rapport - télédétection et ilots de chaleur urbains

Ilot de chaleurURBAIN

2014 - 2015

Ahmed El Atari & Foufana Abou

Ilots de chaleur urbains

2

Rapport

ÎLOTS DE CHALEUR

URBAINS

Encadré par : Mme. Wahbi

Juin 2015


3

Table de matières

Table de Figures ................................................................................................................ 5

Contexte ............................................................................................................................. 6

Introduction ....................................................................................................................... 7

1- Qu’est-ce qu’un ICU? ........................................................................................... 7

2- Quand apparaît l’ICU ? ........................................................................................ 8

Historique des Îlots de chaleur urbains ...................................................................... 10

Causes ............................................................................................................................... 12

1- Emission de gaz à effet de serre ..................................................................... 12

2- Pertes du couvert forestier dans les milieux urbains .................................. 13

3- Imperméabilité et haut albédos des matériaux ........................................... 14

4- Propriétés thermiques des matériaux ........................................................... 16

5- Morphologie urbaine et taille des villes ......................................................... 17

6- Chaleur Anthropique ........................................................................................ 19

Impacts et Effets ............................................................................................................. 20

1- Impacts sur l’environnement .......................................................................... 20

i- Détérioration de la qualité de l’air extérieur ............................................. 20

ii- Détérioration de la qualité de l’air intérieur .............................................. 20

iii- Hausse de la demande en énergie .............................................................. 20

iv- Hausse de la demande en eau potable. ..................................................... 21

2- Impacts sur la santé .......................................................................................... 21

Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains ........................................................... 22

1- Végétation et fraicheur..................................................................................... 23

i- Stratégie urbaine de végétalisation ............................................................... 24


4

ii- Végétalisation des stationnements............................................................. 25

iii- Végétalisation du pourtour des bâtiments ................................................ 26

iv- Murs végétaux ................................................................................................ 26

v- Toits verts ........................................................................................................ 27

2- Infrastructures urbaines durables.................................................................. 28

i- Bâtiments ........................................................................................................... 28

ii- Matériaux réfléchissants .............................................................................. 28

iii- Architecture bioclimatique ........................................................................... 29

3- Gestion durable des eaux pluviales................................................................ 29

4- Diminution de la chaleur anthropique .......................................................... 30

5- Créer des ilots de fraicheur ............................................................................. 30

L’apport de la télédétection optique à ICU ................................................................. 33

1- La température de l’air et du sol ..................................................................... 33

2- La distance par rapport à l’eau ....................................................................... 33

3- L’indice d’imperméabilité des surfaces (IS) ................................................... 34

4- L’indice de végétation normalisé .................................................................... 34

Conclusion ........................................................................................................................ 36

Bibliographie.................................................................................................................... 37

Webographie ................................................................................................................... 37


5

Table de Figures

FIGURE 1 - ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS .............................................................................................. 7

FIGURE 2 - TEMPERATURE MOYENNES DE 1995 A 2004 EN ILE-DE-FRANCE........................................ 8

FIGURE 3 : QUAND APPARAISSENT LES ICU ? ....................................................................................... 9

FIGURE 4 - QUAND APPARAISSENT LES ICU ? ..................................................................................... 11

FIGURE 5 - EMISSIONS DE GES DU TERRITOIRE REGIONAL PAR SECTEUR EN 2008 .......................... 12

FIGURE 6 - VUES AERIENNES DES CHAMPS-DE-MARS PRISES LE 2 AOUT 2011.................................. 13

FIGURE 7 - BASSIN DE L’ARSENAL, LE 1ER AOUT 2011 A 20H ............................................................. 15

FIGURE 8 - COMPARAISON DE DEUX REVETEMENTS DE TROTTOIR. ................................................. 15

FIGURE 9 - SIGNATURE RADIATIVE NOCTURNE D’UNE COMPOSITION DE REVETEMENT DE SOL ... 15

FIGURE 10 - QUELQUES TOITURES ...................................................................................................... 16

FIGURE 11 - FACTEUR DE VUE DU CIEL ............................................................................................... 17

FIGURE 12 - COMPORTEMENT CLIMATIQUE DES 2 FORMES URBAINES EN HIVER ........................... 18

FIGURE 13 - LE «FACTEUR DE VUE DU CIEL» (SVF) .............................................................................. 18

FIGURE 14 - CLIMATISEUR D’UN COMMERCE REJETANT DE L’AIR CHAUD DANS L’ATMOSPHERE ... 19

FIGURE 15 - BRANCHEMENT DE CHAUFFAGE URBAIN ...................................................................... 19

FIGURE 16 : LA VEGETATION ET ICU .................................................................................................... 23

FIGURE 17 : LA VEGETATION SUR LES AXES DE TRANSPORT.............................................................. 24

FIGURE 18 - LA VEGETATION SUR LES TERRAINS PUBLICS. ................................................................ 25

FIGURE 19 - LA VEGETATION SUR LES TERRAINS PRIVES ................................................................... 25

FIGURE 20 - LA CHALEUR ANTHROPIQUE ........................................................................................... 30

FIGURE 21 - ARROSAGE DE L’ESPACE PUBLIC ..................................................................................... 31

FIGURE 22 - BRUMISATION ................................................................................................................. 32


6

Contexte

epuis quelques décennies, on ne peut plus nier la réalité des changements

climatiques à l’échelle mondiale. La hausse constante de la température

(observée et projetée) ainsi que la présence de périodes de températures

extrêmes, en particulier en été, accentueront vraisemblablement un problème déjà

connu : l’effet des îlots de chaleur urbains.

