Sous le coup du double effet du réchauffement climatique et de l’artificialisation des sols, les villes ont aujourd’hui bien du mal à contrer le phénomène de plus en plus problématique des îlots de chaleur urbains (ICU) et de la surchauffe urbaine. Spécificités climatiques des villes par rapport aux zones rurales, ces phénomènes ne manquent pas d’être amplifiés lors d’épisodes caniculaires particulièrement intenses, comme en cette année 2022.
L’étude menée en 2020 par Cascade Tuholske et al.1 montre qu’entre 1983 et 2016, au niveau mondial, les populations exposées à des anomalies de températures ont augmenté de 200 %, pour atteindre 1,7 milliard de personnes, soit près d’un habitant sur quatre. Cette exposition progresse beaucoup plus vite que la croissance de la population et concerne de manière aiguë les régions tropicales et équatoriales (figure 1).
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La France n’est pas épargnée : selon une étude publiée par l’Insee en août 20222, 9,3 millions d’habitants, soit un habitant sur sept, vivent dans un territoire qui sera exposé à plus de 20 journées anormalement chaudes par été dans les décennies à venir. Comme le montre la figure 2, tous les territoires de France métropolitaine sont concernés, à l’exception du littoral. En outre-mer, les épisodes de fortes chaleurs sont moins accentués en température, mais durent plus longtemps.
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Ainsi, au cours des trois prochaines décennies, il y aura en moyenne, chaque été en Île-de-France, de 16 à 20 journées et de 8 à 11 nuits anormalement chaudes. Avant 2005, la région subissait au maximum 15 journées et 7 nuits anormalement chaudes.
Une journée anormalement chaude est une journée pour laquelle la température maximale est supérieure d’au moins 5 °C à la température maximale de référence (calculée au niveau local sur la période 1976-2005). À titre d’exemple, ces références respectives sont en moyenne pour juin à août de 23 °C pour Paris, 23 °C pour Nantes et 26 °C pour Toulouse.
Une nuit anormalement chaude est une nuit pour laquelle la température minimale est supérieure d’au moins 5 °C à la température minimale de référence (calculée au niveau local sur la période 1976-2005). À titre d’exemple, ces références respectives sont en moyenne pour juin à août de 16 °C pour Paris, 14 °C pour Nantes et 17 °C pour Toulouse.
Impact des vagues de chaleur particulièrement sensible en ville
L’îlot de chaleur urbain (ICU) se caractérise par le fait que, la nuit, les températures baissent moins en milieu urbain dense et artificialisé qu’en milieu rural où prédominent les sols naturels et la végétation. La nuit, l’écart de température entre la ville et la campagne peut atteindre 10 °C pendant les vagues de canicule. C’était le cas à Paris lors de la canicule d’août 2003. Le maintien de températures nocturnes à des niveaux élevés, supérieures à 20 °C, empêche le repos nocturne et la récupération pour les personnes concernées, et ce, d’autant plus que l’épisode caniculaire dure longtemps.
En journée, la chaleur se répartit de manière hétérogène à l’intérieur de la ville, en fonction de paramètres liés à la morphologie urbaine (orientation des rues, hauteur des bâtiments, circulation des vents…), de l’occupation des sols (niveau de végétalisation – trame verte –, présence de l’eau – trame bleue –, degré de perméabilité des sols…), des matériaux mis en œuvre (sols, bâtiments) et des activités humaines (émissions de chaleur dite « anthropogénique » dues aux véhicules, à la climatisation...). Dans les espaces les plus chauds, on parle alors de surchauffe urbaine.
Au-delà de l’inconfort que tous peuvent percevoir en période de canicule, les vagues de chaleur ont un impact direct sur l’augmentation de la mortalité. Cela a été démontré par l’Institut de veille sanitaire (INVS) et l’Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm) lors de la canicule de 2003, avec près de 15 000 décès supplémentaires imputés à la canicule3. Et plus la ville est dense, plus la surmortalité est importante : +40 % de surmortalité dans les petites et moyennes villes, +80 % à Lyon, et +141 % à Paris.
