Îlot de chaleur urbain

Les îlots de chaleur urbain (ICU en abrégé) désignent des élévations localisées des températures, particulièrement des températures maximales diurnes et nocturnes, enregistrées en milieu urbain par rapport au zones rurales ou forestières voisines ou par rapport aux températures moyennes régionales.

Au sein d'une même ville, des différences importantes de température peuvent être relevées selon la nature de l'occupation du sol (forêt, banlieue, ville dense...), le relief et l'exposition (versant sud ou nord). Les îlots de chaleur sont des microclimats artificiels.

Ces « bulles de chaleur » sont induites par le croisement de deux facteurs :

• des activités humaines plus intenses et surtout concentrées dans les villes. Certaines de ces activités sont des sources importantes et chroniques de chaleur comme les usines, moteurs à explosion, moteurs à réaction des avions (tout particulièrement au décollage), chaudières (individuelles ou collectives), systèmes de climatisation, eaux chaudes circulant dans les égouts, réseaux de chaleur anciens parfois mal isolés, etc.
• une modification de la nature de la surface de la planète, l'urbanisation fait de la ville un milieu qui absorbe plus de calories solaires que ne le ferait le milieu s'il était resté naturel ou cultivé. Les surfaces noires (goudron, terrasses goudronnées, matériaux foncés, et nombre de bâtiments vitrés se comportent comme des capteurs solaires ou des serres, qui renvoient ensuite le rayonnement solaire absorbé sous forme de rayonnement infrarouge qui réchauffe l'air urbain, et - en l'absence de vent - tout l'environnement urbain).

Ces îlots atténuent fortement les effets du froid en ville, mais posent plusieurs problèmes :

• Aux échelles locales (cours intérieures en particulier) la climatisation électrique peut fortement exacerber le phénomène ; les climatiseurs rafraichissent l'intérieur du bâtiment, mais en rejetant les calories dans des lieux parfois peu ventilés qu'ils échauffent, ce qui entretient une surchauffe du bâtiment.
• Ils diminuent les rosées, brumes et brouillards urbains (hors communes littorales et de vallées profondes). Or les rosées et brumes si elles contribuent aux problèmes d'attaques acides du bâti dans les zones où l'air est acide, contribuent aussi à épurer l'air des aérosols et de certaines poussières et pollens en suspension ;
• ils renforcent la pollution de l'air en aggravant les smogs et les effets d'inversion atmosphérique (sources de confinement de pollutions sous le plafond urbain). Ils en aggravent les effets sanitaires ;
• Ils peuvent contribuer à modifier la composition physicochimique de l'air, favorisant certaines pollutions photochimiques ;
• Ils renforcent les effets sanitaires et socio-économiques des canicules ;
• Ils perturbent la mesure des moyennes des températures régionales et locales et donc les prévisions météorologiques, car beaucoup de stations météorologiques ont été entourées au cours du XX siècle par un tissu urbain de plus en plus dense et « chaud ».

L'urbanisme (cause et solution ?)

La nature des villes fait que leur albédo et leur végétation diffèrent souvent fortement de celle des zones rurales. Pourtant des milieux à taux de substrats minéraux (falaises rocheuses) ou végétal presque équivalent existent dans la nature. Certains matériaux (verre, métal) et surtout les infrastructures de types routes imperméabilisées n'existent néanmoins pas dans le milieu naturel. L'accélération et la forte artificialisation du cycle de l'eau sont des caractéristiques urbaines qui ont d'importants impacts climatiques.

• L'albédo est la mesure de la capacité d'une surface à renvoyer l'énergie solaire incidente (qui arrive à la surface de la terre). C'est un chiffre compris entre 0 et 1, 0 correspondant à une surface parfaitement noire qui absorbe la totalité de l'énergie incidente, et 1 au miroir parfait qui renvoie la totalité de l'énergie incidente. Les surfaces sombres absorbent donc une quantité importante d'énergie solaire, et se réchauffent donc très vite. Les villes majoritairement bétonnées et goudronnées, présentent des surfaces sombres qui se réchauffent ainsi très rapidement au soleil. Les après-midis ensoleillés permettent donc au thermomètre d'afficher des maximums largement supérieurs aux zones rurales environnantes. L'effet disparaît évidemment avec la tombée de la nuit, ce qui explique que les températures maximales soient généralement les plus affectées. La nuit, les matériaux qui ont accumulé la chaleur diurne en relarguent une partie, limitant leur possibilité de se rafraichir là où l'air circule peu.
• L'autre problème est l'absence d'eau à évaporer (l'évaporation rafraichit l'air), ainsi que le faible taux de végétation, arborée notamment. La végétation joue un rôle de régulateur thermique très important. Les arbres apportent de l'ombre, ce qui ne peut avoir qu'un effet positif. La pelouse a un albédo intéressant variant de 0,25 à 0,30 (à comparer avec l'albédo moyen terrestre qui est d'environ 0,3). L'évapotranspiration joue également un effet tampon thermohygrométrique très important.

