Ilotdechaleur
URBAIN
2014-2015
AhmedElAtari& FoufanaAbou
Ilots de chaleur urbains
2
Rapport
ÎLOTS DE CHALEUR
URBAINS
Encadré par : Mme. Wahbi
Juin 2015
Ilots de chaleur urbains
3
Table de matières
Table de Figures ...............................................................
Ilots de chaleur urbains
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ii- Végétalisation des stationnements.............................................................
Ilots de chaleur urbains
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Table de Figures
FIGURE 1 - ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS..............................................
Ilots de chaleur urbains
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Contexte
epuis quelques décennies, on ne peut plus nier la réalité des changements
climatiques ...
Ilots de chaleur urbains
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Introduction
1- Qu’est-ce qu’un ICU?
L’expression ICU « îlots de chaleur urbains » signifie la ...
Ilots de chaleur urbains
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De façon plus générale, l’intensité des îlots de chaleur change sur une base quotidienne
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Ilots de chaleur urbains
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cette donnée ne donne aucune indication pour la question du confort urbain. Le confort
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Historique des Îlots de chaleur urbains
La manière de concevoir les villes a énormément évolué...
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Causes
En plus du climat local, influencé par différents paramètres météorologiques comme la
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3- Imperméabilité et haut albédos des matériaux
L’intensification de l’urbanisation a aussi pr...
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Figure 7 - Bassin de l’Arsenal, le 1er août 2011 à 20h
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4- Propriétés thermiques des matériaux
Les revêtements imperméables et les matériaux des bâtim...
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5- Morphologie urbaine et taille des villes
La morphologie urbaine, qui se rapporte aux formes...
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En effet, la réduction du facteur de vue du ciel limite les pertes radiatives nettes des
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6- Chaleur Anthropique
La production de chaleur anthropique telle que la chaleur émise par les...
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Impacts et Effets
Les îlots de chaleur urbains en période estivale peuvent avoir des impacts n...
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iv- Hausse de la demande en eau potable.
En raison des îlots de chaleur, une hausse de la dema...
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Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains
Les mesures de lutte aux îlots de chaleur urbain...
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1- Végétation et fraicheur
Plusieurs études font état de l’importance primordiale de la végéta...
Ilots de chaleur urbains
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 L’amélioration de la qualité de l’eau grâce à la rétention de l’eau de pluie dans le
sol et ...
Ilots de chaleur urbains
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- Sur les terrains publics (parcs, terrains municipaux et gouvernementaux, cours
d’école, cour...
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L’ombrage des arbres protégera également les revêtements des grandes variations
thermiques et ...
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v- Toits verts
Les toits verts réduisent la quantité de chaleur transférée du toit vers l’inté...
Ilots de chaleur urbains
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couche végétale ou d’une couche de substrat. La couche végétale est utilisée si l’aspect
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Ilots de chaleur urbains
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perdent un peu de leur efficacité réfléchissante avec le temps en raison de la saleté qui
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4- Diminution de la chaleur anthropique
La production de chaleur à l’intérieur d’un bâtiment c...
Ilots de chaleur urbains
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Deux solutions sont possibles: l’arrosage continue en journée et/ou l’introduction d’une
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Cette mesure consomme de l’eau, et peut s’appuyer sur un usage du réseau d’eau non
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L’apport de la télédétection optique à ICU
L’utilité de la télédétection optique se résume dan...
Ilots de chaleur urbains
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3- L’indice d’imperméabilité des surfaces (IS)
Le calcul de l’imperméabilité des surfaces info...
Ilots de chaleur urbains
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Les valeurs de NDVI peuvent varier de -1 à +1. En présence de végétation, elles sont
généralem...
Ilots de chaleur urbains
36
Conclusion
Si aujourd’hui les grandes familles de solutions sont connues pour traiter les ICU:...
Ilots de chaleur urbains
37
Bibliographie
[1] APUR (2014), LES ILOTS DE CHALEUR URBAINS A PARIS, CAHIER N° 1 ET 2 ;
[2] ID...
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  1. 1. Ilotdechaleur URBAIN 2014-2015 AhmedElAtari& FoufanaAbou
  2. 2. Ilots de chaleur urbains 2 Rapport ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS Encadré par : Mme. Wahbi Juin 2015
  3. 3. Ilots de chaleur urbains 3 Table de matières Table de Figures ................................................................................................................5 Contexte .............................................................................................................................6 Introduction .......................................................................................................................7 1- Qu’est-ce qu’un ICU? ...........................................................................................7 2- Quand apparaît l’ICU ? ........................................................................................8 Historique des Îlots de chaleur urbains ......................................................................10 Causes...............................................................................................................................12 1- Emission de gaz à effet de serre .....................................................................12 2- Pertes du couvert forestier dans les milieux urbains..................................13 3- Imperméabilité et haut albédos des matériaux...........................................14 4- Propriétés thermiques des matériaux...........................................................16 5- Morphologie urbaine et taille des villes.........................................................17 6- Chaleur Anthropique ........................................................................................19 Impacts et Effets .............................................................................................................20 1- Impacts sur l’environnement ..........................................................................20 i- Détérioration de la qualité de l’air extérieur.............................................20 ii- Détérioration de la qualité de l’air intérieur..............................................20 iii- Hausse de la demande en énergie ..............................................................20 iv- Hausse de la demande en eau potable. .....................................................21 2- Impacts sur la santé..........................................................................................21 Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains...........................................................22 1- Végétation et fraicheur.....................................................................................23 i- Stratégie urbaine de végétalisation ...............................................................24
