Mémoire - îlot de chaleur urbain - INSA Strasbourg by mdrouet01

ILOT DE CHALEUR URBAIN COMPREHENSION, SOLUTIONS ET STRATEGIES

Maxime DROUET AI6 – INSA Strasbourg – Novembre 2020

Sous la direction de Bruno STEINER

La ville surchauffe, la campagne respire (Illustrations libres de droit)

Ilot de chaleur urbain – Compréhension, Solutions & Stratégies

Maxime DROUET

REMERCIEMENTS Je tiens à remercier toutes celles et ceux qui ont contribué à ce mémoire. En particulier Julien BOUYER, Suzanne BROLLY, Frédéric DELHOMMEAU, Jérémie JAEGER, Olivier PAPIN et Luc SCHUITEN pour m’avoir accordé de leur temps lors des entretiens. Je remercie également tous ceux qui ont fait avancer ma réflexion, que ce soit des auteurs d’articles, de thèses, de conférences et autres discussions, notamment Mélanie GIGUERE, Patrick STELLA et le centre de ressources alsacien Envirobat Grand Est. Enfin, merci à mon directeur de mémoire Bruno STEINER, professeur au Département Architecture de l’INSA Strasbourg, pour son suivi et ses conseils.

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Maxime DROUET

AVANT-PROPOS Canicule de 2003 en France, inondations et glissements de terrain dans l’Aube à l’hiver 2017, feux de forêts intenses en Europe du Nord en 2018, pics de pollutions dans toutes les grandes villes, canicules et air brûlant en France en juillet 2019… Pas une année, voire même mois, sans un événement climatique extrême. Par ailleurs, au fur et à mesure de ces événements, les preuves du réchauffement climatique mondial s’accumulent et de plus en plus de personnes souhaitent agir pour contrer ce phénomène mondial. C’est suite aux canicules de juin et juillet 2019, particulièrement éprouvantes, que j’ai commencé à m’intéresser à cette différence de température que l’on observe entre la ville et la campagne. Et c’est ainsi que j’ai découvert le phénomène d’« îlot de chaleur urbain ». Bien que décrit depuis plusieurs décennies, il prend de l’importance à la fois en tant qu’objet de recherche que dans les actualités récurrentes. Phénomène complexe, j’ai souhaité travailler à la fois sur les facteurs, les solutions possibles mais aussi sur les stratégies mises en œuvre ou à privilégier. Ce mémoire d’architecture s‘intéresse donc à un phénomène physique qui nous interroge sur notre façon de faire la ville, de concevoir nos bâtiments et de transformer l’espace et donc l’architecture. Construit grâce à la consultation de thèses, d’articles ou de mémoires mais aussi grâce à des entretiens avec des scientifiques, politiques ou entrepreneurs, j’espère que ce mémoire donnera des pistes de réflexions, à la fois pour les étudiants dans leurs futurs projets qu’aux décideurs de la Ville.

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TABLE DES MATIÈRES

REMERCIEMENTS ....................................................................................................................... 2 AVANT-PROPOS .......................................................................................................................... 3 TABLE DES MATIÈRES ................................................................................................................. 4 LISTE DES FIGURES...................................................................................................................... 8 INTRODUCTION ........................................................................................................................ 11 MÉTHODOLOGIE....................................................................................................................... 14 Ressources ............................................................................................................................ 14 Légende et note .................................................................................................................... 14 Révision ................................................................................................................................. 15 1 – COMPREHENSION DE L’ILOT DE CHALEUR URBAIN ........................................................... 16 1.1

Explication du phénomène ........................................................................................ 16

