Îlot de chaleur

 Partager 

Îlot de chaleur

Généralement urbains, ce sont des phénomènes d'élévations locales de la température tant diurnes que nocturnes. Il sont des effets locaux mais peuvent même désormais influer la météorologie régionale vu l'ampleur de certains.

Ce phénomène est forcément lié à l'exode rural qui vide les campagnes et augmente la taille des villes créant des contrastes de plus en plus fort surtout dans le cadre des mégapoles.

L'îlot de chaleur urbain (UHI en anglais) est une zone urbaine dont l'ampleur thermique est supérieure aux zones rurales ou naturelles l'entourant, ce phénomène a été décrit dès 1810 par Luke Howard même si le terme n'a pas été inventé par lui et est ultérieur. Globalement son effet est plus important la nuit que le jour en été et quand les vents sont faibles. La cause principale du phénomène est la modification de surface tant en nature qu'en géométrie, le tout combiné a des émission parfois importantes de chaleur dues à des appareils domestiques en masse, professionnels ou industriels. On observe que ces îlots de chaleur influent les pluies, bloquent les tornades mineures, diminuent la qualité de l'air, augmentent la quantité d'ozone et agit sur la qualité de l'eau; signifiant que l'écosystème est impacté de manière importante par le phénomène.

À noter aussi que quand des centres météorologiques deviennent englobés dans ces zones de chaleur, leurs données deviennent corrompues vis à vis du climat global puisque devenant part d'un climat local artificiellement exacerbé ce qui a une importance notable dans les calculs du réchauffement climatique puisque beaucoup de stations météos étaient à la campagne ou presque jusque dans les années 1960 à 1970 puis se sont vues englobées dans des villes.

Causes principales générant des îlots de chaleur urbain

• Les radiations électromagnétiques solaires courtes, infrarouges inclus, sont beaucoup plus absorbées par le béton et l'asphalte que dans des environnements naturels même rocailleux.
• Modification des propriétés thermiques des matériaux, le milieu devient plus raffiné et pur qu'un environnement naturel mais surtout une chute de l'évapotranspiration qui est endothermique.
• Effets de géométries des constructions humaines qui favorisent la réflexion vers le sol et la rétention de chaleur.
• Un effet de second tour à cause des systèmes de conditionnement d'air qui rejettent la chaleur intérieur à l'extérieur mais vont donc contribuer à augmenter la température globale des villes et donc à provoquer une augmentation de la demande à cause de leur propre fonctionnement d'une part mais aussi par la chaleur générée par leur propre fonctionnement
• Les coloris urbain, surtout l'asphalte, ainsi que leur structure augmentent l'absorption de chaleur.

Ampleur possible

En journée, les villes peuvent présenter des températures supérieures de 1 à 4°C par rapport à leur campagne environnante mais cette différence peut monter jusqu'à 12°C lors des nuits d'hiver. Les pires cas sont ceux d'une journée ensoleillée suivie d'une nuit nuageuse et au plafond nuageux très bas, à noter que ce sont ces situations qui créent les pics d'ozone et de pollution et un phénomène bulle autour des villes et bloquant leur aération car la géométrie urbaine va ironiquement bloquer la création d'un phénomène cyclonique centré sur les villes. On constate que les villes sont plus pluvieuses que la campagne car aspirant l'air humide environnant permettant une augmentation des précipitations locales de 50 à 100%, l'impact sur les zones périphériques a été observé jusque 20 voire 60 km du centre ville dans le cas des mégapoles. Dans les zones tempérées, la croissance des plantes peut gagner jusque 15 jours par an jusqu'à 10 km des frontières de la ville tandis qu'une diminution des tornades locales (terrestres) a été observé dans la mesure où les villes vont perturber le bassin de formation de celles-ci mais à peu d'influence sur les cyclones (maritimes) car leur zone de création et alimentation dépasse l'ampleur des villes.

Et les îlots de chaleur non urbain?

Dans cette catégorie peuvent se ranger les sites industriels qui peuvent avoir des ampleurs suffisantes ainsi que des activités thermiques conséquentes comme les raffineries de pétroles ou les usines chimiques voire les carrières et les extractions de houilles. La nature peut créer des zones de structures générant ce phénomène en passif comme les Tsingy de Madagascar ou encore les champs de laves et les zones géothermiques comme le Parc National de Yellowstone aux USA.