  4. 4. Ilots de chaleur urbains 4 ii- Végétalisation des stationnements.............................................................25 iii- Végétalisation du pourtour des bâtiments................................................26 iv- Murs végétaux................................................................................................26 v- Toits verts........................................................................................................27 2- Infrastructures urbaines durables..................................................................28 i- Bâtiments ...........................................................................................................28 ii- Matériaux réfléchissants ..............................................................................28 iii- Architecture bioclimatique...........................................................................29 3- Gestion durable des eaux pluviales................................................................29 4- Diminution de la chaleur anthropique ..........................................................30 5- Créer des ilots de fraicheur .............................................................................30 L’apport de la télédétection optique à ICU .................................................................33 1- La température de l’air et du sol.....................................................................33 2- La distance par rapport à l’eau .......................................................................33 3- L’indice d’imperméabilité des surfaces (IS) ...................................................34 4- L’indice de végétation normalisé ....................................................................34 Conclusion........................................................................................................................36 Bibliographie....................................................................................................................37 Webographie ...................................................................................................................37
  5. 5. Ilots de chaleur urbains 5 Table de Figures FIGURE 1 - ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS..............................................................................................7 FIGURE 2 - TEMPERATURE MOYENNES DE 1995 A 2004 EN ILE-DE-FRANCE........................................8 FIGURE 3 : QUAND APPARAISSENT LES ICU ? .......................................................................................9 FIGURE 4 - QUAND APPARAISSENT LES ICU ?.....................................................................................11 FIGURE 5 - EMISSIONS DE GES DU TERRITOIRE REGIONAL PAR SECTEUR EN 2008 ..........................12 FIGURE 6 - VUES AERIENNES DES CHAMPS-DE-MARS PRISES LE 2 AOUT 2011..................................13 FIGURE 7 - BASSIN DE L’ARSENAL, LE 1ER AOUT 2011 A 20H.............................................................15 FIGURE 8 - COMPARAISON DE DEUX REVETEMENTS DE TROTTOIR..................................................15 FIGURE 9 - SIGNATURE RADIATIVE NOCTURNE D’UNE COMPOSITION DE REVETEMENT DE SOL ...15 FIGURE 10 - QUELQUES TOITURES......................................................................................................16 FIGURE 11 - FACTEUR DE VUE DU CIEL...............................................................................................17 FIGURE 12 - COMPORTEMENT CLIMATIQUE DES 2 FORMES URBAINES EN HIVER...........................18 FIGURE 13 - LE «FACTEUR DE VUE DU CIEL» (SVF)..............................................................................18 FIGURE 14 - CLIMATISEUR D’UN COMMERCE REJETANT DE L’AIR CHAUD DANS L’ATMOSPHERE ...19 FIGURE 15 - BRANCHEMENT DE CHAUFFAGE URBAIN ......................................................................19 FIGURE 16 : LA VEGETATION ET ICU....................................................................................................23 FIGURE 17 : LA VEGETATION SUR LES AXES DE TRANSPORT..............................................................24 FIGURE 18 - LA VEGETATION SUR LES TERRAINS PUBLICS.................................................................25 FIGURE 19 - LA VEGETATION SUR LES TERRAINS PRIVES ...................................................................25 FIGURE 20 - LA CHALEUR ANTHROPIQUE...........................................................................................30 FIGURE 21 - ARROSAGE DE L’ESPACE PUBLIC .....................................................................................31 FIGURE 22 - BRUMISATION.................................................................................................................32
  6. 6. Ilots de chaleur urbains 6 Contexte epuis quelques décennies, on ne peut plus nier la réalité des changements climatiques à l’échelle mondiale. La hausse constante de la température (observée et projetée) ainsi que la présence de périodes de températures extrêmes, en particulier en été, accentueront vraisemblablement un problème déjà connu : l’effet des îlots de chaleur urbains. Il devient donc urgent de mettre en place des mesures pour lutter contre les effets nocifs de ces îlots de chaleur en milieu urbain et minimiser leurs impacts. Une gestion efficace de la végétation et de l’eau en milieu urbain, créant des zones de fraîcheur urbaines est l’une des principales solutions à ce problème. L’élaboration d’un outil permettant de localiser les îlots de chaleur et les îlots de fraîcheur, devient très pertinente pour la lutte aux effets des îlots de chaleur, en plus d’être un appui à l’aménagement urbain axé sur la qualité de vie de ses habitants. C’est dans ce contexte que Mme.Wahbi nous a proposé de réaliser une recherche sur les causes, les effets, les solutions ainsi que l’application de la télédétection optique pour la localisation des ilots de chaleurs urbains. D
