montré une diminution de seulement 0.2 K.
Ludwig a observé la distribution des températures au dessus des villes de Dallas et Fort Worth, Texas et a trouvé une remarquable uniformité en dépit d’un îlot de chaleur urbain journalier suspecté 56. Il a expliqué au moyen des diagrammes d’insolation des différents groupements de constructions contrairement à la forte capacité thermique habituelle des structures urbaines.
55
Landsberg H.E. (1970), Micrometeorological temperature differenciation through
rbanization.W.M.O.Technical note n° 108, Urban climates, Geneva, pp 364-371.
56
Ludwig F.L. (1970). Urban temperature fields.W.M.O.Technical note n° 108, Urban climates, Geneva, pp 80-107.
Ludwig a conclut que les groupements de bâtiments de taille moyenne et une rue de largeur moyenne, sont susceptibles de montré une augmentation de la température ambiante de l’air due à la bonne absorption des radiations solaires dans les rues et les niveaux de façades de bâtiments comparés aux ensembles de grands immeubles, ou la plupart des zones sub-urbaines et rurales, où la radiation est aussi bien déviée par l’excès d’ombrage que perdu vers l’environnement ouvert due à la réflexion.
Siddiqi (1978) a démontré, à l’aide de modèles numériques détaillés, comment la conception urbaine pouvait affecter l’environnement thermique des façades d’immeubles et par conséquent, déterminer le confort physique à l’intérieur et autour des habitations 57. Il a, par ailleurs, étudier l’effet de la densité d’une aire plane sue la radiation solaire reçu par des bâtiments de différentes formes.Il a trouvé que la radiation solaire reçu par les bâtiments était fonction de leur forme et leur orientation, et qu’elle variait avec la latitude du site. Cependant, le type de groupements (d’assemblage) a une influence importante sur toute radiation résulatante.Il a ainsi pu démontré, que des gains substantiels en consommation d’énergie pourraient être réalisés si des décisions intelligentes et appropriées en matière, d’arrangements en plan, densité de l’aire en plan, l’orientation et les matériaux des différentes surfaces sont prises à des étapes initiales de la conception.
D’autres études réalisées en Inde et en Israél stipulent que le premier mécanisme de contrôle du climat est la disposition des constructions dans le plan de la ville. Pour les climats chauds et secs, le facteur de compacité génère une large masse thermique atténuant les conditions externes. En Israél, Meir ( 1982, 1992) a examiné les facteurs qui affectent la variation du micro climat dans le désert de Negev et celui de Beer Sheva, en focalisant son intérêt sur la température de l’air et les mesures du vent dans différents points de la ville 58.
57
Siddiqi A.A (1978). A study of the effect of shape and grouping of structures and their extenal landscape patterns
on the irradiation of the urban built form. Doctoral thesis, building science Dept., Sheffield University, U.K.
58
Meir I.A. (1992). Urban space evolution in the desert-the case of Beer sheva, Building and environment, vol.27, pp 1-11.
Il a ainsi conclut, que les conditions environnementales les moins favorables mesurées étaient celles mesurées dans un large espace ouvert des constructions de 1970, caractérisé par 3 à 4 voies, de larges pavages et de grands immeubles. La moyenne des températures maximales dans ces régions atteignait 35.7 °C (1.8 K au dessus de la moyenne) et la vitesse de l’air avait atteint 3.1 m/s. Il a aussi trouvé que les types de groupements ayant les conditions les plus favorables étaient ceux qui avaient la densité de construction la moins élevée. Toutefois, Meir a démontré que les valeurs mesurées de vitesse de l’air prés du sol pour les différents facteurs urbains étaient presque similaires, et aucune différence ne fut observée dans les diagrammes de mouvement de l’air dans les espaces ouverts orientés est-ouest et nord-sud.
Toujours dans le cadre d’étude de l’ICU, Rohinton Emmanuel a réalisé une expérience sur la ville de Ann Arbor, au Michigan en effectuant des mesures sur terrain au niveau de plusieurs sites, dont la principale caractéristique de différenciation était la densité du plan et l’utilisation du sol 59. Il a ainsi, dégagé cinq sites de mesures :
• Une localité au centre-ville (DTL Downtown Location.)
• Un site résidentiel à forte densité (HDR - High-Density Residential site)
• Un site à plusieurs établissements résidentiels/institutionnels (NW2 - Multi-family residential/institutional setting.)
• Faible densité : groupement résidentiel avec végétation (LVR - Low-density Vegetated Residential neighborhood)
• Faible densité : groupement résidentiel à aire ouverte (LOR - Low-density Open-canopy Residential neighborhood.)
A travers des campagnes de mesures de températures journalières et nocturnes, Rohinton a mesuré cette donnée simultanément dans les sites choisis pendant la période d’étude. Il par ailleurs, utilisé les données météorologiques de stations fixes de mesures des paramètres climatiques tels que, température de l’air, humidité, radiation solaire et luminance globale.
59
Rohinton, E. (2000), Summertime urban heat island mitigation: propositions based on an investigation of
En ce qui concerne l’utilisation au sol, l’estimation s’est faite au moyen de calculs d’évolution de la densité du plan à partir de l’année 1990, tandis que pour les rues et les surfaces pavées, l’outil utilisé était la photographie aérienne et un outil informatique pour le calcul des surfaces sur cette même photographie datant d’avril 1990. Les espaces verts ou zones couvertes de végétation étaient considérées comme espace non bâti, tandis que tout ce qui représenté les habitations, commerces, institutions était assimilé à l’aire construite à considéré
Les résultats ont fait apparaître les données suivantes :
• La température journalière maximale durant le mois de Juin étudié s’étendait entre 18.9 - 35.0oC
• La température journalière minimale durant le mois de Juin étudié s’étendait entre 7.2 - 20.6oC
• L’étendue de la température maximale et minimale durant le mois de Juillet 1995 était de 22.8 - 36.7oC et de 8.9 - 23.3oC respectivement.