Ces bulles d'air chaud causent différents problèmes

Ces îlots diminuent fortement les effets du froid dans les cités, mais posent plusieurs problématiques :

• À l'échelle locale (cours intérieures en particulier) la climatisation électrique peut fortement augmenter le phénomène car les climatiseurs rafraîchissent l'intérieur du bâtiment, tout en rejetant les calories vers l'extérieur ce qui crée le paradoxe d'un rafraîchissement qui accentue encore les points chauds extérieurs
• Ils diminuent les rosées, vents, brumes et brouillards qui sont autant d'épurateurs d'air tout en augmentant les effets de smog (brouillard de pollution) qui peuvent rester piégés dans la bulle d'où une forme de "plafond" sale au-dessus des villes que l'on perçoit souvent le plus au soir et donc contribuer à concentrer les pollutions mais aussi à les combiner.
• Ils accentuent les effets sanitaires et socio-économiques des canicules ;
• Ils polluent la mesure des moyennes des températures régionales et locales et donc les prévisions météorologiques, car beaucoup de stations météorologiques ont été entourées au fur et à mesure du temps par un tissu urbain de plus en plus dense et « chaud ». Ce qui va progressivement invalider notre vision de l'évolution du climat faute de points de référence anciens.
• Ils sont par contre bénéfiques pour la pratique du vol à voile et du vol libre. En effet, les parkings qui ont une surface importante, sont d'excellents réservoirs de chaleur. Ils sont à l'origine d'ascendances fiables (que l'on appelle familièrement « pompes de service ») et particulièrement notables en fin de journée mais le bénéfice est discutable

Impact sur la faune et la flore

Les fourmis prospèrent sans pour autant perdre leur résistance au froid mais des espèces invasives de zones plus chaudes peuvent désormais coloniser les villes comme les thermites. Certaines plantes meurent à cause de la chaleur, de la pollution de l'air comme de l'eau mais d'autres plantes plus robustes mais recherchant plus de chaleur peuvent désormais apparaître dans des zones limitées à la ville et sans pouvoir s'étendre dans le reste du pays grâce à ces microsystèmes météorologiques.

À noter aussi que cette augmentation de température peut aussi concerner les eaux locales d'une part mais aussi provoquer une hausse importante du rejet des eaux de pluies ainsi les rivières et fleuves qui traversent une ville peuvent voir leur température monter temporairement et brutalement d'une dizaine de degré suite à une forte averse et générer ainsi une importante mortalité au sein de la population piscicole, par choc thermique, beaucoup de poissons ne supportant pas des changements de température brutaux surtout combinés avec une eau fortement polluée par des poussières.

Globalement la prolifération bactérienne et celle des algues sera favorisée par ces îlots de chaleur et même impacter les nappes phréatiques à cause de la température des eaux de percolation.

L'urbanisme, source et solution

La structure et l'albédo des villes, ainsi que leur manque de végétation prédisposent les villes aux bulles de chaleur. Des milieux minéraux ou végétal presque comparables existent dans la nature (falaises, canyon...), mais pas certains matériaux (verre, métal); surtout les infrastructures de types routes imperméabilisées n'existent pas à l'état naturel. L'accélération et la forte artificialisation du cycle de l'eau sont des caractéristiques urbaines qui ont d'importants impacts climatiques ainsi que leur évacuation qui n'est pas sans conséquence non plus.

Les solutions?

Toit végétalisé de la mairie de Chicago

• Limiter les surfaces asphaltées ce qui est difficile pour les routes où l'on ne peut bien souvent qu'arborer les abords mais où l'on pourrait cependant limiter l'évacuation des eaux par les égouts en créant des structures naturelles de rétention le long des chaussées et plus de parkings sur substrats comme les grilles de béton sur gravier.
• Limiter les immeubles à peau lisses en verre/métal pour mieux gérer le vent et les réflexions du soleil (à Londres un bâtiment à une forme convexe qui permet la concentration des rayons solaires dans sa rue et crée des zones d'échauffement dépassant les 50°C ).
• Gérer des alternances de zones vertes et des couloirs "verts" pour l'aération et la biologisation.
• Accentuer et encourager les toitures et terrasses vertes afin de végétaliser au maximum la ville même de manière artificielle
• Améliorer les transports en commun pour optimiser l'utilisation des transports
• Amélioration des isolations pour diminuer la consommation de gaz ou de mazout de chauffe
• Favoriser les systèmes de chauffages urbain et/ou moderniser au maximum les systèmes de chauffage et de conditionnement d'air
• Traitement des coloris de façade et de toiture pour plus réfléchir la lumière sans la concentrer et gérer les réfléchissements.
• Récupérer, comme à Paris, les eaux de pluie pour humidifier les chaussées au matin ce qui permet de rafraîchir et nettoyer.
• Récupérer ces chaleurs par des systèmes de pompes à chaleur pour produire de l'électricité ou la stocker dans des piles thermiques souterraines pour le restituer l'hiver.
• Organiser un maillage structuré d'espaces verts dans les villes afin de tempérer la situation.

L'image ci-dessus montre un traitement de toiture solaire, comparaison entre la chaleur des zones traitées et des zones standards, les parties rouges sont dans les 60°C et les parties bleues dans les 40°C

Comparaison entre image digitale et thermique, visualisation des chaleurs urbaines.

Profil thermique type des îlots de chaleur urbain

Le graphique ci-contre montre la courbe des températures typiques dans une ville selon les activités et l'occupation du sol et au fur et à mesure de l'approche d'un centre. Observez le chute radicale au niveau d'un parc urbain.

Voir aussi

• Carte thermographique comprenant de nombreux liens des cartographies aériennes infrarouges en milieu urbanisé.
• Villes, catégorie regroupant des images des villes, aériennes ou non
• Aérien, catégorie regroupant tout ce qui concerne l'aérien