1.1.1 Définition.................................................................................................................. 16 1.1.2 Les types d’ICU ......................................................................................................... 18 1.1.2 L’exemple de la Ville de Paris................................................................................... 19 1.2 Facteurs d’influence ....................................................................................................... 20 1.2.1 Les facteurs morphologiques ................................................................................... 20 Canyon urbain et piégeage radiatif ............................................................................... 21 Rugosité urbaine ........................................................................................................... 24 1.2.2 Les facteurs surfaciques ........................................................................................... 25 Les matériaux ................................................................................................................ 25 Imperméabilité du sol ................................................................................................... 27 1.2.3 Facteurs anthropiques ............................................................................................. 28 Chaleur anthropique ..................................................................................................... 28 Emissions de gaz à effet de serre et de polluants ......................................................... 29 Surpopulation urbaine .................................................................................................. 30 1.2.4 Synthèse des facteurs d’influence ........................................................................... 31 1.3 Impacts & Enjeux ............................................................................................................ 33 1.3.1 Impacts et enjeux sur la santé et le confort thermique .......................................... 33 1.3.2 Impacts et enjeux environnementaux ..................................................................... 41 Détérioration de la qualité de l’air extérieur ................................................................ 41

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Détérioration de la qualité de l’air intérieur ................................................................. 42 Hausse de la demande en énergie ................................................................................ 42 Hausse de la demande en eau potable ......................................................................... 42 1.3.3 Impacts et Enjeux économiques .............................................................................. 43 2 - MESURES DE LUTTE CONTRE LES ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS ......................................... 45 2.1 Un urbanisme repensé ................................................................................................... 45 2.1.1 Densité versus étalement urbain ............................................................................. 45 2.1.2 La ville éolienne........................................................................................................ 46 2.1.3 Mixité d’usages & solidarité énergétique ................................................................ 47 2.1.4 Une nouvelle relation Ville-Campagne ? ................................................................. 48 2.1.5 Des bâtiments performants ..................................................................................... 48 Conception bioclimatique ............................................................................................. 48 Performance de l’enveloppe thermique ....................................................................... 49 Ventilation naturelle ..................................................................................................... 50 Ventilation mécanique .................................................................................................. 52 Les protections solaires ................................................................................................. 52 Système de rafraîchissement actif ................................................................................ 53 2.2 Albédo et matériaux, un nouveau paradigme ................................................................ 53 2.2.1 Augmenter l’albédo ................................................................................................. 54 Choisir le bon matériau au bon endroit ........................................................................ 54 Peindre en blanc ............................................................................................................ 55 2.2.2 Des matériaux adaptés ............................................................................................ 56 Réduire la capacité thermique des matériaux .............................................................. 56 Ombrage urbain ............................................................................................................ 56 2.3 Chaleur humaine : plus dans les cœurs, moins dans la ville .......................................... 57 2.3.1 Sobriété : interroger l’usage .................................................................................... 57 Éclairage artificiel et lumière naturelle ......................................................................... 57 Systèmes actifs contrôlés .............................................................................................. 58 2.3.2 Efficacité énergétique : la chasse au rendement..................................................... 58 2.3.3 Mobilités : réduire, changer et diversifier ............................................................... 58 Restreindre l’accès des véhicules automobiles et poids lourds au centre-ville ........... 58 2.3.4 Synergies : de la compétition à la coopération ....................................................... 60 Récupération de la chaleur fatale ................................................................................. 60

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Réseau de chaleur et de fraîcheur ................................................................................ 60 2.4 L’eau en ville, une (re)découverte .................................................................................. 61 2.4.1 Désimperméabiliser, une condition indispensable.................................................. 61 2.4.2 Ecouler, infiltrer, révéler : vers la fin du tout-tuyau ? ............................................. 63 Toitures végétalisées et feuillage .................................................................................. 63 Infiltration naturelle ...................................................................................................... 64 2.4.3 Rafraichir activement : faire jaillir l’eau en ville ...................................................... 66 2.5 Le végétal, un allié de taille ! .......................................................................................... 69 2.5.1 Le végétal, un puissant rafraîchisseur...................................................................... 70 2.5.2 Au sol, sur les murs ou sur les toits, la végétation s’adapte partout ...................... 71 Impact du végétal au sol ............................................................................................... 71 Végétal sur les murs ...................................................................................................... 75 Végétal sur les toits ....................................................................................................... 76 2.5.3 Du bon usage du végétal.......................................................................................... 77 Végétation adaptée ....................................................................................................... 77 Critique des arbres en pots ........................................................................................... 78 Du bon usage de la végétation ...................................................................................... 79 2.6 Complémentarité des mesures ...................................................................................... 80 3 – QUELLES STRATEGIES FACE A L’EFFET ÎLOT DE CHALEUR URBAIN ? .................................. 83 3.1 Des règles d’urbanismes renouvelées ............................................................................ 83 3.1.1 Des documents d’urbanisme règlementaires modifiés ........................................... 83 3.1.2 Des documents de planification transversaux non contraignants .......................... 86 3.2 L’engagement multipartite via des chartes et des guides.............................................. 89 3.3 Un urbanisme de projet adapté ..................................................................................... 91 3.3.1 Des projets de nouveaux quartiers incluant l’ICU ................................................... 91 3.3.2 Une meilleure intégration des acteurs au sein du projet ........................................ 93 3.4 Des indicateurs et outils accessibles .............................................................................. 95 3.4.1 Des modèles créés lors de recherches… .................................................................. 95 3.4.2 …mais encore mal employés de façon opérationnelle ............................................ 97 3.4.3 Des outils simplifiés accessibles ............................................................................... 97 Score ICU ....................................................................................................................... 97 La méthode LCZ ............................................................................................................. 99 Et demain, l’architecture végétale ? ...................................................................................... 103