• L’effet de la végétation par l’ombre, révèle une différence de température journalière pouvant atteindre 3.43°C pendant la journée pour groupement résidentiel avec végétation en comparaison avec le groupement résidentiel à aire ouverte. Cet effet s’inverse pendant la nuit, lorsque le groupement résidentiel à aire ouverte est 0.84C plus frais que le groupement avec végétation
• L’implication de la conception urbaine dans les variations de température, a été dégagée à travers les points suivants : l’effet de la densité du plan bâti et de la température sur la température de l’air, l’effet primordial de la végétation sur la température, effet de la densité du centre ville avec des conditions atmosphériques stables sur la variabilité de la température, en créant des zones chaudes, moins chaudes et fraîches, ce qui représente l’existence du phénomène d’îlot de chaleur urbain.
Il a, ainsi pu conclure que l’îlot de chaleur urbain atteignait son degré maximale, à chaque fois qu’il y a instabilité des conditions climatiques journalières. Ces dernières, sont en effet, le fruit de l’interaction de plusieurs facteurs, allant de l’ombre provoquée par la végétation, le pourcentage d’occupation au sol au niveau des sites considérés, jusqu’à la nature d’utilisation des terrains.
Dans cet exemple, la simple comparaison de données climatiques sur une période assez courte à l’échelle d’étude du climat, et par le biais de la sélection de sites urbains ayant des caractéristiques différentes de densité du bâti, de présence de végétation, de nature d’utilisation du sol, il a était possible d’apprécier l’effet de ces conditions sur les variations du climat local de plusieurs zones urbaines, mais surtout de distinguer l’impact sur les variations de température.
Une autre étude menée récemment par le groupe d’îlot de chaleur de Hashem Akbari de l’université datant d’avril 2000, et s’intéressant à l’effet des températures des pavages sur la température des grandes villes, a révélée que le réchauffement du sol par le rayonnement solaire était à l’origine du phénomène d’îlot de chaleur urbain 60. Le raisonnement dans cette étude était que le revêtement de la plupart, voir la majorité des villes est fait avec de l’Asphalte de Béton de couleur sombre. Ce dernier absorbe la plupart des rayons solaires qu’il reçoit, car il représente les surfaces les plus sombres dans la ville.
Par conséquent, l’air en contact avec le sol est réchauffé par le revêtement de ce dernier, ce qui contribue directement à la production de pollution de l’air. Selon, Akbari les villes ne se réchaufferaient plus autant si les revêtements au sol absorbé moins de rayonnement solaire.En effet, selon Pomerantz, membre du même groupe scientifique, il a été estimé, que, si le rayonnement solaire absorbé par tous les revêtements au sol serait réduit de 90% à 65%, les pics de températures de l’air diminueront autour de 0.6°C pour une chaude journée du mois d’Aoùt.
Et récemment, une étude menée par une équipe de l’école des sciences géographiques et environnementales de l’université de Monash à Melbourne, en Australie, a été publié en Septembre 2005, traitant de l’impact de la croissance de la densité urbaine sur le climat local, à travers les variations spatiales et temporelles de la balance énergétique des surfaces à Melbourne
61
. En effet, les densités urbaines dans cette ville sont conçues de façon à s’accroître sous de nouvelles stratégies d’évolution du plan de Melbourne. A cet effet, la méthode utilisée était l’investigation de l’impact de la croissance de la densité urbaine sur la balance énergétique des surfaces et leur rapport au climat local, à travers le choix de quatre sites avec des densités croissantes de constructions et des variations dans les caractéristiques de surfaces (3 sites urbains et 1 site rural).
60
Hashem Akbari 2000. 61
Andrew M. and al., (2005), Impact of increasing urban density on local climate: spatial and temporal variations
in the surface energy balance in Melbourne, Australia, School of Geography and Environmental Science, Monash
La répartition d’énergie disponible était similaire pour les trois sites urbains, ce qui été illustré par des ratios énergétiques similaires. La plus grande différence observé entre les sites, se située au niveau de la capacité d’emmagasinement de chaleur urbaine, qui était influencé par la complexité de la canopée urbaine, l’albédo ainsi que par la capacité d’échanges thermique. Les ratios énergétiques étaient supérieurs à 1 tout au long de l’année pour l’ensemble des sites urbains, tandisque, pour le site rural, ces mêmes ratios étaient inférieurs à 1, en raison du niveau élevé d’évapotranspiration.
Le résultat mettait en évidence, la différence considérable des températures journalières entre le milieu urbain et le milieu rural, cependant, la différence des températures journalières à la limite de la canopée urbaine, entre les différents sites urbains était minime, en raison de la similitude dans la répartition énergétique. Toutefois, des températures nocturnes agréables ont été observées avec la croissance de la densité, comme le résultat des variations dans le dégagement de la chaleur stockée, qui est due en partie à la morphologie de canyon urbain. C’est ainsi, qu’ils ont conclut que la connaissance du rapport entre la croissance de la densité urbaine en ville, la balance énergétique des différentes surfaces et leur impact sur le climat local, était une donnée fondamentale dans la conception urbaine, qui est un moyen pour la manipulation des surfaces au sol et leur caractéristiques, dans le but d’améliorer le climat local de nos villes.