  7. 7. Ilots de chaleur urbains 7 Introduction 1- Qu’est-ce qu’un ICU? L’expression ICU « îlots de chaleur urbains » signifie la différence de température observée entre les milieux urbains et les zones rurales environnantes. Les observations ont démontré que les températures des centres urbains peuvent atteindre jusqu’à 12 °C de plus que les régions limitrophes (Fig. 1). En fait, ils existent Trois types d’îlots de chaleur urbains sont distingués dans la littérature, soit :  Les îlots de chaleur à la surface du sol : grâce à des lectures de rayons infrarouges émis et réfléchis par les surfaces, il est possible de déceler les endroits d’une ville où les surfaces sont les plus chaudes;  Les îlots de chaleur de la canopée urbaine : qui est la couche d’air comprise entre le sol et la cime des arbres, ou des toitures des bâtiments, où l’essentiel de l’activité humaine se déroule;  Les îlots de chaleur de la couche limite urbaine : située au-dessus de la couche de la canopée. Les îlots de chaleur de la canopée urbaine et de la couche limite urbaine font référence à la température de l’air ; Figure 1 - Îlots de chaleur urbains
  8. 8. Ilots de chaleur urbains 8 De façon plus générale, l’intensité des îlots de chaleur change sur une base quotidienne et saisonnière en fonction des conditions météorologiques (p. ex., température, vent) et des activités humaines (p. ex., la chaleur émise par les industries, les véhicules moteurs). 2- Quand apparaît l’ICU ? L’ICU est un phénomène épisodique. Il n’est pas présent tout au long de l’année, son apparition nécessite la conjonction d’un certain nombre de paramètres météorologiques que l’on retrouvera durant les épisodes anticycloniques caractérisés par un vent faible (2 à 3 m/s au maximum) et un ciel dégagé. «Une période très favorable pour l’apparition de l’îlot de chaleur est juillet-août, c’est-à-dire quand l’anticyclone subtropical remonte aux latitudes moyennes et apporte sa subsidence. Cette période débute quelquefois dès le printemps et se prolonge parfois jusqu’au début de l’automne (le mois de septembre est très fréquemment favorable). Inversement, de novembre à janvier, les conditions sont généralement très défavorables à l’apparition de l’îlot de chaleur en raison de l’activité dominante des perturbations liée aux influences subpolaires océaniques» une construction mathématique sur plusieurs années, cette moyenne est inaccessible aux sens, personne ne perçoit une température moyenne, Figure 2 - Température moyennes de 1995 à 2004 en Ile-de-France
  9. 9. Ilots de chaleur urbains 9 cette donnée ne donne aucune indication pour la question du confort urbain. Le confort urbain sera tributaire de la température instantanée, c’est-à-dire la température perçue par un individu à instant donné dans un lieu donné. Une illustration (figure 5) est proposée au cours d’un épisode caniculaire survenu du 18 au 20 août 2012 en Ile-de- France. On compare ici trois stations météo: boulevard de Sébastopol (75001), parc de Montsouris (75014) et Melun (77). La différence de température entre les stations varie au cours du temps, elle est au plus de 8,4 °C à 1h du matin (23h UTC) le 18 août entre le centre de Paris et Melun. C’est bien cette différence de 8,4°C qui sera utilisée pour qualifier le confort urbain car c’est elle qui est ressentie sur l’espace public et non la donnée de température moyenne (qui vaut ici, après calcul, 3°C). Cet exemple permet d’illustrer aussi comment varie l’ICU au fil du temps. Aux heures les plus chaudes de la journée, l’ICU est quasiment absent. En période de fortes chaleurs, il n’existe quasiment pas de différence de température, en journée, entre les zones urbaines et rurales, c’est par contre la nuit que les principales différences apparaissent. En ville le refroidissement nocturne sera moindre, ce qui impactera lourdement le confort des habitants ainsi privés de récupération après une journée caniculaire. . Figure 3 : QUAND APPARAISSENT LES ICU ?
  10. 10. Ilots de chaleur urbains 10 Historique des Îlots de chaleur urbains La manière de concevoir les villes a énormément évolué tout au long de l’histoire de l’humanité, si de nombreux facteurs peuvent expliquer cette évolution la question de l’énergie est l’une des plus intéressantes à documenter. Pourquoi? Lorsque l’homme modifie le milieu dans lequel il vit, l’énergie est le meilleur indicateur pour décrire le champ des possibles qui s’offre à lui. Sans énergie autre que le bois, l’homme a bâti les édifices qui composent les villes les plus anciennes, et ce, pierre par pierre en se contentant de la seule traction animale pour ses échanges commerciaux. Dans ce contexte, les chantiers d’envergure comme ceux des cathédrales ont pu prendre des siècles. À l’inverse dans un monde où l’accès à l’énergie est sans limite, les bâtiments peuvent être conçus de façon industrielle et livrés très rapidement, les flux physiques sur lesquels reposent les échanges commerciaux ne connaissent pas de limites géographiques. La conception et le dimensionnement des villes ont été grandement conditionnés par la disponibilité de l’énergie. De façon schématique ce rapport entre énergie et climat peut se résumer en 3 grandes phases. La première phase démarre avec l’apparition des premières villes et s’achève à l’aube de la révolution industrielle. Durant cette phase de développement, l’accès à l’énergie est très restreint (bois, traction animale, etc..), l’urbanisme procède donc d’une adaptation parfaite aux climats locaux: les bâtiments sont dimensionnés selon la spécificité climatique propre à chaque latitude, de plus les formes urbaines qu’ils composent sont très denses du fait de l’absence de moyen de transport efficace. Dans ce monde le climat est vécu comme une contrainte structurelle à laquelle il faut s’adapter coûte que coûte. La seconde période, qui s’amorce avec la révolution industrielle, atteint son paroxysme durant les Trente Glorieuses. Grâce à une énergie quasi gratuite et illimitée, l’urbanisation de l’après-guerre n’est plus obligée de composer avec le climat, elle peut même en faire totalement abstraction, et se développer partout sur la planète selon le même modèle. Les villes s’affranchissent de la densité et s’étendent, les déplacements basés sur un pétrole bon marché le permettent. Les constructions dénient le climat, en
  11. 11. Ilots de chaleur urbains 11 proposant des structures de plus en plus légères orientées sans logique par rapport à la course du soleil et largement percées d’ouvertures. Les modes de chauffage et de climatisation qui se généralisent partout dans le monde ont permis cette évolution du bâtiment. Selon cette logique, la consommation mondiale d’énergie qui accompagne le passage d’un urbanisme préindustriel à un urbanisme «moderne» est multipliée par 30. La période actuelle doit être comprise comme un réel défit, elle interroge les aménageurs à plusieurs titres. Comment pourrons-nous rénover les tissus urbains des 50 dernières années souvent conçus en parfaite contradiction avec leur climat? Saurons-nous concevoir à temps ces villes de demain nécessairement adaptées à un climat changeant dont la robustesse sera tributaire de leur faible impact climatique? Comme il sera démontré dans ce document, la compréhension des phénomènes d’îlots de chaleur urbains est fondamentale pour mener à bien ces deux missions. Figure 4 - QUAND APPARAISSENT LES ICU ?
