Îlot de chaleur urbain (ICU) et résilience urbaine face au changement climatique

La question du confort thermique urbain est un thème d’importance croissante pour bâtir des villes plus résilientes face au réchauffement climatique. L’effet d’îlot de Chaleur Urbain (ICU) est une problématique de plus en plus évoquée par les médias en France, notamment depuis le rapprochement des épisodes caniculaires en période estivale qui ont conduit à des pics de mortalité dans les villes atteignant jusqu’ à 15 000 morts en 2003 et 1 500 morts lors de la dernière canicule en 2019. C’est donc un enjeu clé de santé publique pour les villes que d’apprendre à minimiser l’ICU.

Un problème multifactoriel aux conséquences variables

L’effet d’ICU est souvent décrit comme une amplification de la chaleur dans les aires urbaines par rapport aux zones rurales. Cette définition n’est pas fausse mais propose une simplification quelque peu réductrice d’un problème complexe et multifactoriel.

En effet, le phénomène d’ICU ralentit dans un premier temps la hausse des températures en journée par rapport à une zone rurale et réduit la température maximale atteinte aux heures les plus chaudes lors des premiers jours de chaleur, comme le montre le graphique ci-dessous (a), tiré d’une étude que nous avons menée sur un îlot près de la porte de Pantin. C’est la nuit, en réalité, que le tissu bâti dense empêche le rafraichissement de la ville (b) (c) et qu’il cause un réchauffement. Plus les jours consécutifs de canicule sont nombreux, plus le réchauffement nocturne s’amplifie et plus les bénéfices de réduction du pic de chaleur en journée décroissent.

Un autre facteur important à prendre en compte dans le confort thermique urbain est la différence entre température de l’air et température ressentie car notre sensation de la chaleur ne dépend pas seulement de la température de l’air mais aussi du vent, du rayonnement solaire, du taux d’humidité, de l’habillement et finalement, une part revient au modèle physiologique propre à chacun :

Ainsi, l’ICU ne dépend pas seulement de la modification de la température de l’air : il dépend aussi de la densité et de la hauteur du bâti ainsi que de l’orientation des rues qui peuvent protéger ou bien amplifier le vent. Enfin, il dépend du taux d’humidité de l’air qui est aussi modifié dans les villes comme le montre le graphique ci-dessous :

L’ICU s’exprime donc de manière différente en fonction du contexte de chaque ville et il est important de pouvoir qualifier tous les éléments dont va dépendre la modification de la température, du vent et de l’humidité. Ces éléments sont notamment :la part de nature en ville, la densité du bâti, le réseau d’infrastructure routière, le taux de pollution, le principe constructif des bâtiments, leur efficacité énergétique et leurs matériaux.

L'apport des simulations informatiques

Les efforts récents de la recherche et le développement de nouveaux outils de simulation informatique permettent aujourd’hui de mieux qualifier la part liée aux différents facteurs de l’effet d’ICU. Cela permet de proposer aux villes des diagnostics et solutions plus adaptés pour anticiper l’impact de nouveaux projets sur l’ICU.

Jusqu’à présent, l’évaluation de l’effet d’ICU était surtout abordée de manière empirique par la mesure des différents facteurs climatiques dans un environnement urbain déjà consolidé. Plusieurs villes françaises comme Lyon, Bordeaux ou Paris ont pris part à des expérimentations pour évaluer l’impact de différentes solutions comme par exemple l’introduction de toitures végétalisées, l’augmentation de la nature en ville, l’arrosage des rues, etc et cela grâce à des méthodes de monitoring dans des zones tests.

Aujourd’hui, de nouveaux modèles de simulation informatique, comme le modèle proposé par le Urban Weather Generator 3 (outil informatique développé par des chercheurs du MIT), se basent sur la simulation thermo dynamique des flux de chaleur générés par la ville et leurs interactions avec les flux atmosphériques pour évaluer le réchauffement global à l’échelle d’un quartier ou d’une agglomération par rapport à une zone rurale. Cette analyse, mise en commun avec des simulations du vent et de l’ensoleillement permet d’anticiper avec plus de précision le microclimat urbain (Figure 1).

Ainsi, les villes peuvent adopter une attitude pro-active vis-à-vis de l’effet d’ICU basée sur la comparaison de l’impact de différents scénarios.

 Exemple de thermographie du microclimat urbain en situation avant et après projet sur une journée de la semaine la plus chaude de l’été obtenue par simulation numérique

Appliquer une approche bioclimatique complète dès la phase de conception

Pour conclure, les nouvelles données de la recherche sur l’effet d’îlot de Chaleur Urbain et les nouveaux outils disponibles constituent une opportunité pour étudier l’impact des projets sur l’ICU dès la phase de conception. Ce faisant, cette nouvelle approche de conception bioclimatique nécessite un dialogue entre les différents acteurs du projet pour accorder les quatre piliers principaux de la réduction de l’ICU.

Ainsi la prise en compte systématique de ces facteurs peut permettre d’avancer vers la conciliation de villes plus denses en limitant l’étalement urbain, et d’assurer la santé publique des citadins.

1) INSERM. (2004). Surmortalité liée à la canicule d’août 2003 : Consulté à l’adresse de l'INSERM

2) Le Monde. (2019, septembre 8). Les canicules de juin et juillet ont provoqué 1 500 morts en France. Consulté le 15 avril 2020,  Le Monde

3) MIT. (s. d.). Urban Weather Generator -urban heat island effect modeling software. Consulté le 20 avril 2020, à l’adresse Urbanmicroclimate