Il devient donc urgent de mettre en place des mesures pour lutter contre les effets

nocifs de ces îlots de chaleur en milieu urbain et minimiser leurs impacts. Une gestion

efficace de la végétation et de l’eau en milieu urbain, créant des zones de fraîcheur

urbaines est l’une des principales solutions à ce problème.

L’élaboration d’un outil permettant de localiser les îlots de chaleur et les îlots de

fraîcheur, devient très pertinente pour la lutte aux effets des îlots de chaleur, en plus

d’être un appui à l’aménagement urbain axé sur la qualité de vie de ses habitants.

C’est dans ce contexte que Mme.Wahbi nous a proposé de réaliser une recherche sur

les causes, les effets, les solutions ainsi que l’application de la télédétection optique pour

la localisation des ilots de chaleurs urbains.

D


7

Introduction

1- Qu’est-ce qu’un ICU?

L’expression ICU « îlots de chaleur urbains » signifie la différence de température

observée entre les milieux urbains et les zones rurales environnantes. Les observations

ont démontré que les températures des centres urbains peuvent atteindre jusqu’à 12 °C

de plus que les régions limitrophes (Fig. 1).

En fait, ils existent Trois types d’îlots de chaleur urbains sont distingués dans la littérature,

soit :

Les îlots de chaleur à la surface du sol : grâce à des lectures de rayons

infrarouges émis et réfléchis par les surfaces, il est possible de déceler les

endroits d’une ville où les surfaces sont les plus chaudes;

Les îlots de chaleur de la canopée urbaine : qui est la couche d’air comprise

entre le sol et la cime des arbres, ou des toitures des bâtiments, où l’essentiel

de l’activité humaine se déroule;

Les îlots de chaleur de la couche limite urbaine : située au-dessus de la

couche de la canopée. Les îlots de chaleur de la canopée urbaine et de la

couche limite urbaine font référence à la température de l’air ;

Figure 1 - Îlots de chaleur urbains


8

De façon plus générale, l’intensité des îlots de chaleur change sur une base quotidienne

et saisonnière en fonction des conditions météorologiques (p. ex., température, vent) et

des activités humaines (p. ex., la chaleur émise par les industries, les véhicules moteurs).

2- Quand apparaît l’ICU ?

L’ICU est un phénomène épisodique. Il n’est pas présent tout au long de l’année, son

apparition nécessite la conjonction d’un certain nombre de paramètres

météorologiques que l’on retrouvera durant les épisodes anticycloniques caractérisés

par un vent faible (2 à 3 m/s au maximum) et un ciel dégagé. «Une période très favorable

pour l’apparition de l’îlot de chaleur est juillet-août, c’est-à-dire quand l’anticyclone

subtropical remonte aux latitudes moyennes et apporte sa subsidence. Cette période

débute quelquefois dès le printemps et se prolonge parfois jusqu’au début de l’automne

(le mois de septembre est très fréquemment favorable). Inversement, de novembre à

janvier, les conditions sont généralement très défavorables à l’apparition de l’îlot de

chaleur en raison de l’activité dominante des perturbations liée aux influences

subpolaires océaniques» une construction mathématique sur plusieurs années, cette

moyenne est inaccessible aux sens, personne ne perçoit une température moyenne,

Figure 2 - Température moyennes de 1995 à 2004 en Ile-de-France


9

cette donnée ne donne aucune indication pour la question du confort urbain. Le confort

urbain sera tributaire de la température instantanée, c’est-à-dire la température perçue

par un individu à instant donné dans un lieu donné. Une illustration (figure 5) est

proposée au cours d’un épisode caniculaire survenu du 18 au 20 août 2012 en Ile-de-

France.

On compare ici trois stations météo: boulevard de Sébastopol (75001), parc de

Montsouris (75014) et Melun (77). La différence de température entre les stations varie

au cours du temps, elle est au plus de 8,4 °C à 1h du matin (23h UTC) le 18 août entre

le centre de Paris et Melun. C’est bien cette différence de 8,4°C qui sera utilisée pour

qualifier le confort urbain car c’est elle qui est ressentie sur l’espace public et non la

donnée de température moyenne (qui vaut ici, après calcul, 3°C). Cet exemple permet

d’illustrer aussi comment varie l’ICU au fil du temps. Aux heures les plus chaudes de la

journée, l’ICU est quasiment absent. En période de fortes chaleurs, il n’existe quasiment

pas de différence de température, en journée, entre les zones urbaines et rurales, c’est

par contre la nuit que les principales différences apparaissent. En ville le refroidissement

nocturne sera moindre, ce qui impactera lourdement le confort des habitants ainsi

privés de récupération après une journée caniculaire.

.

Figure 3 : QUAND APPARAISSENT LES ICU ?


10

Historique des Îlots de chaleur urbains

La manière de concevoir les villes a énormément évolué tout au long de l’histoire de

l’humanité, si de nombreux facteurs peuvent expliquer cette évolution la question de

l’énergie est l’une des plus intéressantes à documenter. Pourquoi? Lorsque l’homme

modifie le milieu dans lequel il vit, l’énergie est le meilleur indicateur pour décrire le

champ des possibles qui s’offre à lui. Sans énergie autre que le bois, l’homme a bâti les

édifices qui composent les villes les plus anciennes, et ce, pierre par pierre en se

contentant de la seule traction animale pour ses échanges commerciaux. Dans ce

contexte, les chantiers d’envergure comme ceux des cathédrales ont pu prendre des

siècles. À l’inverse dans un monde où l’accès à l’énergie est sans limite, les bâtiments

peuvent être conçus de façon industrielle et livrés très rapidement, les flux physiques

sur lesquels reposent les échanges commerciaux ne connaissent pas de limites

géographiques. La conception et le dimensionnement des villes ont été grandement

conditionnés par la disponibilité de l’énergie. De façon schématique ce rapport entre

énergie et climat peut se résumer en 3 grandes phases.