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Le fauteuil végétal de John KRUSBACK ........................................................................... 105 La Baubotanik, ou la construction végétale vivante ....................................................... 107 Habiter la nature avec Luc Schuiten ............................................................................... 111 CONCLUSION .......................................................................................................................... 113 ANNEXES................................................................................................................................. 115 Glossaire ............................................................................................................................. 115 Bibliographie ....................................................................................................................... 122 Ouvrages ......................................................................................................................... 122 Ouvrages non référencés dans le mémoire .................................................................... 122 Articles & Revues ............................................................................................................ 122 Rapports & Thèses .......................................................................................................... 123 Conférences & Entretiens ............................................................................................... 124 Sites Web ........................................................................................................................ 125 Liste des entretiens effectués............................................................................................. 129 29 novembre 2019 : Luc SCHUITEN ................................................................................ 129 23 janvier 2020 : Suzanne BROLLY & Lucas MERTZ ........................................................ 129 20 février 2020 : Frédéric DELHOMMEAU ...................................................................... 129 26 mars 2020 : Julien BOUYER ........................................................................................ 129 6 avril 2020 : Jérémie JAEGER ......................................................................................... 130 4 juillet 2020 : Oliver PAPIN ............................................................................................ 130 Résumé ............................................................................................................................... 131

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LISTE DES FIGURES Figure 1 : le phénomène de l'îlot de chaleur urbain, jour et nuit, (APC & Météo France) ...... 16 Figure 2 : profil de température lors d’une nuit de canicule en région parisienne (APC) ....... 20 Figure 3 : schéma d'un canyon urbain (IAU IDF) ...................................................................... 21 Figure 4 : explication du facteur de vue du ciel (APUR) ........................................................... 22 Figure 5 : comportements climatiques de deux formes urbaines (APUR) ............................... 23 Figure 6 : la rugosité en ville (MITEK) ....................................................................................... 24 Figure 7 : Température en fonction du matériau de surface à Kobé (Japon) à 21H (OFEV) ... 26 Figure 8 : comparatif de l'albédo de plusieurs matériaux (OFEV) ........................................... 26 Figure 9 : les îlots de chaleur à Strasbourg (ADEUS) ................................................................ 30 Figure 10 : Bilan d'énergie du territoire parisien de mai à septembre 2019 (APUR+CEREN) .. 31 Figure 11 : Synthèse des facteurs de l'ICU (TADAA) ................................................................ 32 Figure 12 : l'équilibre des échanges thermiques (INRS) .......................................................... 33 Figure 13 : Température moyenne à Paris, relevé et estimation (APC et Méteo France)....... 36 Figure 14 : évolution journalière du nombre de décès en France en août 2003, (INED) ........ 37 Figure 15 : décès des mois de juillet et août en France, de 1946 à 2006, par l'INED .............. 38 Figure 16 : Indice de chaleur (lamédecinedusport.com) ......................................................... 39 Figure 17 : paramètres du ressenti thermique (ADEME) ......................................................... 40 Figure 18 : enjeux environnementaux (P.STELLA) ................................................................... 42 Figure 19 : coût économique estimé de la canicule de 2003 en France (Carbone4) ............... 43 Figure 20 : ventilation naturelle dans un îlot parisien bâti (APUR, cahier 1) ........................... 50 Figure 21 : sorties de ventilation naturelle assistée contrôlée, hautes en couleur (S CHALMEAU) .............................................................................................................................. 51 Figure 22 : schéma simplifié du puits canadien (Energieplus.com) ......................................... 52 Figure 23 : différents albédos dans la rue (COLOMBERT) ........................................................ 54 Figure 24 : parking dans le centre de Nieul-sur-l'Autise en Vendée (illustration personnelle) .................................................................................................................................................. 55 Figure 25 : impact de l'ombrage végétal sur le sol (OFEV) ...................................................... 57 Figure 26 : les vélos-cargos de l'entreprise Schenker à Bordeaux (Ouest-France) .................. 59 Figure 27 : exemple de révélation par la neige de l'utilisation de la chaussée par les véhicules motorisés (Sneckdown Halifax) ................................................................................................ 62