  12. 12. Ilots de chaleur urbains 12 Causes En plus du climat local, influencé par différents paramètres météorologiques comme la température, l’humidité relative et le vent, plusieurs causes de source anthropique favorisent l’émergence et l’intensification des îlots de chaleur urbains. Ces causes sont les émissions de gaz à effet de serre, la perte progressive du couvert forestier dans les milieux urbains, l’imperméabilité et les bas albédos des matériaux, les propriétés thermiques des matériaux, la morphologie urbaine et la taille des villes ainsi que la chaleur anthropique. 1- Emission de gaz à effet de serre Les gaz à effet de serre (GES) piègent l’énergie solaire dans l’atmosphère et participent ainsi à son réchauffement. Selon le GIEC1, « la poursuite des émissions de GES2 au rythme actuel ou à un rythme plus élevé devrait accentuer le réchauffement et modifier profondément le système climatique au XXI e siècle. 1 Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat 2 Gaz à Effet de Serre Figure 5 - Emissions de GES du territoire régional par secteur en 2008
  13. 13. Ilots de chaleur urbains 13 Dans les milieux urbains, les sources d’émission de gaz à effet de serre sont principalement les véhicules, les procédés industriels et le chauffage des immeubles à l’aide de combustibles fossiles (Figure 5). 2- Pertes du couvert forestier dans les milieux urbains Le couvert forestier urbain est en diminution constant. La densification progressive des villes et le développement des infrastructures urbaines ces dernières décennies en sont les causes principales. Cette perte de végétation implique une perte de fraîcheur en milieu urbain. En effet, la végétation joue un rôle essentiel de protection contre la chaleur grâce au phénomène d’évapotranspiration et d’ombrage des sols et des bâtiments. Au cours du processus naturel d’évapotranspiration de la vapeur d’eau, l’air ambiant se refroidit en cédant une partie de sa chaleur pour permettre l’évaporation. La végétation participe également à une bonne gestion des eaux pluviales et à une meilleure qualité de l’air dans les villes. Figure 6 - Vues aériennes des champs-de-Mars prises le 2 août 2011
  14. 14. Ilots de chaleur urbains 14 3- Imperméabilité et haut albédos des matériaux L’intensification de l’urbanisation a aussi provoqué la modification des types de recouvrement des sols. Les sols naturels ont été remplacés par des matériaux imperméables, tels que l’asphalte et les matériaux utilisés pour la construction des bâtiments qui, n’assurant pas de fonctions de filtration et d’absorption de l’eau, modifient le parcours naturel des eaux pluviales. En effet, dans les villes le taux d’infiltration des sols est de seulement 15 % et la quantité ruisselée de 55 %, tandis qu’en milieu naturel environ 50 % des eaux de pluie sont infiltrées dans le sol et 10 % ruissellent vers les cours d’eau. En minimisant la disponibilité de l’eau en milieu urbain, les processus naturels rafraîchissants, comme l’évaporation de l’eau contenue dans les sols et l’évapotranspiration de la végétation, sont restreints et ne peuvent pallier le réchauffement urbain. De plus, les revêtements imperméables contribuent à la contamination des cours d’eau récepteurs par :  Le ruissellement qui entraîne les polluants chimiques, tels que les hydrocarbures et les pesticides;  Les débordements d’égouts causés par les pluies intenses;  L’érosion des berges due à la grande vélocité du ruissellement.
  15. 15. Ilots de chaleur urbains 15 Figure 7 - Bassin de l’Arsenal, le 1er août 2011 à 20h Figure 8 - Comparaison de deux revêtements de trottoir 1 heure après le coucher du soleil le 31 juillet 2011. Le stabilisé (à gauche) est nettement plus frais que l’asphalte (à droite), c’est leur différence de couleur qui l’explique. Figure 9 - Signature radiative nocturne d’une composition de revêtement de sol à la ZAC de la Grange-aux-Belles le 1er août 2011 vers 22h (20h UTC)
  16. 16. Ilots de chaleur urbains 16 4- Propriétés thermiques des matériaux Les revêtements imperméables et les matériaux des bâtiments influencent le microclimat et les conditions de confort thermique, car ils absorbent beaucoup de chaleur durant le jour qu’ils rediffusent à l’atmosphère pendant la nuit, contribuant ainsi à l’effet d’îlot thermique urbaine. Ces matériaux à bas albédo peuvent atteindre des températures de 80 °C en été. Les urbanistes et architectes choisissent les matériaux selon différentes exigences techniques en fonction, entre autres, des besoins de sécurité et de durabilité et des coûts et négligeraient généralement les considérations environnementales. Toiture à la Mansart en zinc : le zinc réfléchi les rayons du soleil en journée ce qui est un avantage pour le microclimat urbain, mais sa faible inertie rend les logements sous toitures assez inconfortables. Toiture terrasse recouverte de graviers : la grande quantité d’air prisonnière entre les graviers confère peut de capacité de stockage du rayonnement solaire à ces toits ce qui est un atout climatique. Figure 10 - Quelques toitures
  17. 17. Ilots de chaleur urbains 17 5- Morphologie urbaine et taille des villes La morphologie urbaine, qui se rapporte aux formes tridimensionnelles, à l’orientation et à l’espacement des bâtiments dans une ville, joue également un rôle dans la formation des îlots de chaleur urbains. Les grands bâtiments et les rues étroites peuvent nuire à la bonne ventilation des centres urbains, car ils créent des canyons où s’accumule et reste captive la chaleur occasionnée par le rayonnement solaire et les activités humaines. Figure 11 - Facteur de vue du ciel
  18. 18. Ilots de chaleur urbains 18 En effet, la réduction du facteur de vue du ciel limite les pertes radiatives nettes des bâtiments et des rues. De plus, la morphologie urbaine peut également influencer la circulation automobile et encourager ainsi les apports de chaleur et de pollution de l’air de ce mode de transport que représente le véhicule automobile. Figure 13 - Le «facteur de vue du ciel» (SVF) est un indicateur qui permet d’évaluer la facilité avec laquelle se produit le refroidissement nocturne par échange radiatif avec le ciel. En zone rurale ce refroidissement est maximum (SVF = 1), en ville il est contraint pas la présence des bâtiments (SVF < 1) Figure 12 - Comportement climatique des 2 formes urbaines en hiver
