Le rayonnement global incident

Peter-son et Stoffel(1980) montrent par des mesures réalisées à St. Louis (Etats-Unis)

que l’atténuation du rayonnement reçu en comparaison avec une zone rurale est plus forte en hiver – 4.5% – qu’en été – 2%. Pour les zones périurbaines, cette atténuation est d’environ 1 à 2%. La direction du vent peut influencer ces résultats, les sites sous le vent de la ville recevant moins de rayonnement que les sites au vent. L’atténuation du rayonnement varie selon le type d’urbani-sation (tableau 1.3) et elle est plus forte pour les zones industrielles. On note même que certaines études ne montrent pas d’atténuation significative (Dupont

et al., 1999,Christen et Vogt, 2004).

Alors que la plupart des études précédentes s’appuient sur des mesures au sol ou par avion, les phénomènes conduisant à l’atténuation du rayonne-ment solaire sont étudiés par le biais de modélisation. C’est le cas de Bergstrom

et Peterson (1977) qui simulent la propagation du rayonnement global en

TAB. 1.2: Jeu de paramètres les plus couramment utilisés pour caractériser un paysage urbain

λP fraction de la surface horizontale urbain : 35-65% occupée par les bâtiments péri-urbain : 15-40%

λ_V fraction de la surface horizontale urbain : 0-35%

occupée par de la végétation péri-urbain : 35-70%

λ_I fraction de la surface horizontale urbain : 20-50% occupée par des surfaces péri-urbain : 10-40% imperméables hors bâti

H hauteur moyenne des bâtiments urbain : 8-20 m péri-urbain : 4-8 m gratte-ciel : > 20 m W largeur moyenne des rues

H/W rapport d’aspect de la rue urbain : 0,5-2

péri-urbain : 0,1-0,5 gratte-ciel : > 2

ψ_S facteur de vue du ciel urbain : 0,3-0,6 péri-urbain : 0,6-0,9

TAB. 1.3: Variation de l’atténuation du rayonnement solaire selon le type de couvert

Auteur Lieu urbanisation Atténuation

Rouse et al.(1973) Hamilton industriel 12%

Bergstrom et Peterson (1977) St. Louis centre 5%

Peterson et Flowers(1978) Los Angeles agglomération 6-8%

Peterson et Stoffel (1980) St. Louis centre 2-4.5%

Peterson et Stoffel (1980) St. Louis péri-urbain 1-2%

Estournel et al.(1983) Toulouse centre 30 W m−2

(midi)

Dupont et al. (1999) Paris centre

-de St. Louis. De nombreuses étu-des plus récentes se sont focalisées sur l’im-pact des aérosols, notamment les aérosols urbains, sur le rayonnement global reçu au sol. Mallet et al. (2003) montrent par exemple que 90% de l’extinction lumineuse observée au dessus d’un site péri-urbain de Marseille est due aux aérosols anthropiques. En absolu, Mallet et al. (2006) montrent sur une jour-née d’ESCOMPTE que les aérosols anthropiques diminuent le forçage de jour de 29_±2,9 à 38,6_±3,9 W m−2

selon les sites d’étude (urbain, industriel et rural) soit une variation spatiale pouvant atteindre 9 W m−2

(environ 1%). L’atténua-tion du rayonnement solaire à la surface par les aérosols est due à la fois à de la réflexion vers l’espace (20 à 25%) – principalement par les particules d’aéro-sol minéral – et à de l’absorption par l’atmosphère (75 à 80%) – principalement par les particules d’aérosol carboné. Ce dernier phénomène pourrait alors lé-gérement contribuer à l’ICU de couche limite avec un taux de réchauffement moyen dans cette couche pouvant varier entre 1 et 2 K j−1

selon le degré de pollution (Roger et al. 2006 ;Raga et al. 2001). Raga et al. (2001) simulent une atténuation du rayonnement global de 18% pour la ville de Mexico. De plus, si une couche importante d’aérosols se situe au niveau de l’inversion de tempé-rature, elle aura tendance à en accentuer la stabilité Raga et al. (2001), ce qui peut alors réduire la croissance de la couche limite (Ackerman, 1977,Jacobson, 1998).

1.2.3.1.2 Le rayonnement atmosphérique infrarouge Les études s’atta-chant au rayonnement atmosphérique infrarouge reçu au sommet de la cano-pée urbaine s’accordent sur le fait que ce terme contribue à un apport éner-gétique supplémentaire pour les zones urbaines par rapport aux zones rurales aux alentours (1.4).

TAB. 1.4: Etudes sur l’anomalie de rayonnement atmosphérique infra rouge

Auteur Lieu anomalie moyenne

Oke et Fuggle (1972) Montreal +7-40 W m−2

2-25%

Rouse et al.(1973) Hamilton 30% (midi)

Aida et Yaji (1979) Tokyo 6-10%

Estournel et al.(1983) Toulouse +15-25 W m−2

Tapper (1984) Christchurch 7.5%

Nuñez et al. (2000) Göteborg +11 W m−2

Christen et Vogt (2004) Basel 0

Deux processus peuvent à priori expliquer ce surplus : les variations de la composition atmosphérique, qui peuvent modifier l’émissivité, et les variations du profil de température, notamment par le biais de l’ICU dans la couche limite urbaine. Estournel et al. (1983) ont mené une étude numérique complète in-cluant la prise en compte de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone, de l’ozone

et des aérosols. Dans cette étude, la contribution de la variation d’émissivité liée aux gaz est de l’ordre de 3 W m−2

pour les flux nocturnes, de moins de 1 W m−2

pour l’effet des aérosols, et de l’ordre de 11 à 13 W m−2

pour le profil de tempé-rature. Cependant, dans cette étude, le phénomène de _«crossover_»(figure 1.2) n’est pas considéré et il faudrait certainement revoir à la baisse la contribution du profil de température. La faible contribution des variations d’émissivité liées au dioxyde de carbone est confirmée parBalling et al.(2001). Ceux-ci forcent un modèle de transfert radiatif par la concentration de CO2 dans la couche limite de Phoenix (supérieure à celle de l’environnement régional) et constatent que cela ne contribue pas de manière significative à l’augmentation du rayonne-ment infrarouge reçu à la surface. Pendant la journée, les particules d’aérosols peuvent intervenir indirectement dans l’émission infrarouge en absorbant du rayonnement global et en contribuant au réchauffement de la couche limite urbaine (Bergstrom et Viskanta, 1973).

1.2.3.2 Rayonnement montant : l’effet de la géométrie et des matériaux urbains

Les rayonnements montants sont principalement affectés par la géométrie et les propriétés radiatives des matériaux urbains.

1.2.3.2.1 Le rayonnement global L’étude pionnière deNunez et Oke(1977)