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Figure 28 : le contre-exemple : un parking classique de supermarché, largement bitumé (monchervelo.fr) ...................................................................................................................... 62 Figure 29 : un parking enherbé (pinterest.fr) .......................................................................... 63 Figure 30 : noue infiltrante à Sathonay, dans l’Ain (OFEV) ...................................................... 64 Figure 31 : jardin de pluie résidentiel (flickr, wedemain.fr) ..................................................... 65 Figure 32 : renaturation de la rivière de Pont l'Abbé (avant/après), dans le Finistère (OuestFrance) ...................................................................................................................................... 67 Figure 33 : la Bièvre retrouvée à Haÿ-les-roses (citoyens94.com)........................................... 67 Figure 34 : système de stockage et d'irrigation de la rue Garibaldi (Ville de Lyon) ................. 68 Figure 35 : arrosage de la chaussée dans la rue de la Buire à Lyon (OFEV) ............................. 68 Figure 36 : capture d'écran de la carte interactive des îlots de fraicheur à Paris en 2020 (Ville de Paris) .................................................................................................................................... 69 Figure 37 : Compréhension du rafraîchissement par le végétal (APUR) .................................. 70 Figure 38 : transparence de la canopée (APUR) ...................................................................... 71 Figure 39 : température et verdure (OFEV) ............................................................................. 72 Figure 40 : Efficacité des arbres en milieu urbain, après-midi à Munich (OFEV)..................... 73 Figure 41 : Vue de l'impact d'un arbre sur la température, via une caméra thermique (projet ACCLIMATASION, Suisse) ......................................................................................................... 74 Figure 42 : surfaces enherbées (P.STELLA)............................................................................... 74 Figure 43 : bilan thermique d'une façade (OFEV) .................................................................... 75 Figure 44 : effet des arbres en milieu urbain (ACCLIMATASION) ............................................ 80 Figure 45 : combinaison des mesures (A. MACE)..................................................................... 81 Figure 46 : recommandations de lutte contre les ICU en milieu pavillonnaire (A'urba) ......... 85 Figure 47 : carte climatique de Stuttgart (stadtklima-stuttgart.de) ........................................ 87 Figure 48 : exemple de bloc résidentiel optimal à Stuttgart Ouest (U REUTER) ..................... 88 Figure 49 : exemple de manuel conçu par l'Eurométropole de Strasbourg (EMS) ................. 90 Figure 50 : exemple de végétalisation citoyenne de pied d'arbre avec "Strasbourg ça pousse" .................................................................................................................................................. 91 Figure 51 : vue d'ensemble de l'îlot Allar (Eiffage Construction) ............................................. 92 Figure 52 : cartographie des interactions prises en compte le modèle TEB (CNRM-GAME) .. 96 Figure 53 : exemple de réalisation par l'outil Score ICU à Lyon (E6 Consulting) ..................... 98 Figure 54 : classification LCZ (OKE & STEWART, 2009) .......................................................... 100 9

