Chaleur sur la ville : comprendre et atténuer les îlots de chaleur urbains — avec le Lab Recherche & Environnement VINCI-ParisTech Pour Patrick Stella, maître de conférences à Agro ParisTech, l’urbanisation modifie significativement l’environnement. Un des phénomène les plus connus est celui d’îlot de chaleur urbain qui reflète le fait que les villes sont plus chaudes de quelques degrés par rapport aux zones périurbaines et rurales adjacentes. Ce phénomène a de nombreuses conséquences, à la fois sanitaires, économiques et environnementales. Mais comment s’explique-t-il, quelles en sont les conséquences et quels aménagements peuvent en favoriser l’atténuation ? L'enregistrement de la présentation de Patrick Stella peut être consulté sur la chaîne YouTube de Leonard : https://youtu.be/LoQxoLRmNiE

1. Les îlots de chaleur urbains : causes,
conséquences et options d’atténuations
Patrick Stella
Maitre de Conférences en bioclimatologie – AgroParisTech
patrick.stella@agroparistech.fr

2. En guise d’introduction…
• 2 sites distants
de ̴30 km

3. En guise d’introduction…
• 2 sites distants
de ̴30 km
• Des températures
systématiquement
plus fortes dans le
milieu urbanisé

4. En guise d’introduction…
• 2 sites distants
de ̴30 km
• Des températures
systématiquement
plus fortes dans le
milieu urbanisé
• Un décalage
d’environ 3°C en
moyenne

5. L’origine de ce phénomène :
urbanisation et activités
humaines

6. Mais avant tout, quelques éléments
théoriques…
• L’atmosphère proche du sol est principalement chauffée par la surface
• Ce réchauffement se fait par rayonnement thermique infrarouge et par échange convectif
• Plus une surface est chaude, plus l’échange de chaleur de la surface vers l’atmosphère est
important
• Plus une surface est claire, plus elle est froide et inversement (effet de l’albédo)
• Plus il y a de vent, plus la surface se refroidit
• L’évaporation permet de dissiper la chaleur et donc rafraichir

7. Le phénomène d’îlot de chaleur urbain
• L’îlot de chaleur urbain =
phénomène représentant des
températures plus élevées en
milieu urbain qu’en milieu péri-
urbain et rural

8. Non pas le mais LES îlotS de chaleur urbainS
• 3 types d’îlots de chaleur urbains pour 3 échelles spatiales différentes
ICU de surface
(revêtement, bâti)
ICU atmosphérique
dans la canopée
urbaine (rue, quartier)
ICU atmosphérique de
couche limite urbaine
(ville)
Sens d’influence

9. Les causes des îlots de chaleur urbains
• Albédos plus faibles:
individuellement, les
matériaux urbains sont
généralement plus
sombres que les surfaces
rurales. De plus, la
structure de la ville
engendre un effet
« piège à lumière »
contribuant à un albédo
plus faible à l’échelle de
la ville

10. Les causes des îlots de chaleur urbains
• Vitesses du vent plus
faible: le vent est ralenti
par la présence de
bâtiments, engendrant (i)
un refroidissement moins
important et (ii) une
accumulation de la
chaleur au sein de la ville

11. Les causes des îlots de chaleur urbains
• Absence de végétation :
l’évapotranspiration par
les surfaces végétalisées
permettent de « refroidir
l’air »
• Les surfaces urbaines
mettent plus de temps à
se refroidir : la chaleur
stockée la journée n’est
dissipée que plus tard
dans la nuit

12. Les causes des îlots de chaleur urbains
• Dégagement de chaleur
par les activités
humaines : véhicules,
climatisation, etc…,
produisent de la chaleur
qui est relarguée dans
l’atmosphère

13. Les causes des îlots de chaleur urbains
Propriétés de la surface
- Matériaux
- Agencement du bâti
- Fraction de végétation
Climat
- Rayonnement
- Vent
- Latitude/longitude
Activités anthropiques
- Rejets de chaleur liés
aux activités (transport,
industrie, climatisation)
Intensité
de l’ICU

14. Les îlots de chaleur
urbains : est-ce si grave ?

15. Des enjeux différents en fonction du type
d’îlot de chaleur urbain
Type d’îlot de chaleur Echelle spatiale Implications/enjeux
Surface
Bâti -
revêtement
Isolation thermique du bâti – consommation
d’énergie
Atmosphérique –
canopée urbaine
Rue - quartier Confort thermique – dispersion des polluants
Atmosphérique –
couche limite urbaine
Ville
Climat régional et global - formation et
dispersion des polluants à l’échelle régionale

16. Les enjeux environnementaux
La température favorise la formation
de polluants gazeux secondaires
Kelly et Gunst, Atmos. Env., 1990
Associée à des vents faibles, elle limite
la dispersion des polluants