La première phase démarre avec l’apparition des premières villes et s’achève à l’aube de

la révolution industrielle. Durant cette phase de développement, l’accès à l’énergie est

très restreint (bois, traction animale, etc..), l’urbanisme procède donc d’une adaptation

parfaite aux climats locaux: les bâtiments sont dimensionnés selon la spécificité

climatique propre à chaque latitude, de plus les formes urbaines qu’ils composent sont

très denses du fait de l’absence de moyen de transport efficace. Dans ce monde le climat

est vécu comme une contrainte structurelle à laquelle il faut s’adapter coûte que coûte.

La seconde période, qui s’amorce avec la révolution industrielle, atteint son paroxysme

durant les Trente Glorieuses. Grâce à une énergie quasi gratuite et illimitée,

l’urbanisation de l’après-guerre n’est plus obligée de composer avec le climat, e lle peut

même en faire totalement abstraction, et se développer partout sur la planète selon le

même modèle. Les villes s’affranchissent de la densité et s’étendent, les déplacements

basés sur un pétrole bon marché le permettent. Les constructions dénient le climat, en


11

proposant des structures de plus en plus légères orientées sans logique par rapport à

la course du soleil et largement percées d’ouvertures. Les modes de chauffage et de

climatisation qui se généralisent partout dans le monde ont permis cette évolution du

bâtiment. Selon cette logique, la consommation mondiale d’énergie qui accompagne le

passage d’un urbanisme préindustriel à un urbanisme «moderne» est multipliée par 30.

La période actuelle doit être comprise comme un réel défit, elle interroge les

aménageurs à plusieurs titres. Comment pourrons-nous rénover les tissus urbains des

50 dernières années souvent conçus en parfaite contradiction avec leur climat?

Saurons-nous concevoir à temps ces villes de demain nécessairement adaptées à un

climat changeant dont la robustesse sera tributaire de leur faible impact climatique?

Comme il sera démontré dans ce document, la compréhension des phénomènes d’îlots

de chaleur urbains est fondamentale pour mener à bien ces deux missions.

Figure 4 - QUAND APPARAISSENT LES ICU ?


12

Causes

En plus du climat local, influencé par différents paramètres météorologiques comme la

température, l’humidité relative et le vent, plusieurs causes de source anthropique

favorisent l’émergence et l’intensification des îlots de chaleur urbains. Ces causes sont

les émissions de gaz à effet de serre, la perte progressive du couvert forestier dans les

milieux urbains, l’imperméabilité et les bas albédos des matériaux, les propriétés

thermiques des matériaux, la morphologie urbaine et la taille des villes ainsi que la

chaleur anthropique.

1- Emission de gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre (GES) piègent l’énergie solaire dans l’atmosphère et participent

ainsi à son réchauffement. Selon le GIEC 1 , « la poursuite des émissions de GES 2 au

rythme actuel ou à un rythme plus élevé devrait accentuer le réchauffement et modifier

profondément le système climatique au XXI e siècle.

1 Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat 2 Gaz à Effet de Serre

Figure 5 - Emissions de GES du territoire régional par secteur en 2008


13

Dans les milieux urbains, les sources d’émission de gaz à effet de serre sont

principalement les véhicules, les procédés industriels et le chauffage des immeubles à

l’aide de combustibles fossiles (Figure 5).

2- Pertes du couvert forestier dans les milieux urbains

Le couvert forestier urbain est en diminution constant. La densification progressive des

villes et le développement des infrastructures urbaines ces dernières décennies en sont

les causes principales.

Cette perte de végétation implique une perte de fraîcheur en milieu urbain. En effet, la

végétation joue un rôle essentiel de protection contre la chaleur grâce au phénomène

d’évapotranspiration et d’ombrage des sols et des bâtiments. Au cours du processus

naturel d’évapotranspiration de la vapeur d’eau, l’air ambiant se refroidit en cédant une

partie de sa chaleur pour permettre l’évaporation. La végétation participe également à

une bonne gestion des eaux pluviales et à une meilleure qualité de l’air dans les villes.

Figure 6 - Vues aériennes des champs-de-Mars prises le 2 août 2011


14

3- Imperméabilité et haut albédos des matériaux

L’intensification de l’urbanisation a aussi provoqué la modification des types de

recouvrement des sols. Les sols naturels ont été remplacés par des matériaux

imperméables, tels que l’asphalte et les matériaux utilisés pour la construction des

bâtiments qui, n’assurant pas de fonctions de filtration et d’absorption de l’eau,

modifient le parcours naturel des eaux pluviales.

En effet, dans les villes le taux d’infiltration des sols est de seulement 15 % et la quantité

ruisselée de 55 %, tandis qu’en milieu naturel environ 50 % des eaux de pluie sont

infiltrées dans le sol et 10 % ruissellent vers les cours d’eau.