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Figure 55 : capture d'écran de la cartographie de Paris selon la méthode LCZ (Cartoviz, Institut Paris Région) .............................................................................................................. 101 Figure 56 : John KRUSBACK et son fauteuil végétal ............................................................... 107 Figure 57 : la passerelle vivante et un exemple de jonction (Bureau-Baubotanik) ............... 109 Figure 58 : le "Plane-Tree-Cube" de .F Ludwig à Nagold et l’évolution du système racinaire (Archdaily) .............................................................................................................................. 110 Figure 59 : schéma de l'évolution du « Plane-Tree-Cube » (Archdaily) ................................. 110 Figure 61 : cité des habitarbres (vegetalcity.net - Luc SCHUITEN) ........................................ 112

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INTRODUCTION

« Mesdames, Messieurs, bonjour ! Aujourd’hui nous allons atteindre des records de températures dans toute la France ! En particulier, nous attendons une température de plus de 45°C dans le Sud et jusqu’à 42°C à Paris… »

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Extrait d’un bulletin météorologique apocalyptique pour convaincre les climatosceptiques ? Prévisions de températures en 2050 ? Perdu ! Il s’agit des records de températures battus en France à l’été 2019 1 !

Depuis le début des années 2000, plusieurs vagues de chaleur ont frappé l’Europe et la France. Si nos parents se rappellent de celle de 1976, c’est la canicule de 2003 qui est restée dans toutes les mémoires, avec son nombre exceptionnel de 15 000 morts, selon les derniers chiffres2. 1976, 1983, 2003, 2006, 2015, 2018 et récemment 20193… Tandis que nous connaissons de plus en plus régulièrement ces épisodes de fortes chaleurs, la situation dans les villes semblent plus préoccupantes qu’à la campagne. Plusieurs séries de mesures ont montré que la ville est plus chaude que la campagne et dissipe moins bien la chaleur. Des phénomènes particuliers seraient-ils à l’œuvre dans ces espaces où vivent la majorité des français ? L’un en particulier a été identifié, il s’agit de l’effet d’« îlot de chaleur urbain », dit ICU. Ce phénomène explique en majeure partie la différence de température que l’on peut observer entre la ville et la campagne proche. Pourquoi s’en inquiéter ? Après tout, quelques degrés de plus en hiver dans les villes permet de mieux vivre cette période froide et de moins consommer d’énergie ? Seulement lorsque l’été arrive, ces degrés supplémentaires ont de grandes conséquences. En effet, ce phénomène accentue les effets du réchauffement climatique, à savoir une augmentation de la température et donc des polluants, notamment en ville, ce qui entraîne une surmortalité. Lutter contre les îlots de chaleur urbains n’est donc pas uniquement un moyen de mieux (sur)vivre au réchauffement climatique mais aussi et surtout un enjeu sanitaire crucial.

En réalité, le record est monté à 46°C à Vérargues (Hérault) le 28 juin 2019 et 42,6°C à Paris le 27 juillet 2019, selon Météo-France. 2 EuroHEAT & INSERM, « Improving Public Health Responses to Extreme Weather/ Heat-Waves – EuroHEAT », mars 2007, http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0018/112473/E91350.pdf. 3 « Avant 2019, les grands épisodes de canicule en France », Sciences et Avenir, consulté le 10 avril 2020, https://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/meteo/avant-2019-les-grands-episodes-de-caniculeen-france_134791.

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Alors qu’est-ce que l’effet « Îlot de Chaleur Urbain » (ICU) ? Quels sont les facteurs menant à ce phénomène ? Et surtout, quelles solutions et quelles stratégies permettent de le réduire ou de s’en affranchir ?

C’est à ces questions que ce mémoire tentera de répondre. On s’attachera donc à la compréhension du phénomène, puis à l’étude des solutions envisagées actuellement, avant de s’intéresser aux stratégies mises en place ou à envisager dans les prochaines années ou décennies.