  19. 19. Ilots de chaleur urbains 19 6- Chaleur Anthropique La production de chaleur anthropique telle que la chaleur émise par les véhicules, les climatiseurs et l’activité industrielle est un autre facteur contribuant au développement d’îlots de chaleur, notamment dans les milieux urbains denses où les activités se concentrent. IMPACT DE LA CLIMATISATION SUR L’ICU IMPACT DU CHAUFFAGE URBAIN SUR L’ICU Figure 14 - Climatiseur d’un commerce rejetant de l’air chaud dans l’atmosphère Figure 15 - Branchement de chauffage urbain (CPCU) occasionnant un dégagement de chaleur sur l’espace public
  20. 20. Ilots de chaleur urbains 20 Impacts et Effets Les îlots de chaleur urbains en période estivale peuvent avoir des impacts néfastes sur l’environnement et la santé. 1- Impacts sur l’environnement i- Détérioration de la qualité de l’air extérieur Les îlots de chaleur urbains contribuent à la formation du smog3 . En effet, le smog, composé de particules fines et d’ozone troposphérique, se forme lors de la réaction entre les rayons du soleil, la chaleur et les polluants (oxydes d’azote (NOx) et composés organiques volatils (COV)). ii- Détérioration de la qualité de l’air intérieur La chaleur accrue a un effet sur la qualité de l’air intérieur, car elle favorise la multiplication des acariens, des moisissures et des bactéries. De plus, certaines substances toxiques, telles que les formaldéhydes, contenues dans les colles utilisées dans la fabrication des meubles et les matériaux de construction, sont libérées lors de fortes chaleurs. iii- Hausse de la demande en énergie Les besoins de rafraîchissement de l’air intérieur et de réfrigération peuvent générer une hausse de la demande en énergie ayant comme conséquence l’émission de gaz à effet de serre selon la source d’énergie employée. 3 Le smog est une brume brunâtre épaisse, provenant d'un mélange de polluants atmosphériques, qui limite la visibilité dans l’atmosphère.
  21. 21. Ilots de chaleur urbains 21 iv- Hausse de la demande en eau potable. En raison des îlots de chaleur, une hausse de la demande en eau potable, pour se rafraîchir (exemples : piscines et jeux d’eau) ou pour hydrater les aménagements végétalisés, est probable. 2- Impacts sur la santé La chaleur accablante accentuée ou générée par les îlots de chaleur urbains peut créer un stress thermique pour la population. Certaines personnes peuvent être davantage vulnérables aux îlots de chaleur urbains, comme les personnes atteintes de maladies chroniques, les populations socialement isolées, les très jeunes enfants, les travailleurs extérieurs, les personnes ayant un faible niveau socioéconomique, les sportifs extérieurs de haut niveau et les personnes souffrant de troubles mentaux. Enfin, les personnes âgées, sont également prédisposées à des troubles liés à la chaleur, notamment en raison des changements physiologiques associés au vieillissement. La chaleur accablante engendrée par les îlots de chaleur urbains peut provoquer des inconforts, des faiblesses, des troubles de la conscience, des crampes, des syncopes, des coups de chaleur, voire exacerber les maladies chroniques préexistantes comme le diabète, l’insuffisance respiratoire, les maladies cardiovasculaires, cérébraux-vasculaires, neurologiques et rénales, au point de causer la mort. Pour cette raison, Les agences de santé à travers le monde, sur recommandation de l’Organisation mondiale de la santé, ont mis en place divers programmes de lutte aux effets de la chaleur accablante et de prévention des îlots de chaleur urbains.
  22. 22. Ilots de chaleur urbains 22 Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains Les mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains sont nombreuses et concernent divers domaines professionnels, dont l’urbanisme, l’architecture, la gestion des ressources naturelles et les transports. Elles ont une incidence positive tant sur le climat local que sur le climat global. En plus de favoriser la fraîcheur dans les milieux urbains, ces mesures comportent d’autres bénéfices, notamment la réduction de la demande en énergie, la diminution à la source de la pollution de l’eau et de l’air, y compris des émissions de gaz à effet de serre. Sont présentées dans cette section les mesures de lutte aux îlots de chaleur ainsi que leur efficacité à créer de la fraîcheur en milieu urbain, telle qu’elle est rapportée dans la littérature. Afin de les associer directement aux causes des îlots de chaleur urbains précédemment mentionnées, ces mesures ont été regroupées en quatre catégories:  Les mesures de végétalisation;  Les mesures liées aux infrastructures urbaines (architecture et aménagement du territoire);  Les mesures de gestion des eaux pluviales et de perméabilité du sol;  Les mesures de réduction de la chaleur anthropique
  23. 23. Ilots de chaleur urbains 23 1- Végétation et fraicheur Plusieurs études font état de l’importance primordiale de la végétalisation et de la protection des espaces verts et boisés actuels afin de lutter contre l’effet d’îlot thermique urbain. En effet, la végétation permet de créer de la fraîcheur par différents processus, plus précisément :  L’ombrage saisonnier des infrastructures;  L’évapotranspiration;  La minimisation des écarts de température au sol. La végétation offre également d’autres avantages intéressants et complémentaires en milieu urbain, dont :  L’amélioration de la qualité de l’air par la production d’oxygène, la captation du CO2, la filtration des particules en suspension et la réduction de la demande énergétique liée à la climatisation; Figure 16 : La végétation et ICU
  24. 24. Ilots de chaleur urbains 24  L’amélioration de la qualité de l’eau grâce à la rétention de l’eau de pluie dans le sol et le contrôle de l’érosion des sols;  Des bienfaits pour la santé de la population, y compris la protection contre le rayonnement ultraviolet (UV), la réduction du stress dû à la chaleur et la disponibilité de lieux pour faire de l’activité physique ; i- Stratégie urbaine de végétalisation Une stratégie de végétalisation en milieu urbain a pour objectif d’augmenter l’indice global de végétalisation d’une ville. À cette fin, la végétation peut être disposée ou densifiée dans de nombreux espaces, comme : - Le long des axes de transport (platebandes de rues, ruelles, lignes ferroviaires, etc.); Figure 17 : La végétation sur les axes de transport.