En minimisant la disponibilité de l’eau en milieu urbain, les processus naturels

rafraîchissants, comme l’évaporation de l’eau contenue dans les sols et

l’évapotranspiration de la végétation, sont restreints et ne peuvent pallier le

réchauffement urbain. De plus, les revêtements imperméables contribuent à la

contamination des cours d’eau récepteurs par :

Le ruissellement qui entraîne les polluants chimiques, tels que les hydrocarbures

et les pesticides;

Les débordements d’égouts causés par les pluies intenses;

L’érosion des berges due à la grande vélocité du ruissellement.


15

Figure 7 - Bassin de l’Arsenal, le 1er août 2011 à 20h

Figure 8 - Comparaison de deux revêtements de trottoir 1 heure après le coucher du soleil le 31

juillet 2011. Le stabilisé (à gauche) est nettement plus frais que l’asphalte (à droite), c’est leur

différence de couleur qui l’explique.

Figure 9 - Signature radiative nocturne d’une composition de revêtement de sol à la ZAC de la

Grange-aux-Belles le 1er août 2011 vers 22h (20h UTC)


16

4- Propriétés thermiques des matériaux

Les revêtements imperméables et les matériaux des bâtiments influencent le

microclimat et les conditions de confort thermique, car ils absorbent beaucoup de

chaleur durant le jour qu’ils rediffusent à l’atmosphère pendant la nuit, contribuant ainsi

à l’effet d’îlot thermique urbaine.

Ces matériaux à bas albédo peuvent atteindre des températures de 80 °C en été. Les

urbanistes et architectes choisissent les matériaux selon différentes exigences

techniques en fonction, entre autres, des besoins de sécurité et de durabilité et des

coûts et négligeraient généralement les considérations environnementales.

Toiture à la Mansart en zinc : le zinc

réfléchi les rayons du soleil en journée ce

qui est un avantage pour le microclimat

urbain, mais sa faible inertie rend les

logements sous toitures assez

inconfortables.

Toiture terrasse recouverte de

graviers : la grande quantité d’air

prisonnière entre les graviers confère peut

de capacité de stockage du rayonnement

solaire à ces toits ce qui est un atout

climatique.

Figure 10 - Quelques toitures


17

5- Morphologie urbaine et taille des villes

La morphologie urbaine, qui se rapporte aux formes tridimensionnelles, à l’orientation

et à l’espacement des bâtiments dans une ville, joue également un rôle dans la formation

des îlots de chaleur urbains. Les grands bâtiments et les rues étroites peuvent nuire à

la bonne ventilation des centres urbains, car ils créent des canyons où s’accumule et

reste captive la chaleur occasionnée par le rayonnement solaire et les activités humaines.

Figure 11 - Facteur de vue du ciel


18

En effet, la réduction du facteur de vue du ciel limite les pertes radiatives nettes des

bâtiments et des rues. De plus, la morphologie urbaine peut également influencer la

circulation automobile et encourager ainsi les apports de chaleur et de pollution de l’air

de ce mode de transport que représente le véhicule automobile.

Figure 13 - Le «facteur de vue du ciel» (SVF) est un indicateur qui permet d’évaluer la facilité avec

laquelle se produit le refroidissement nocturne par échange radiatif avec le ciel. En zone rurale ce

refroidissement est maximum (SVF = 1), en ville il est contraint pas la présence des bâtiments (SVF < 1)

Figure 12 - Comportement climatique des 2 formes urbaines en hiver


19

6- Chaleur Anthropique

La production de chaleur anthropique telle que la chaleur émise par les véhicules, les

climatiseurs et l’activité industrielle est un autre facteur contribuant au développement d’îlots

de chaleur, notamment dans les milieux urbains denses où les activités se concentrent.

IMPACT DE LA CLIMATISATION SUR L’ICU

IMPACT DU CHAUFFAGE URBAIN SUR L’ICU

Figure 14 - Climatiseur d’un commerce rejetant de l’air chaud dans l’atmosphère

Figure 15 - Branchement de chauffage urbain (CPCU) occasionnant un dégagement de chaleur sur

l’espace public


20

Impacts et Effets

Les îlots de chaleur urbains en période estivale peuvent avoir des impacts néfastes sur

l’environnement et la santé.

1- Impacts sur l’environnement

i- Détérioration de la qualité de l’air extérieur

Les îlots de chaleur urbains contribuent à la formation du smog3. En effet, le smog,

composé de particules fines et d’ozone troposphérique, se forme lors de la réaction

entre les rayons du soleil, la chaleur et les polluants (oxydes d’azote (NOx) et composés

organiques volatils (COV)).

ii- Détérioration de la qualité de l’air intérieur

La chaleur accrue a un effet sur la qualité de l’air intérieur, car elle favorise la

multiplication des acariens, des moisissures et des bactéries. De plus, certaines

substances toxiques, telles que les formaldéhydes, contenues dans les colles utilisées

dans la fabrication des meubles et les matériaux de construction, sont libérées lors de

fortes chaleurs.

iii- Hausse de la demande en énergie

Les besoins de rafraîchissement de l’air intérieur et de réfrigération peuvent générer

une hausse de la demande en énergie ayant comme conséquence l’émission de gaz à

effet de serre selon la source d’énergie employée.

3 Le smog est une brume brunâtre épaisse, provenant d'un mélange de polluants atmosphériques, qui

limite la visibilité dans l’atmosphère.


21

iv- Hausse de la demande en eau potable.

En raison des îlots de chaleur, une hausse de la demande en eau potable, pour se

rafraîchir (exemples : piscines et jeux d’eau) ou pour hydrater les aménagements

végétalisés, est probable.