17. Les enjeux environnementaux
Shanghai
New York
Paris

18. Les enjeux économiques
Augmentation de la demande en
électricité avec les températures 
besoin de climatisation pour confort
thermique

19. Les enjeux de conforts et sanitaires

20. Les enjeux de conforts et sanitaires
• Les risques liés aux canicules
Les effets des canicules sont exacerbés
dans les villes du fait de l’ICU

21. Et dans le futur…
• Les épisodes de canicules seront exacerbés et plus fréquents en ville…

22. Mais que pouvons-nous
y faire ?

23. 2 approches différentes
• Les solutions d’ordre techniques
On intervient principalement sur les
émissions :
• Matériaux
• Consommation d’énergie
• Aménagements urbains
• Etc…
• Les solutions basées sur la
végétalisation
On intervient principalement sur les
bénéfices retirés par la végétation
• Murs et toits végétalisés
• Parc et jardins
• Ceintures vertes
• Etc…

24. Les solutions « techniques »
• Des solutions simples : ravalement,
peinture blanche, etc…

25. • Limiter la consommation d’énergie (Consommation d’énergie = production de chaleur)
Quelques leviers pour diminuer la consommation d’énergie :
- Etanchéité à l’air (double/triple vitrage, isolation murale)
- Energies renouvelables
- Orientation des pièces (pièces techniques (garage, cellier)
au nord pour tampon thermique; pièces de vie au sur pour
profiter de l’ensoleillement)
Les solutions « techniques »

26. Les solutions « techniques »
• Développement de nouveaux matériaux
dits « froids » qui sont caractérisés par
un fort albédo et une forte émissivité
• En été, cela permet de diminuer la
température de surface de 82°C (180°F)
à 49°C (120°F)

27. Les solutions « techniques »
• Aménagement de zones de fraicheur
« Miroir d’eau », Bordeaux

28. Les solutions « techniques »
• Favoriser les couloirs de vent lors de la conception de quartier  « dilution de la
chaleur »

29. Les solutions « techniques »
• Favoriser les couloirs de vent lors de la
conception de quartier  « dilution de
la chaleur »

30. La végétalisation : principe général
• La végétation permet de réguler la température de 2
façons : elle absorbe une partie du rayonnement solaire
(ombrage) et dissipe la chaleur par évapotranspiration

31. La végétalisation : quelques exemples
Surfaces enherbées

32. La végétalisation : quelques exemples
Surfaces enherbées

33. La végétalisation : quelques exemples
Murs et toits végétalisés
25.7
32.7
Diminution de la température de surface grâce à la végétation  diminution de la
consommation d’énergie pour la régulation thermique

34. Diminution de la température de surface grâce à la végétation  diminution de la
consommation d’énergie pour la régulation thermique
La végétalisation : quelques exemples
Murs et toits végétalisés

35. Diminution de la température de surface grâce à la végétation  diminution de la
consommation d’énergie pour la régulation thermique  diminution des rejets de chaleur
d’origine anthropique  diminution de l’îlot de chaleur atmosphérique
Toit conventionnel
Toit végétalisé
La végétalisation : quelques exemples
Murs et toits végétalisés

36. La végétalisation : quelques exemples
Parcs
Les parcs jouent le rôle d’îlots de fraicheurs, c-a-d des lieux
où les températures sont moins élevées que dans le milieu
urbain  lieux de bien être et de confort essentiels

37. La végétalisation : quelques exemples
Parcs

38. La végétalisation : quelques exemples
La végétalisation à Paris
La question n’est pas
seulement de végétaliser
plus, mais aussi
végétaliser mieux !

39. Synthèse des solutions d’atténuations
• De nombreuses solutions existent, à la fois techniques et de végétalisation. Mais
celles-ci ne doivent pas s’opposer, elles sont complémentaires
• Chaque méthode doit être choisi en fonction du contexte : construction ou rénovation
? Constructible ou non constructible ? Place disponible ? Couts ?  adaptation en
fonction des conditions locales
• Pour les solutions de végétalisation, il ne faut pas perdre de vue différents éléments :
• Problématique de la demande et de la gestion de l’eau
• Choix des espèces, vulnérabilité aux conditions urbaines (sol, climat, pollutions)
• La végétation rend d’autres services écosystémiques (lieux de loisir, rétention des
eaux de pluies, etc…)

40. Enseignements des projets passés
• Les solutions d’aménagement
sont efficaces, mais
nécessitent un changement en
profondeur des
aménagements urbains.
• Un changement des
comportements permettrait
également de diminuer l’îlot
de chaleur urbain (e.g., baisse
de la température de consigne
de la climatisation)

41. Merci de votre attention