  25. 25. Ilots de chaleur urbains 25 - Sur les terrains publics (parcs, terrains municipaux et gouvernementaux, cours d’école, cours de centres de la petite enfance, etc.); - Sur les terrains privés (pourtours de bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels, ruelles, etc.). ii- Végétalisation des stationnements Les stationnements, construits avec du bitume, un matériau à faible albédo, contribuent à la formation des îlots de chaleur urbains Afin de diminuer la chaleur qu’emmagasinent ces surfaces asphaltées et les voitures qui s’y garent, il est conseillé d’aménager de la végétation sur le pourtour (bandes végétalisées) et à l’intérieur (îlots végétalisés) des espaces de stationnements. L’objectif est de créer de l’ombre sur les surfaces asphaltées. Figure 18 - La végétation sur les terrains publics. Figure 19 - La végétation sur les terrains privés
  26. 26. Ilots de chaleur urbains 26 L’ombrage des arbres protégera également les revêtements des grandes variations thermiques et prolongera leur durée de vie. iii- Végétalisation du pourtour des bâtiments Pour une fraîcheur optimale, l’aménagement du pourtour d’un bâtiment doit protéger celui-ci du rayonnement solaire. En effet, la texture et la nature des sols entourant le bâtiment en déterminent en partie la température intérieure et extérieure. La végétation permet de garder un sol plus frais et d’éviter le rayonnement solaire direct, réfléchi et diffus pouvant affecter la fraîcheur du bâtiment. Afin de maximiser l’ombrage sur le bâtiment, les arbres doivent être disposés sur les faces est, sud-est, sud-ouest et ouest de la maison et idéalement être assez grands pour ombrager le toit en partie ou en totalité. Il est aussi possible d’aménager des treillis, des pergolas, des murs et des toits végétaux qui, juxtaposés aux bâtiments, assurent une température intérieure plus fraîche. iv- Murs végétaux Les murs végétaux sont des écosystèmes verticaux qui créent un microclimat abaissant substantiellement la température de l’enveloppe du bâtiment et améliorant le comportement énergétique de celle-ci .Ils permettent d’amoindrir les grands écarts de température grâce à l’augmentation de la masse thermique du bâtiment. Ces installations végétales possèdent également d’autres avantages tels que la protection de l’enveloppe du bâtiment aux rayons UV, la captation des particules en suspension et le recouvrement des murs par des graffiti. Elles peuvent être mises en place sur tous les types d’édifices et même sur les clôtures, les poteaux de téléphone et les lampadaires. Des précautions sont à prendre quant à l’état de la structure hôte, qui doit supporter le poids de la végétation, et au type de végétation choisie et à ses colonisateurs potentiels. L’entretien de la végétation est simple, soit la taille, le désherbage et l’inspection du support.
  27. 27. Ilots de chaleur urbains 27 v- Toits verts Les toits verts réduisent la quantité de chaleur transférée du toit vers l’intérieur du bâtiment grâce à l’évapotranspiration et à l’ombrage créé par les plants. En outre, ils permettent de rafraîchir l’air ambiant extérieur tout en contribuant à :  Une augmentation de l’isolation thermique en hiver, mais aussi en été, à l’instar d’autres facteurs qui influencent la fraîcheur de l’air intérieur du bâtiment, comme l’inertie thermique de la couverture végétale et l’eau contenue dans la terre ou le revêtement humidifiant;  Une intégration esthétique des bâtiments au paysage;  La possibilité de faire de l’agriculture urbaine;  Une amélioration de la qualité de l’air. Les plants des toitures végétales fixent les poussières et divers polluants atmosphériques;  Une amélioration de la qualité de l’eau, car la végétation des toitures compense l’imperméabilisation et la perte du couvert végétal engendrées par l’emprise au sol des bâtiments (section 4.3);  Une meilleure durée de vie du toit, du fait que la toiture végétale protège des intempéries, de l’exposition aux rayons UV et des variations importantes de température, autant de facteurs qui entraînent la dégradation du toit ; L’installation de végétation sur les toits est une pratique courante dans plusieurs pays du monde, dont l’Allemagne, le Japon et les États-Unis. Les toits verts conviennent avant tout aux toits plats ou à pente égale ou inférieure à 20 %, bien que l‘installation végétale soit appropriée à tous les types de toits pourvu que leurs structures permettent d’en supporter le poids. Le cas échéant, l’installation de toitures végétales peut exiger d’importantes rénovations. Aussi, il est économiquement plus avantageux de prévoir l’installation d’un toit vert dans les constructions. Un toit végétal standard est constitué de plusieurs composants, principalement d’une structure portante, d’une couche d’isolation (si la toiture n’est pas ventilée), d’une couche d’étanchéité, d’une membrane anti racine, d’une section de drainage et de filtration, d’une membrane géotextile pour retenir la terre, d’un substrat de croissance et d’une