L’analyse des impacts des vagues de chaleur successives de l’été 2022 est en cours par Santé publique France, mais le journal Le Monde titrait, dès le 5 septembre dernier : « La canicule "vraisemblablement" à l’origine de plus de 11 000 décès supplémentaires en France cet été. » Le Monde s’appuyait sur une note de l’Insee parue début septembre (figure 3) : « Selon les données provisoires du 2 septembre 2022, le nombre de décès moyen par jour est en forte hausse en juillet : il atteint 1 750, après 1 610 en juin 2022. (…) Le niveau élevé des décès toutes causes confondues en juillet 2022 s’explique vraisemblablement par la vague de chaleur survenue à la mi-juillet, après un premier épisode de canicule dès la mi-juin. (…) La chronique des décès toutes causes confondues laisse entrevoir un premier pic de décès, toutes causes confondues, autour du 19 juin. En juin 2022, les décès sont supérieurs de 4 % aux décès survenus en juin 2019. En juillet, les décès toutes causes confondues atteignent un pic très net le 19 juillet, après un pic moins marqué le 13 juillet, et les décès totaux du mois de juillet 2022 sont supérieurs de 13 % à ceux de juillet 2019 (année sans épidémie Covid-19). »
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Dans la mesure où il est avéré que le changement climatique va continuer à faire augmenter les vagues de chaleur en fréquence, en intensité et en durée, avec les conséquences sur la mortalité évoquées précédemment, l’amélioration du confort bioclimatique et la création d’îlots de fraîcheur urbain (IFU) doivent devenir une priorité dans le cadre d’une stratégie d’adaptation au changement climatique, en complément avec une stratégie d’atténuation du réchauffement climatique (qui se traduit notamment par un engagement de neutralité carbone à l’horizon 2030-2050).
Nécessité d’agir dès la définition des projets
L’expérience acquise par Egis dans les espaces publics montre que seule une minorité de projets urbains a commencé à intégrer pleinement cette priorité dans les phases d’études et de réalisation. La récente annonce, le 14 juin 2022, par le Gouvernement français, de la création d’un fonds de 500 M € dédié aux projets de renaturation des villes est susceptible d’accélérer la prise de conscience et les projets d’adaptation. S’il n’est pas possible de changer toute une ville pour faire face au problème d’ICU, la transformation des espaces publics peut être un levier efficace pour apporter du confort et de la fraîcheur dans les endroits qui en ont le plus besoin.
Afin de stimuler et d’accompagner ces transformations, Egis a mis au point depuis 2021 un outil de mesure et d’étude de la surchauffe urbaine, baptisé ICEtool. Basé sur le logiciel QGIS, un système d’information géographique (SIG) très utilisé dans les services techniques des collectivités locales, et publié en open source, ICEtool est une méthode simple, rapide et efficace pour appréhender la surchauffe urbaine dans toute sa complexité.
Grâce à l’open source, la méthode et sa base de données de matériaux sont transparentes et compréhensibles par le plus grand nombre ; chaque utilisateur peut contribuer à leur amélioration.
ICEtool se distingue des solutions à disposition des décideurs jusqu’à présent pour évaluer les ICU et la surchauffe :
- d’un côté, des évaluations essentiellement qualitatives, fondées sur l’expertise humaine ;
- de l’autre, des modélisations microclimatiques poussées, qui peuvent demander jusqu’à 7 jours de calcul pour un quartier.
Comme le montre la figure 4, ICEtool permet de réaliser des cartes de températures au sol à l’échelle d’un quartier et de comparer très rapidement différents scénarios par rapport à l’état existant. Dans sa dernière version, il intègre les flux suivants dans le calcul du bilan thermique :
- flux de rayonnement (soleil, infrarouge, atmosphère) en fonction des données météorologiques, des ombres portées par les bâtiments et la végétation, ainsi que de l'albédo et de l'émissivité des sols ;
- flux latent et sensible de l'eau (évapotranspiration) ;
- flux conductif et flux stocké, en fonction de la conductivité et de la capacité thermique des sols.
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La base de données des caractéristiques thermiques des matériauxn qui s'enrichit au fil des modélisations, comprend également le coefficient de ruissellement et le coefficient de biotope de surface.