Certains urbanistes commencent à s'appuyer sur des modélisations de micro-climat. Des modèles 3D prenant mieux en compte l'ensoleillement, la nature des matériaux, l'albédo, la circulation de l'air permettent théoriquement de mieux positionner et hiérarchiser les besoins en isolation extérieure et en écotechnie alternative (aménagements de type "murs végétalisés" ou "terrasses végétalisées" ou écrans végétaux (arbres feuillus en été, mais qui laissent passer le soleil en hiver) à fin de bioclimatiser la ville.

Les activités humaines

L'autre cause des ICU est l'énergie dégagée par les activités humaines. Les aéroports sont impliqués : un avion qui décolle éjecte des gaz sous pression et à très hautes températures. Les climatiseurs également, car ils produisent de l'air froid en rejetant l'air chaud à l'extérieur. Les industries le sont tout autant, en émettent des gaz, de l'énergie et des particules.

Ils peuvent se révéler graves, notamment en termes d'allergies, de problèmes respiratoires et cardiovasculaires qui peuvent se traduire par une surmortalité significative en période de canicule.
Les ICU dégradent la qualité de vie urbaine en association avec la pollution atmosphérique, dit smog, mot valise venant de l'anglais smoke (fumée) et fog (brouillard).

La lutte contre les ICU nécessite une réévaluation des politiques d'urbanisme et des stratégies de court, moyen et long terme. Elle implique notamment :

• de favoriser la climatisation passive (type puits canadien), les systèmes-tampon (ex : Mur Trombe), l'architecture bioclimatique et une isolation intelligente, et limiter les climatiseurs électriques ;
• de préférer les surfaces blanches ou de couleur claire et les matériaux réfléchissant de manière à augmenter l'albédo urbaine ;
• de revégétaliser et de reboiser les villes et leurs abords (ex : trame verte urbaine, terrasse végétalisée, mur végétalisé, etc.) ;
• de mieux conserver et gérer l'eau pluviale (systèmes de noues ou zones humides qui peuvent réévaporer cette eau, l'évaporation étant facteur de rafraîchissement) ;
• de développer des transports en commun ne favorisant pas le smog ;
• de veiller à ce que des prescriptions d'aménagement garantissent une circulation optimale de l'air dans la ville en adaptant les bonnes pratiques et règlements aux conditions locales (par exemple, une rue étroite peut être un « piège à calories » si elle comprend des sources chaudes (chaudières, véhicules, usines, climatiseurs...), et au contraire une garantie de fraîcheur dans un pays très chaud où elle protège des ardeurs du soleil ;

Certains auteurs ont estimé que la pertinence des données climatiques considérées comme des indices de réchauffement climatique étaient biaisées par les ICU, tout au moins si on les attribue entièrement à une cause telle que l'émission de gaz à effet de serre.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat a, sur la base d'une Lettre à Nature de 1990, conclut dans son troisième rapport, que leur effet ne pouvait excéder 0,05 degrés Celsius au niveau mondial. Une étude de 2008 des P.D. Jones, D.H. Lister et Q. Li estiment la part du ICU dans le réchauffement mesuré en Chine. Dans cet article intitulé « Urbanization effects in large-scale temperature records, with an emphasis on China » et paru dans le Journal of Geophysical Research Atmospheres, ils estiment à 0,1° C par décennie le biais à la hausse dans la mesure des températures dû aux îlots urbains en Chine au contraire des données mesurées dans les pays déjà industrialisés où l'effet de l'urbanisation est constant depuis des décennies. Selon les trois auteurs, l'effet des îlots de chaleur urbains représente donc la majorité du réchauffement climatique mesuré jusqu'alors en Chine mais pas dans les pays industrialisés..

Par ailleurs, les études sur lesquelles s'est appuyé le GIEC ont été fortement attaquées, un mathématicien britannique, Doug Keenan, accusant l'un des auteurs, Wei-Chyung Wang, d'avoir trafiqué ses données afin de minorer la réalité de l'effet d'îlot de chaleur urbain. L'affaire est actuellement devant la justice de l'État de New York.