2- Impacts sur la santé

La chaleur accablante accentuée ou générée par les îlots de chaleur urbains peut créer

un stress thermique pour la population. Certaines personnes peuvent être davantage

vulnérables aux îlots de chaleur urbains, comme les personnes atteintes de maladies

chroniques, les populations socialement isolées, les très jeunes enfants, les travailleurs

extérieurs, les personnes ayant un faible niveau socioéconomique, les sportifs

extérieurs de haut niveau et les personnes souffrant de troubles mentaux.

Enfin, les personnes âgées, sont également prédisposées à des troubles liés

à la chaleur, notamment en raison des changements physiologiques associés au

vieillissement. La chaleur accablante engendrée par les îlots de chaleur urbains peut

provoquer des inconforts, des faiblesses, des troubles de la conscience, des crampes,

des syncopes, des coups de chaleur, voire exacerber les maladies chroniques

préexistantes comme le diabète, l’insuffisance respiratoire, les maladies

cardiovasculaires, cérébraux-vasculaires, neurologiques et rénales, au point de causer

la mort.

Pour cette raison, Les agences de santé à travers le monde, sur recommandation de

l’Organisation mondiale de la santé, ont mis en place divers programmes de lutte aux

effets de la chaleur accablante et de prévention des îlots de chaleur urbains.


22

Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains

Les mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains sont nombreuses et concernent divers

domaines professionnels, dont l’urbanisme, l’architecture, la gestion des ressources

naturelles et les transports. Elles ont une incidence positive tant sur le climat local que

sur le climat global. En plus de favoriser la fraîcheur dans les milieux urbains, ces

mesures comportent d’autres bénéfices, notamment la réduction de la demande en

énergie, la diminution à la source de la pollution de l’eau et de l’air, y compris des

émissions de gaz à effet de serre. Sont présentées dans cette section les mesures de

lutte aux îlots de chaleur ainsi que leur efficacité à créer de la fraîcheur en milieu urbain,

telle qu’elle est rapportée dans la littérature. Afin de les associer directement aux causes

des îlots de chaleur urbains précédemment mentionnées, ces mesures ont été

regroupées en quatre catégories:

Les mesures de végétalisation;

Les mesures liées aux infrastructures urbaines (architecture et aménagement du

territoire);

Les mesures de gestion des eaux pluviales et de perméabilité du sol;

Les mesures de réduction de la chaleur anthropique


23

1- Végétation et fraicheur

Plusieurs études font état de l’importance primordiale de la végétalisation et de la

protection des espaces verts et boisés actuels afin de lutter contre l’effet d’îlot thermique

urbain. En effet, la végétation permet de créer de la fraîcheur par différents processus,

plus précisément :

L’ombrage saisonnier des infrastructures;

L’évapotranspiration;

La minimisation des écarts de température au sol.

La végétation offre également d’autres avantages intéressants et complémentaires en

milieu urbain, dont :

L’amélioration de la qualité de l’air par la production d’oxygène, la captation du

CO2, la filtration des particules en suspension et la réduction de la demande

énergétique liée à la climatisation;

Figure 16 : La végétation et ICU


24

L’amélioration de la qualité de l’eau grâce à la rétention de l’eau de pluie dans le

sol et le contrôle de l’érosion des sols;

Des bienfaits pour la santé de la population, y compris la protection contre le

rayonnement ultraviolet (UV), la réduction du stress dû à la chaleur et la

disponibilité de lieux pour faire de l’activité physique ;

i- Stratégie urbaine de végétalisation

Une stratégie de végétalisation en milieu urbain a pour objectif d’augmenter l’indice

global de végétalisation d’une ville. À cette fin, la végétation peut être disposée ou

densifiée dans de nombreux espaces, comme :

- Le long des axes de transport (platebandes de rues, ruelles, lignes ferroviaires,

etc.);

Figure 17 : La végétation sur les axes de transport.


25

- Sur les terrains publics (parcs, terrains municipaux et gouvernementaux, cours

d’école, cours de centres de la petite enfance, etc.);

- Sur les terrains privés (pourtours de bâtiments résidentiels, commerciaux et

industriels, ruelles, etc.).

ii- Végétalisation des stationnements

Les stationnements, construits avec du bitume, un matériau à faible albédo, contribuent

à la formation des îlots de chaleur urbains Afin de diminuer la chaleur qu’emmagasinent

ces surfaces asphaltées et les voitures qui s’y garent, il est conseillé d’aménager de la

végétation sur le pourtour (bandes végétalisées) et à l’intérieur (îlots végétalisés) des

espaces de stationnements. L’objectif est de créer de l’ombre sur les surfaces asphaltées.

Figure 18 - La végétation sur les terrains publics.

Figure 19 - La végétation sur les terrains privés


26

L’ombrage des arbres protégera également les revêtements des grandes variations

thermiques et prolongera leur durée de vie.

iii- Végétalisation du pourtour des bâtiments

Pour une fraîcheur optimale, l’aménagement du pourtour d’un bâtiment doit protéger

celui-ci du rayonnement solaire. En effet, la texture et la nature des sols entourant le

bâtiment en déterminent en partie la température intérieure et extérieure. La végétation

permet de garder un sol plus frais et d’éviter le rayonnement solaire direct, réfléchi et

diffus pouvant affecter la fraîcheur du bâtiment.

