Pourquoi les températures grimpent-elles en ville ?

En ville, les températures de l'air, des surfaces et du sol sont presque toujours plus importantes que dans les zones rurales. Ce phénomène est connu sous le nom d'« îlot de chaleur urbain » - un terme qui a fait son apparition au milieu du XXe siècle.

Jusque dans les années 1980, ce phénomène était considéré comme marginal : la plupart des études sur le sujet ayant été menées dans des villes aux hivers rigoureux, les températures plus clémentes étaient perçues comme bénéfiques ; elles permettaient de moins recourir au chauffage. Au fil du temps cependant, les effets de ce phénomène furent pris davantage au sérieux.

On s'est ainsi rendu compte que l'îlot de chaleur urbain influençait les relevés de températures de l'air, qui permettent d'évaluer les changements climatiques. Il devint alors essentiel de soustraire cette « contamination » des relevés effectués en ville pour assurer leur exactitude.

Une démographie urbaine galopante

À mesure que les populations urbaines des villes situées dans des zones chaudes augmentent, la recherche de moyens pour faire baisser les températures dans les bâtiments - principalement grâce à la climatisation - s'intensifie de même. Ceci s'applique également aux climats plus tempérés où les usages évoluent, à l'image du recours massif aux ordinateurs, par exemple.

Dans ces situations, le phénomène d'îlot de chaleur urbain ajoute encore à la chaleur, car refroidir les bâtiments contribue de manière assez ironique à augmenter la température extérieure.

Les vagues de chaleur peuvent se révéler meurtrières : pendant la canicule qui frappa l'Europe en 2003, on dénombra quelque 70.000 décès liés à cet événement ; ce fut l'une des catastrophes naturelles les plus mortelles des 100 dernières années. Le phénomène d'îlot de chaleur urbain rend en effet les citadins plus vulnérables aux pics de températures.

Les répercussions sanitaires de ce phénomène représentent un problème de tout premier plan, tout particulièrement à l'heure du réchauffement climatique. Pour toutes ces raisons, il est devenu essentiel de comprendre ce phénomène, pour mieux l'atténuer et en gérer les effets.

Comment ça marche ?

Ce phénomène est plus intense lors des périodes sèches, quand la météo est calme et que les ciels sont clairs. Ces conditions accentuent les différences entre zones urbaines et rurales. Les villes se distinguent formellement par leur superficie, les matériaux de construction utilisés, la géométrie des bâtiments et des rues. Tous ces facteurs ont un effet sur les échanges d'énergie naturelle au niveau du sol.

Le paysage urbain est, la plupart du temps, pavé et sans végétation. Ce qui signifie qu'il y a peu d'eau disponible pour l'évaporation ; l'énergie naturelle est ainsi majoritairement utilisée pour chauffer les surfaces. Les matériaux de construction sont denses, et nombre d'entre eux - tout particulièrement les surfaces aux couleurs sombres comme l'asphalte - absorbent et conservent très bien la chaleur du soleil.

Il y a également les formes et l'emplacement des immeubles qui contribuent à ralentir les mouvements de l'air à proximité du sol, créant des réseaux complexes d'ombre et d'ensoleillement, limitant les échanges qui opèrent naturellement.

L'urbanisation s'accompagne également de rejets très importants de chaleur en provenance des usines, des transports et des bâtiments, alimentant directement le phénomène d'îlot de chaleur urbain.

Il existe cependant différents types pour ces îlots ; et leurs causes principales diffèrent.

Rester au frais

L'îlot de chaleur urbain relatif à la surface fait référence aux températures urbaines observées au niveau de la surface terrestre. On l'évalue à l'aide de satellites suivant le plan de la ville pour mesurer les températures des toits et des routes (mais pas des murs). De ce point de vue, cet îlot est plus intense en journée, lorsque les surfaces urbaines reçoivent la radiation solaire et s'échauffent rapidement.

Un autre type d'îlot s'appuie sur les observations de la température de l'air réalisées à proximité du sol ; en ville, cela signifie que les instruments de mesure sont placés en dessous des toits. Ce type d'îlot est en général intense de nuit, le revêtement des rues et l'air ambiant se rafraîchissant lentement. Au-dessus du niveau des toits, l'apport en chaleur des rues et toits des bâtiments contribue au réchauffement de l'atmosphère urbaine. Dans certaines conditions, ce réchauffement peut se constater jusqu'à deux kilomètres en hauteur.

La géographie de l'îlot de chaleur urbain. Jamie Voogt, University of Western Ontario, Author provided

La géographie de ce phénomène est relativement simple : son intensité progresse en général des faubourgs au centre de la ville. Il présente cependant des microclimats - par exemple à l'endroit des parcs et autres espaces verts qui constituent des zones de fraîcheur.

L'îlot de chaleur urbain est une conséquence inévitable du changement de physionomie des paysages induits par l'urbanisation. Mais sa puissance et ses effets peuvent être gérés en modifiant certaines caractéristiques physiques de nos villes. Ceci peut concerner une couverture végétale plus importante et une réduction des surfaces imperméables ; on peut aussi utiliser des matériaux de couleurs plus claires et un design des équipements urbains qui permette une meilleure ventilation dans les rues et entre les bâtiments, en faisant un usage optimal de l'énergie créée par la ville.

Ces solutions doivent, bien sûr, s'adapter au type d'îlot de chaleur urbain concerné. Si l'on met, par exemple, l'accent sur des toits végétalisés et permettant de rester au frais, il y aura un effet sur les derniers étages des bâtiments et l'air situé en hauteur. De la même façon, si les arbres peuvent procurer efficacement de l'ombre, dans le cas où la canopée recouvre la rue, cette dernière peut emprisonner les émissions de CO2 résultant du trafic automobile et contribuer ainsi à la dégradation de la qualité de l'air.

Dans un premier temps, de nombreuses villes ont entrepris d'étudier ces phénomènes pour identifier les points chauds et concevoir des solutions au niveau de l'urbanisme. Mais ce dont les métropoles ont le plus besoin, c'est d'un plan climat cohérent, permettant de faire face aux multiples défis environnementaux en zones urbaines, des inondations à la qualité de l'air, en passant par la surveillance des températures.

Par Gerald Mills, Senior Lecturer in Geography, University College Dublin.
La version originale de cet article a été publiée en anglais sur The Conversation.