Le projet de requalification de l’ancienne friche industrielle Cartorhin à Guebwiller, en Alsace, se trouve en hypercentre d’une petite ville de 11 000 habitants dans la région des vins d’Alsace. Ses principaux objectifs étaient la déminéralisation, la végétalisation et la création d’un axe transversal majeur pour rejoindre le parvis de la place de la République, centrale.
L’utilisation d’ICEtool comme outil d’aide à la décision a permis de proposer un projet écoconçu présentant plus d’un tiers d’espaces verts arbustifs et beaucoup d’arbres. La prise en compte de l’effet d’ICU s’est faite au fur et à mesure du développement afin de démontrer le gain en confort thermique pour les usagers : environ 6 °C de température moyenne de surface.
Solutions pour développer le confort bioclimatique et la fraîcheur
Ces solutions s’inspirent largement de la nature. Certaines d’entre elles sont présentées ci-après au travers de l’évaluation ICEtool du projet Mauguio Carnon 2030, dont Egis assure la maîtrise d’œuvre au sein du groupement Gautier-Conquet (mandataire) – APS – Egis – Les Éclaireurs pour le compte de la société publique locale L’Or Aménagement :
- Esplanade du port : réduction de la température au sol de près de 7 °C en remplaçant l’enrobé par du béton désactivé clair et en plantant de nouveaux arbres (figure 5).
- Pour le parking en entrée de ville : réduction de la température au sol de 4,5 °C en plantant de nombreuses noues le long des places de stationnement, revêtues en gravier clair perméable (figure 6).
- Avenue des Comtes-de-Melgueil : réduction de la température au sol de 2,5 °C en créant une noue plantée tout le long de l’avenue, ainsi qu’un large cheminement piétons ombragé (figure 7).
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En résumé, les solutions mises en œuvre représentent trois grandes familles :
- la végétalisation des espaces publics ;
- la création de noues plantées pour favoriser l’infiltration des eaux pluviales à la source et le développement de la biodiversité ;
- le changement des revêtements de sol avec des matériaux plus favorables à la fraîcheur et à l’infiltration des eaux de pluie.
Ainsi, le projet Mauguio Carnon 2030 permet de faire disparaître les surfaces (20 % de la superficie totale) dont les températures dépassaient 50 °C au profit de surfaces dont les températures sont inférieures à 20 °C (figure 8), pour une réduction moyenne des températures au sol de 4 °C.
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Conclusion
Après la compréhension du phénomène d’ICU et la mise en œuvre de solutions concrètes présentées dans cet article, le prochain défi d’ICEtool concernera la confrontation au réel et l’amélioration continue.
En effet, il semble primordial de pouvoir disposer de retours du terrain, concernant tant les températures au sol que celles ressenties par les usagers des espaces publics ainsi que l’exploitabilité et la maintenabilité des solutions mises en œuvre. Comme dans tout processus de transformation, il y aura des succès et des échecs, à partir desquels l’amélioration continue pourra se développer.
Egis poursuivra ses actions de recherche et développement pour mieux comprendre les impacts de la surchauffe urbaine sur les espaces publics, mettre au point des réponses toujours plus adaptées tout en préservant les usages essentiels et la santé des populations, et contribuer ainsi au gigantesque chantier de l’adaptation des villes au changement climatique.
Marguerite Fournier, cheffe de projet Environnements – Elioth
Guillaume Meunier, directeur délégué – Elioth
Olivier Ledru, responsable Innovation ville durable – Egis
William Weltzer, ingénieur Infrastructures et Aménagements urbains – Egis
Alexis de Guignard, ingénieur Infrastructures et Aménagements urbains – Egis
Références
1. C. Tuholske et al., "Global urban population exposure to extreme heat", PNAS, octobre 2021.
2. C. Fontès-Rousseau, R. Lardellier, J.-M. Soubeyroux, « Un habitant sur sept vit dans un territoire exposé à plus de 20 journées anormalement chaudes par été dans les décennies à venir », Insee Première n° 1918, août 2022.
3. K. Laaidi, « Rôle des îlots de chaleur urbains dans la surmortalité observée pendant les vagues de chaleur », Institut de veille sanitaire, 2012.