Afin de maximiser l’ombrage sur le bâtiment, les arbres doivent être disposés sur les

faces est, sud-est, sud-ouest et ouest de la maison et idéalement être assez grands pour

ombrager le toit en partie ou en totalité. Il est aussi possible d’aménager des treillis, des

pergolas, des murs et des toits végétaux qui, juxtaposés aux bâtiments, assurent une

température intérieure plus fraîche.

iv- Murs végétaux

Les murs végétaux sont des écosystèmes verticaux qui créent un microclimat abaissant

substantiellement la température de l’enveloppe du bâtiment et améliorant le

comportement énergétique de celle-ci .Ils permettent d’amoindrir les grands écarts de

température grâce à l’augmentation de la masse thermique du bâtiment. Ces

installations végétales possèdent également d’autres avantages tels que la protection

de l’enveloppe du bâtiment aux rayons UV, la captation des particules en suspension et

le recouvrement des murs par des graffiti. Elles peuvent être mises en place sur tous les

types d’édifices et même sur les clôtures, les poteaux de téléphone et les lampadaires.

Des précautions sont à prendre quant à l’état de la structure hôte, qui doit supporter le

poids de la végétation, et au type de végétation choisie et à ses colonisateurs potentiels.

L’entretien de la végétation est simple, soit la taille, le désherbage et l’inspection du

support.


27

v- Toits verts

Les toits verts réduisent la quantité de chaleur transférée du toit vers l’intérieur du

bâtiment grâce à l’évapotranspiration et à l’ombrage créé par les plants. En outre, ils

permettent de rafraîchir l’air ambiant extérieur tout en contribuant à :

Une augmentation de l’isolation thermique en hiver, mais aussi en été, à l’instar

d’autres facteurs qui influencent la fraîcheur de l’air intérieur du bâtiment, comme

l’inertie thermique de la couverture végétale et l’eau contenue dans la terre ou le

revêtement humidifiant;

Une intégration esthétique des bâtiments au paysage;

La possibilité de faire de l’agriculture urbaine;

Une amélioration de la qualité de l’air. Les plants des toitures végétales fixent les

poussières et divers polluants atmosphériques;

Une amélioration de la qualité de l’eau, car la végétation des toitures compense

l’imperméabilisation et la perte du couvert végétal engendrées par l’emprise au

sol des bâtiments (section 4.3);

Une meilleure durée de vie du toit, du fait que la toiture végétale protège des

intempéries, de l’exposition aux rayons UV et des variations importantes de

température, autant de facteurs qui entraînent la dégradation du toit ;

L’installation de végétation sur les toits est une pratique courante dans plusieurs pays

du monde, dont l’Allemagne, le Japon et les États-Unis. Les toits verts conviennent avant

tout aux toits plats ou à pente égale ou inférieure à 20 %, bien que l‘installation végétale

soit appropriée à tous les types de toits pourvu que leurs structures permettent d’en

supporter le poids. Le cas échéant, l’installation de toitures végétales peut exiger

d’importantes rénovations. Aussi, il est économiquement plus avantageux de prévoir

l’installation d’un toit vert dans les constructions.

Un toit végétal standard est constitué de plusieurs composants, principalement d’une

structure portante, d’une couche d’isolation (si la toiture n’est pas ventilée), d’une couche

d’étanchéité, d’une membrane anti racine, d’une section de drainage et de filtration,

d’une membrane géotextile pour retenir la terre, d’un substrat de croissance et d’une


28

couche végétale ou d’une couche de substrat. La couche végétale est utilisée si l’aspect

engazonné ou de type prairie est recherché, alors que la couche d'un substrat permet

la plantation surtout de plantes succulentes, de type sedum.

2- Infrastructures urbaines durables

i- Bâtiments

Les bâtiments qui intègrent la protection contre la chaleur ont généralement des

ouvertures pourvues de protections solaires, des matériaux réfléchissants et parfois

d’ingénieux systèmes de rafraîchissement naturel.

ii- Matériaux réfléchissants

Plus un matériau a une réflectivité (albédo) élevée et une émissivité élevée, moins il

risque d’emmagasiner de la chaleur et de la diffuser dans l’atmosphère ou à l’intérieur

du bâtiment par l’entremise des parois et du toit. La réflectivité des surfaces détermine

la capacité des surfaces à refléter le rayonnement solaire. L’albédo est représenté sur

une échelle de 0 à 1. Un haut albédo, par exemple 0,70, signifie que la surface réfléchit

une grande quantité du rayonnement solaire.

L’émissivité est la propriété d’un matériau à diffuser l'énergie qu’il accumule. L'énergie

qui n'est pas diffusée contribue au réchauffement des surfaces. Le coefficient

d’émissivité d’un matériau est fonction de son état de surface, et pour un métal, de son

degré d’oxydation. Ce coefficient est également exprimé par une valeur située entre 0

et 1 (tableau 5).

Un matériau d’émissivité faible est un meilleur isolant thermique. L’industrie des

matériaux pour toitures a développé récemment des produits performants de

revêtement de toitures, tels que des membranes élastomères ou polyurées, des tuiles

et des graviers pâles, dont les albédos sont tous plus élevés que ceux des matériaux

classiques. L’utilisation de ces matériaux est recommandée pour les toits plats

uniquement, dans les régions sujettes aux îlots de chaleur urbains, car installés sur un

toit en pente ils peuvent créer un éblouissement. Tous les matériaux réfléchissants


29

perdent un peu de leur efficacité réfléchissante avec le temps en raison de la saleté qui

se dépose sur le revêtement.

iii- Architecture bioclimatique

Les principes de l’architecture bioclimatique permettent de protéger le bâtiment des

surchauffes en période estivale, car ils tiennent compte des contraintes climatiques. De

la conception de l’enveloppe jusqu’à l’orientation du bâtiment, l’architecture

bioclimatique met tout en œuvre pour assurer le confort thermique des occupants,

protégeant ainsi les personnes les plus vulnérables de la chaleur.