  28. 28. Ilots de chaleur urbains 28 couche végétale ou d’une couche de substrat. La couche végétale est utilisée si l’aspect engazonné ou de type prairie est recherché, alors que la couche d'un substrat permet la plantation surtout de plantes succulentes, de type sedum. 2- Infrastructures urbaines durables i- Bâtiments Les bâtiments qui intègrent la protection contre la chaleur ont généralement des ouvertures pourvues de protections solaires, des matériaux réfléchissants et parfois d’ingénieux systèmes de rafraîchissement naturel. ii- Matériaux réfléchissants Plus un matériau a une réflectivité (albédo) élevée et une émissivité élevée, moins il risque d’emmagasiner de la chaleur et de la diffuser dans l’atmosphère ou à l’intérieur du bâtiment par l’entremise des parois et du toit. La réflectivité des surfaces détermine la capacité des surfaces à refléter le rayonnement solaire. L’albédo est représenté sur une échelle de 0 à 1. Un haut albédo, par exemple 0,70, signifie que la surface réfléchit une grande quantité du rayonnement solaire. L’émissivité est la propriété d’un matériau à diffuser l'énergie qu’il accumule. L'énergie qui n'est pas diffusée contribue au réchauffement des surfaces. Le coefficient d’émissivité d’un matériau est fonction de son état de surface, et pour un métal, de son degré d’oxydation. Ce coefficient est également exprimé par une valeur située entre 0 et 1 (tableau 5). Un matériau d’émissivité faible est un meilleur isolant thermique. L’industrie des matériaux pour toitures a développé récemment des produits performants de revêtement de toitures, tels que des membranes élastomères ou polyurées, des tuiles et des graviers pâles, dont les albédos sont tous plus élevés que ceux des matériaux classiques. L’utilisation de ces matériaux est recommandée pour les toits plats uniquement, dans les régions sujettes aux îlots de chaleur urbains, car installés sur un toit en pente ils peuvent créer un éblouissement. Tous les matériaux réfléchissants
  29. 29. Ilots de chaleur urbains 29 perdent un peu de leur efficacité réfléchissante avec le temps en raison de la saleté qui se dépose sur le revêtement. iii- Architecture bioclimatique Les principes de l’architecture bioclimatique permettent de protéger le bâtiment des surchauffes en période estivale, car ils tiennent compte des contraintes climatiques. De la conception de l’enveloppe jusqu’à l’orientation du bâtiment, l’architecture bioclimatique met tout en œuvre pour assurer le confort thermique des occupants, protégeant ainsi les personnes les plus vulnérables de la chaleur. 3- Gestion durable des eaux pluviales Plusieurs études établissent une corrélation entre le taux d’humidité des sols et l’atténuation des îlots de chaleur urbains. En effet, grâce à l’évaporation, les sols humides ont des capacités de rafraîchissement semblables à celles de la végétation, et leurs températures de surface sont plus fraîches que celles des sols secs. Afin de favoriser l’humidification des sols en milieux urbains et d’assurer une disponibilité en eau pour les végétaux, plusieurs pratiques de gestion durable des eaux pluviales et de maîtrise de la pollution de l’eau existent et s’inscrivent dans l’approche de développement à faible impact. Le développement à faible impact favorise les aménagements à petite échelle qui permettent la gestion des eaux pluviales à la source afin d’éviter la pollution due au ruissellement. Pour être efficaces et sécuritaires, les aménagements à petite échelle doivent faire l’objet d’études préalables. La proximité d’une nappe phréatique, la granulométrie du sol et les risques de pollution sont autant de facteurs à considérer lors de l’instauration de mesures visant l’infiltration des eaux pluviales dans le sol. S’il s’agit de l’aménagement d’un site où les sédiments et les polluants sont présents (stationnements et sites industriels), un suivi et un entretien rigoureux doivent être effectués. Les études aideront à prévenir la contamination des aquifères souterrains et à éviter l’infiltration de faible intensité qui favorise le ruissellement accru à l’instar des surfaces imperméables.
  30. 30. Ilots de chaleur urbains 30 4- Diminution de la chaleur anthropique La production de chaleur à l’intérieur d’un bâtiment contribue à sa surchauffe en période estivale, notamment lorsqu’elle s’ajoute au rayonnement solaire direct ou à la mauvaise isolation thermique du bâtiment. La chaleur anthropique peut être responsable d’une augmentation de 2 à 3 °C dans les centres urbains. Les appareils électroménagers, les lampes et les ordinateurs, par exemple, transforment l’énergie qu’ils consomment en chaleur. Ces apports de chaleur internes ne sont pas simultanés et représentent plutôt une source de chaleur diffuse dans les bâtiments. 5- Créer des ilots de fraicheur Les espaces libres comme les places ou les esplanades sont des lieux où il est possible de créer ponctuellement des îlots de fraîcheur. Les terrasses des grands équipements, rarement valorisées, peuvent elles aussi être aménagées et mises à profit dans la lutte contre les ICU. Les places et les esplanades se prêtent bien à un usage nocturne dans la mesure où ils bénéficient du meilleur refroidissement une fois le soleil couché. Pour créer dans ces lieux des îlots de fraîcheur, il faut les protéger de l’échauffement journalier. Figure 20 - La chaleur anthropique
  31. 31. Ilots de chaleur urbains 31 Deux solutions sont possibles: l’arrosage continue en journée et/ou l’introduction d’une strate végétale. Pour ce qui est des grands espaces minéralisés comme le parvis de l’Hôtel de ville ou Beaubourg des systèmes d’arrosage intégrés aux revêtements de sol devraient être testés. Ils sont actuellement employés au Japon en hiver pour le déneigement et en été dans la lutte contre les ICU. L’usage d’une lame d’eau en continu introduit une contrainte supplémentaire dans la qualification des revêtements de sol. Si du strict point de vue de l’ensoleillement, les surfaces lisses sont mieux à même de réfléchir les rayons du soleil, les surfaces destinées à un arrosage pour créer un îlot de fraîcheur doivent au contraire présenter une certaine porosité afin que l’évaporation soit maximale. Figure 21 - ARROSAGE DE L’ESPACE PUBLIC Lame d’eau créée par aspersion continue de façon à améliorer le confort thermique à proximité d’une gare routière (Japon, août 2012). Les dispositifs d’arrosage sont intégrés au revêtement de sol. Le revêtement est conçu de façon à avoir une certaine porosité afin de maximiser les surfaces d’évaporation et donc le rendement de la mesure d’adaptation.
