Réflexion sur la prise en compte du changement climatique à Rennes : eau, végétation & à®lot de chaleur urbain

3. L'îlot de chaleur urbain, un phénomène climatique propre aux zones urbaines

La climatologie urbaine a pris au fil des années une plus grande ampleur, notamment en raison de l'accroissement de l'urbanisation et les questions soulevées par le changement climatique et l'adaptation des villes. En 2007, l'urbanisation a franchi la barre symbolique des 50% (selon un rapport publié par le FNUP²¹). De plus, la population urbaine se concentre sur une étendue très faible (moins de 5% de la surface continentale selon les spécialistes) et très fortement aménagée, ce qui renforce les spécificités du climat urbain. Ce phénomène est un volet important dans l'adaptation des villes au changement climatique, d'où l'importance de bien comprendre son fonctionnement.

Le climat urbain est différent de celui qui régit les zones rurales. En revanche, dans le Grand Ouest de la France et en région Bretagne, l'influence des villes sur le climat local est relativement limitée. En effet, il n'existe pas de très grandes agglomérations (l'unité urbaine la plus grande n'atteignant pas les 600 000 habitants²²) et les conditions atmosphériques souvent ventées et nébuleuses constituent un véritable frein à la formation d'une couche d'air urbaine (Foissard & al., 2012). Malgré cela, on observe bien un îlot de chaleur urbain sur la capitale bretonne.

3.1 Définition et caractéristiques de l'ICU à Rennes

La notion d'îlot de chaleur urbain a été mise en évidence par L. Howard en 1833. Basé sur la représentation graphique des isothermes, il représente l'écart instantané de température entre une référence urbaine et une référence rurale (Najjar, 2014).

Abrévié ICU en France, (« UHI » en anglais pour « Urbain Heat Island »), son profil dépend de beaucoup de facteurs, qu'ils soient d'ordre climatique ou anthropique, notamment dans la manière d'aménager la ville (Figure 13).

Pour que ce phénomène apparaisse, il est nécessaire que plusieurs conditions soient réunies.

Outre la situation géographique et le climat général de la zone en question, l'ICU ne peut se former que si la vitesse du vent est faible, à savoir inférieure à 3 m/s.

²¹ Fonds des Nations Unies pour la Population

²² Nantes

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Figure 13 : Profil de l'îlot de chaleur urbain (ICU) à Rennes en 2005 et écarts observés
( http://www.espace-sciences.org)

En plus de la vitesse du vent, la nébulosité doit être suffisamment faible pour laisser passer un maximum de rayonnement le jour et permettre ainsi à la ville de se réchauffer.

La saison la plus propice à la formation de L'ICU est donc inévitablement la saison estivale, où on peut observer le maximum de rayonnement durant la journée. En revanche, c'est bien la nuit que l'expression de ce phénomène prend tout son sens.

En milieu rural, l'accumulation diurne est moins forte à cause de la diminution des espaces artificiels, ainsi que par la présence de végétation qui renforce le flux de chaleur latente²³ (Dubreuil & al., 2008).

La ville est quant à elle recouverte de zones principalement minérales et imperméables, possédant un albédo²⁴ faible. La chaleur a alors tendance à s'emmagasiner dans les différents matériaux qui composent la ville tout au long de la journée (Aida & Gotoh, 1982). La nuit, la chaleur emmagasinée est restituée à l'atmosphère urbaine, essentiellement sous forme de chaleur sensible, notamment grâce au phénomène de conduction thermique, ce qui contribue à ralentir le refroidissement d'une part.

D'autre part, la morphologie urbaine et la géométrie des rues, qu'on appelle aussi « canyon urbain », permet également de limiter le refroidissement de la ville. La nuit, le rayonnement infrarouge a du mal à s'échapper en raison de la morphologie urbaine. Ceci est d'autant plus vrai que les rues sont étroites et hautes, d'où la notion du rapport H/W²⁵ introduit par Oke en 1987. Le taux optimal est fixé aux alentours de 1 et permet un bon apport de chaleur la journée, mais également un bon refroidissement nocturne.

²³ Flux associé à l'évapotranspiration

²⁴ Pouvoir réfléchissant d'une surface

²⁵ Hauteur de rue/largeur de rue (en mètres)

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La fonction de la ville possède également son importance. Une agglomération à tendance commerciale et tertiaire sera sujette à exercer une influence moindre sur l'ICU qu'une ville industrielle, en raison des nombreux rejets pouvant réchauffer la couche limite urbaine. On observe également un effet de proportionnalité entre les écarts ville/campagne et la taille de cette dernière, provoquant une importance supérieure de l'ICU.

Les vagues de chaleur et notamment celle de 2003 a révélé un impact sanitaire plus élevé dans les villes que dans leurs régions respectives, notamment sur les personnes âgées. Cette différence s'explique par ce phénomène d'îlot de chaleur urbain et ce dernier n'est donc pas à prendre à la légère (Soares & al., 2010).

L'intensité moyenne de l'ICU observé à Rennes est de 1.1°C (en 2011). Ce phénomène reste donc très temporaire et de faible intensité comparé à des villes comme Paris ou Londres. Les écarts de températures moyens varient ici entre 1°C et 2°C entre le centre-ville et la campagne avoisinante (Foissard & al., 2014) (Figure 14).

Figure 14 : Intensité de l'îlot de chaleur urbain à Rennes (Foissard & al., 2014)

Néanmoins, on constate parfois une différence pouvant aller jusqu'à 6°C entre certains quartiers proches du centre ville et la campagne alentour, lorsque toutes les conditions sont optimales.

On recense 21 stations météorologiques à Rennes, qui enregistrent la température, l'humidité relative, la pression atmosphérique, le vent (sens et orientation) et la pluviométrie depuis 2004 (Annexe 12).

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L'ICU est plus largement présent de Mars à Octobre, mais il ne disparaît pas totalement en hiver.

Les résultats rennais sont en concordance avec les travaux de T. Oke et mettent en évidence les différents facteurs identifiés comme étant à l'origine de la formation de l'ICU, en plus des conditions météorologiques favorables évoquées précédemment :

? La morphologie urbaine : géométrie des bâtiments (hauteur/largeur/forme des bâtiments), largeur des rues, phénomène de canyon urbain (Sky View Factor (SVF), Annexe 13), densité urbaine.

? La nature des matériaux : albédo (couleur, matériaux utilisés).

? L'augmentation de la chaleur sensible au détriment de la chaleur latente : diminution de l'eau en ville, imperméabilisation des sols et déficit de végétation.

? L'activité anthropique (pollutions), notamment le transport et le chauffage.

Afin de réduire l'intensité de l'ICU, il est nécessaire de jouer sur ces différents leviers, à commencer par la végétation, domaine où il est le plus facile d'agir, comparé au bâti. En effet, sur ce secteur, les interventions peuvent essentiellement s'appliquer sur les nouvelles constructions, étant donné l'impossibilité de modifier de manière conséquente (géométrie et matériaux de base) les constructions déjà existantes.