3- Gestion durable des eaux pluviales

Plusieurs études établissent une corrélation entre le taux d’humidité des sols et

l’atténuation des îlots de chaleur urbains. En effet, grâce à l’évaporation, les sols humides

ont des capacités de rafraîchissement semblables à celles de la végétation, et leurs

températures de surface sont plus fraîches que celles des sols secs. Afin de favoriser

l’humidification des sols en milieux urbains et d’assurer une disponibilité en eau pour

les végétaux, plusieurs pratiques de gestion durable des eaux pluviales et de maîtrise

de la pollution de l’eau existent et s’inscrivent dans l’approche de développement à faible

impact.

Le développement à faible impact favorise les aménagements à petite échelle qui

permettent la gestion des eaux pluviales à la source afin d’éviter la pollution due au

ruissellement. Pour être efficaces et sécuritaires, les aménagements à petite échelle

doivent faire l’objet d’études préalables. La proximité d’une nappe phréatique, la

granulométrie du sol et les risques de pollution sont autant de facteurs à considérer lors

de l’instauration de mesures visant l’infiltration des eaux pluviales dans le sol. S’il s’agit

de l’aménagement d’un site où les sédiments et les polluants sont présents

(stationnements et sites industriels), un suivi et un entretien rigoureux doivent être

effectués. Les études aideront à prévenir la contamination des aquifères souterrains et

à éviter l’infiltration de faible intensité qui favorise le ruissellement accru à l’instar des

surfaces imperméables.


30

4- Diminution de la chaleur anthropique

La production de chaleur à l’intérieur d’un bâtiment contribue à sa surchauffe en

période estivale, notamment lorsqu’elle s’ajoute au rayonnement solaire direct ou à la

mauvaise isolation thermique du bâtiment. La chaleur anthropique peut être

responsable d’une augmentation de 2 à 3 °C dans les centres urbains. Les appareils

électroménagers, les lampes et les ordinateurs, par exemple, transforment l’énergie

qu’ils consomment en chaleur. Ces apports de chaleur internes ne sont pas simultanés

et représentent plutôt une source de chaleur diffuse dans les bâtiments.

5- Créer des ilots de fraicheur

Les espaces libres comme les places ou les esplanades sont des lieux où il est possible

de créer ponctuellement des îlots de fraîcheur. Les terrasses des grands équipements,

rarement valorisées, peuvent elles aussi être aménagées et mises à profit dans la lutte

contre les ICU.

Les places et les esplanades se prêtent bien à un usage nocturne dans la mesure où ils

bénéficient du meilleur refroidissement une fois le soleil couché. Pour créer dans ces

lieux des îlots de fraîcheur, il faut les protéger de l’échauffement journalier.

Figure 20 - La chaleur anthropique


31

Deux solutions sont possibles: l’arrosage continue en journée et/ou l’introduction d’une

strate végétale. Pour ce qui est des grands espaces minéralisés comme le parvis de

l’Hôtel de ville ou Beaubourg des systèmes d’arrosage intégrés aux revêtements de sol

devraient être testés. Ils sont actuellement employés au Japon en hiver pour le

déneigement et en été dans la lutte contre les ICU.

L’usage d’une lame d’eau en continu introduit une contrainte supplémentaire dans la

qualification des revêtements de sol. Si du strict point de vue de l’ensoleillement, les

surfaces lisses sont mieux à même de réfléchir les rayons du soleil, les surfaces

destinées à un arrosage pour créer un îlot de fraîcheur doivent au contraire présenter

une certaine porosité afin que l’évaporation soit maximale.

Figure 21 - ARROSAGE DE L’ESPACE PUBLIC

Lame d’eau créée par aspersion continue de façon à améliorer le confort thermique à prox imité d’une gare routière

(Japon, août 2012). Les dispositifs d’arrosage sont intégrés au revêtement de sol. Le revêtement est conçu de façon à

avoir une certaine porosité afin de maximiser les surfaces d’évaporation et donc le rendement de la mesure

d’adaptation.


32

Cette mesure consomme de l’eau, et peut s’appuyer sur un usage du réseau d’eau non

potable, dont une partie fonctionne gravitairement, ce qui induit un coût en énergie

primaire moindre que dans le cas de l’eau potable (l’acheminement et les procédés de

potabilisation de l’eau sont consommateurs d’énergie).

Les terrasses des grands équipements peuvent aussi être mobilisées afin de créer des

espaces aériens de frais. La hauteur confère aux terrasses un bon potentiel de

refroidissement en raison des vents qui y siègent, souvent moins perturbés par les

volumes bâtis que l’espace public. Si les procédés de végétalisation s’avèrent

performants dans ce cadre, la qualité des végétaux employés sera déterminante.

Figure 22 - BRUMISATION

Brumisateurs installés dans une gare routière japonaise (août 2012). Un système analogue a été utilisé à

Paris au Parc floral, il est utilisé aujourd’hui pour Paris Plage.