  32. 32. Ilots de chaleur urbains 32 Cette mesure consomme de l’eau, et peut s’appuyer sur un usage du réseau d’eau non potable, dont une partie fonctionne gravitairement, ce qui induit un coût en énergie primaire moindre que dans le cas de l’eau potable (l’acheminement et les procédés de potabilisation de l’eau sont consommateurs d’énergie). Les terrasses des grands équipements peuvent aussi être mobilisées afin de créer des espaces aériens de frais. La hauteur confère aux terrasses un bon potentiel de refroidissement en raison des vents qui y siègent, souvent moins perturbés par les volumes bâtis que l’espace public. Si les procédés de végétalisation s’avèrent performants dans ce cadre, la qualité des végétaux employés sera déterminante. Figure 22 - BRUMISATION Brumisateurs installés dans une gare routière japonaise (août 2012). Un système analogue a été utilisé à Paris au Parc floral, il est utilisé aujourd’hui pour Paris Plage.
  33. 33. Ilots de chaleur urbains 33 L’apport de la télédétection optique à ICU L’utilité de la télédétection optique se résume dans l’identification et la localisation des îlots de chaleur urbains par le traitement des images satellitaires et l’extraction des paramètres suivants :  La température de l’air et du sol;  La distance par rapport à l’eau ;  L’indice de végétation normalisé ;  Un indice d’imperméabilité des surfaces (IS) ; 1- La température de l’air et du sol La télédétection optique permet la mesure de température par satellite de l’atmosphère à diverses altitudes, et l'estimation du profil vertical de température en utilisant la bande d'absorption du gaz carbonique, centrée sur 15 μm qui se fait par interprétation des mesures de capteurs sensibles à la luminance terrestre dans le domaine des infrarouges. Ces capteurs permettent de sonder l’atmosphère pour repérer les effets des îlots de chaleur urbains.. 2- La distance par rapport à l’eau L’eau joue un rôle de régulateur thermique car dans les périodes les plus froides de l’année, elle sera plus chaude que l’air, dans les périodes les plus chaudes sa température sera plus basse que l’air. Ce phénomène est qualifié d’inertie thermique. Et donc l’indice de la distance des ilots par rapport à l’eau peut nous renseigner sur .la température.
  34. 34. Ilots de chaleur urbains 34 3- L’indice d’imperméabilité des surfaces (IS) Le calcul de l’imperméabilité des surfaces informe sur le degré d’anthropisation d’une région, mais aussi sur la quantité de matériaux ayant une masse thermique élevée et donc une forte capacité à capter et à stocker l’énergie provenant du rayonnement solaire. Les surfaces fortement imperméables sont principalement des surfaces anthropiques comme les routes, les trottoirs, les cours et allées pavées, les stationnements et les toitures. Le calcul des surfaces imperméables est estimé à partir des données des bandes 2, 3 et 4 de l’image SPOT-5, c’est-à-dire la bande rouge (0,61 - 0,68 μm), la bande du proche infrarouge (0,78 -0,89 μm) et celle du moyen infrarouge (1,58 - 1,75 μm). Sur chaque scène SPOT-5, plusieurs régions d’intérêt correspondant aux surfaces imperméables dites pures (ex : grands stationnements avec peu ou pas de peinture, grandes intersections routières, pistes d’aéroport composées d’asphalte ou de bitume) ont été identifiées manuellement en utilisant les données des bandes 2, 3 et 4 ainsi que l’imagerie à haute résolution spatiale disponible dans Google Maps (Figure 6). Ces régions d’intérêt ont ensuite été reportées dans le logiciel ENVI 4.8 de EXEILS et un dé-mixage spectral a été appliqué sur les scènes, dans le but de déterminer l’abondance des composantes spectrales correspondant aux surfaces imperméables dans chaque pixel, en se basant sur la similitude des régions d’intérêt préalablement identifiées concernant l’imperméabilité des surfaces. 4- L’indice de végétation normalisé Le NDVI permet d’estimer la quantité de végétation présente. Il se calcule à partir des bandes spectrales proches infrarouges et rouge du capteur optique de SPOT-5. Proche infrarouge - rouge Proche infrarouge + rouge NDVI =
  35. 35. Ilots de chaleur urbains 35 Les valeurs de NDVI peuvent varier de -1 à +1. En présence de végétation, elles sont généralement comprises entre 0,1 et 0,7. Les valeurs supérieures de l’indice correspondent à la présence d’une couverture végétale dense et en bonne santé, alors que les nuages et la neige entraînent des valeurs de NDVI proches de 0.
  36. 36. Ilots de chaleur urbains 36 Conclusion Si aujourd’hui les grandes familles de solutions sont connues pour traiter les ICU: usage de l’eau, végétalisation, modification de revêtements, diminution des consommations d’énergie du territoire; en revanche l’impact de ces mesures d’adaptation est extrêmement tributaire des formes urbaines que nous rencontrons en Ville. Pour définir une politique d’adaptation du territoire marocain, il est nécessaire de se projeter dans les tissus urbains et de regarder à très petite échelle pour chacun d’entre eux quelle mesure d’adaptation a la plus grande portée. Dans certains lieux l’arrosage de la voirie aura un impact majeur sur le microclimat, dans d’autres cette mesure aura des effets négligeables. De même, changer le revêtement de la chaussée au profit de matériaux clairs aura une portée sur certains types de voies possédant un certain type d’orientation, mais dans les rues étroites (ex : Ancienne Medina de Fès) qui ne voient que très peu la lumière cette mesure sera sans effet.
  37. 37. Ilots de chaleur urbains 37 Bibliographie [1] APUR (2014), LES ILOTS DE CHALEUR URBAINS A PARIS, CAHIER N° 1 ET 2 ; [2] IDENTIFICATION ET LOCALISATION DES ILOTS DE CHALEUR ET DE FRAICHEUR POUR TOUT LE QUEBEC URBAIN – CERFO ; [3] CONSERVATION DES ÎLOTS DE FRAÎCHEUR URBAINS – CERFO ; Webographie [1] http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/observer-le-temps/parametres- observes/temperature; [2] http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/ecoru_0013- 0559_1977_num_119_1_4342; [3] http://www.comples.org/40_Labbi_A.htm;
  38. 38. Copyright2014-2015

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