33

L’apport de la télédétection optique à ICU

L’utilité de la télédétection optique se résume dans l’identification et la localisation des

îlots de chaleur urbains par le traitement des images satellitaires et l’extraction des

paramètres suivants :

La température de l’air et du sol;

La distance par rapport à l’eau ;

L’indice de végétation normalisé ;

Un indice d’imperméabilité des surfaces (IS) ;

1- La température de l’air et du sol

La télédétection optique permet la mesure de température par satellite de l’atmosphère

à diverses altitudes, et l'estimation du profil vertical de température en utilisant la bande

d'absorption du gaz carbonique, centrée sur 15 μm qui se fait par interprétation des

mesures de capteurs sensibles à la luminance terrestre dans le domaine des

infrarouges.

Ces capteurs permettent de sonder l’atmosphère pour repérer les effets des îlots de

chaleur urbains..

2- La distance par rapport à l’eau

L’eau joue un rôle de régulateur thermique car dans les périodes les plus froides de

l’année, elle sera plus chaude que l’air, dans les périodes les plus chaudes sa

température sera plus basse que l’air. Ce phénomène est qualifié d’inertie thermique.

Et donc l’indice de la distance des ilots par rapport à l’eau peut nous renseigner sur .la

température.


34

3- L’indice d’imperméabilité des surfaces (IS)

Le calcul de l’imperméabilité des surfaces informe sur le degré d’anthropisation d’une

région, mais aussi sur la quantité de matériaux ayant une masse thermique élevée et

donc une forte capacité à capter et à stocker l’énergie provenant du rayonnement

solaire.

Les surfaces fortement imperméables sont principalement des surfaces anthropiques

comme les routes, les trottoirs, les cours et allées pavées, les stationnements et les

toitures. Le calcul des surfaces imperméables est estimé à partir des données des

bandes 2, 3 et 4 de l’image SPOT-5, c’est-à-dire la bande rouge (0,61 - 0,68 μm), la bande

du proche infrarouge (0,78 -0,89 μm) et celle du moyen infrarouge (1,58 - 1,75 μm).

Sur chaque scène SPOT-5, plusieurs régions d’intérêt correspondant aux surfaces

imperméables dites pures (ex : grands stationnements avec peu ou pas de peinture,

grandes intersections routières, pistes d’aéroport composées d’asphalte ou de bitume)

ont été identifiées manuellement en utilisant les données des bandes 2, 3 et 4 ainsi que

l’imagerie à haute résolution spatiale disponible dans Google Maps (Figure 6).

Ces régions d’intérêt ont ensuite été reportées dans le logiciel ENVI 4.8 de EXEILS et un

dé-mixage spectral a été appliqué sur les scènes, dans le but de déterminer l’abondance

des composantes spectrales correspondant aux surfaces imperméables dans chaque

pixel, en se basant sur la similitude des régions d’intérêt préalablement identifiées

concernant l’imperméabilité des surfaces.

4- L’indice de végétation normalisé

Le NDVI permet d’estimer la quantité de végétation présente. Il se calcule à partir des

bandes spectrales proches infrarouges et rouge du capteur optique de SPOT-5.

Proche infrarouge - rouge

Proche infrarouge + rouge

NDVI =


35

Les valeurs de NDVI peuvent varier de -1 à +1. En présence de végétation, elles sont

généralement comprises entre 0,1 et 0,7. Les valeurs supérieures de l’indice

correspondent à la présence d’une couverture végétale dense et en bonne santé, alors

que les nuages et la neige entraînent des valeurs de NDVI proches de 0.


36

Conclusion

Si aujourd’hui les grandes familles de solutions sont connues pour traiter les ICU: usage

de l’eau, végétalisation, modification de revêtements, diminution des consommations

d’énergie du territoire; en revanche l’impact de ces mesures d’adaptation est

extrêmement tributaire des formes urbaines que nous rencontrons en Ville.

Pour définir une politique d’adaptation du territoire marocain, il est nécessaire de se

projeter dans les tissus urbains et de regarder à très petite échelle pour chacun d’entre

eux quelle mesure d’adaptation a la plus grande portée. Dans certains lieux l’arrosage

de la voirie aura un impact majeur sur le microclimat, dans d’autres cette mesure aura

des effets négligeables.

De même, changer le revêtement de la chaussée au profit de matériaux clairs aura une

portée sur certains types de voies possédant un certain type d’orientation, mais dans

les rues étroites (ex : Ancienne Medina de Fès) qui ne voient que très peu la lumière

cette mesure sera sans effet.


37

Bibliographie

[1] APUR (2014), LES ILOTS DE CHALEUR URBAINS A PARIS, CAHIER N° 1 ET 2 ;

[2] IDENTIFICATION ET LOCALISATION DES ILOTS DE CHALEUR ET DE FRAICHEUR

POUR TOUT LE QUEBEC URBAIN – CERFO ;

[3] CONSERVATION DES ÎLOTS DE FRAÎCHEUR URBAINS – CERFO ;

Webographie

[1] http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/observer-le-temps/parametres-

observes/temperature;

[2] http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/ecoru_0013-

0559_1977_num_119_1_4342;

[3] http://www.comples.org/40_Labbi_A.htm;

http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/observer-le-temps/parametres-observes/temperature

http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/observer-le-temps/parametres-observes/temperature

http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/ecoru_0013-0559_1977_num_119_1_4342

http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/ecoru_0013-0559_1977_num_119_1_4342

http://www.comples.org/40_Labbi_A.htm

rapport - télédétection et ilots de chaleur urbains

Environment