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MÉTHODOLOGIE Ressources Inspiré par les thèses et les rapports sur le sujet, à la fois sur la compréhension de ce phénomène et sur les solutions possibles, j’ai également mené de nombreux entretiens semidirectifs de nombre 2019 à juillet 2020. Ceci dans le but d’avoir à la fois une meilleure compréhension du phénomène ainsi que le point de vue des scientifiques, décideurs ou acteurs de la Ville. Ont ainsi été interrogés une spécialiste de l’environnement travaillant pour une métropole française, un scientifique de la micro-climatologie urbaine, un architecte, deux personnes travaillant dans une agence du climat et un entrepreneur. Enfin, j’ai également effectué beaucoup de lectures sur des sujets soit directement lié à cet effet (confort d’été, réchauffement climatique, …) ou plus variés (santé, environnement, économie) afin d’avoir la vision la plus large possible sur ce semestre de travail.

Légende et note Sous chaque illustration est inscrite la source entre parenthèses. Si aucune mention n’est faite, il s’agit alors d’une illustration personnelle ou bien libre de droits. Cette méthode s’applique aussi aux tableaux ou autres graphes. Les notes de bas de page répondent à la norme « Chicago Manual of Style 17th edition (full note) » organisée par le logiciel Zotero. Une bibliographie complète est disponible à la fin de ce mémoire. Un glossaire est mis à la disposition du lecteur, ainsi que les annexes. Les mots suivis d’une étoile sont expliqués dans le glossaire. On nommera indifféremment l’effet étudié « ICU » ou sous sa forme complète « îlot de chaleur urbain ». Les citations courtes sont insérées dans le texte. Les citations longues (plusieurs phrases) sont mises en exergue et en italique. Des passages importants amplifiant le propos peuvent être soulignés.

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Révision Ce mémoire a été soumis à 2 correcteurs. Toutefois, toute erreur ou omission dans le texte demeure de la seule responsabilité de l’auteur.

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1 – COMPREHENSION DE L’ILOT DE CHALEUR URBAIN 1.1 Explication du phénomène 1.1.1 Définition L’expression « îlot de chaleur urbain » (ICU), comme son nom l’indique est un phénomène localisé (« îlot »), relatif à une augmentation de température, ou du moins à un différentiel de température entre deux zones (« chaleur »), qui se manifeste en ville (« urbain »). Plus précisément, selon l’Agence Parisienne du Climat (APC)4 « la nuit, la température en ville peut rester plus élevée que dans les zones rurales voisines ; il se crée ainsi une bulle de chaleur sur la ville, appelée îlot de chaleur urbain (ICU) ».

Figure 1 : le phénomène de l'îlot de chaleur urbain, jour et nuit, (APC & Météo France)

Agence Parisienne du Climat & Météo France, « L’îlot de chaleur urbain », septembre 2018, https://www.apcparis.com/sites/www.apc-paris.com/files/file_fields/2018/09/25/icu-brochureapc-mf.pdf.

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Ce phénomène thermique provient du fait que la ville et la campagne environnante n’ont pas les mêmes constituants : la campagne incorpore une large part de végétation, une présence plus forte de l’eau (marais, cours d’eau, rivières et fleuves) et des matériaux et organismes capables de capter l’humidité et de redistribuer cette humidité dans l’air environnant. En particulier, la végétation est capable de photosynthèse, qui utilise le rayonnement solaire diurne pour transformer le dioxyde de carbone en dioxygène, tout en puisant dans l’eau du sol pour faire fonctionner son organisme. Capable d’échanger cette eau puisée dans le sol par évapotranspiration, les végétaux sont capables de refroidir et assainir l’air ambiant en journée. Ainsi, les végétaux et les sols n’accumulent pas thermiquement l’énergie solaire du jour mais la consomment et la transforment tout en rafraichissant l’air. La ville au contraire est majoritairement constituée de matériaux imperméables qui emmagasinent cette énergie solaire, que ce soit le sol ou les bâtiments. Ceux-ci s’échauffent, et stockent la chaleur, renforcé par l’absence de végétaux et de couvert forestier qui ne refroidissent pas la ville, comparé à la campagne. Une fois la nuit venue, cette chaleur est déstockée et relarguée dans l’environnement urbain. Bien que les rayonnements solaires ne soient plus présents, l’atmosphère reste chaude et ne permet pas un refroidissement normal. Par ailleurs, la présence de masses bâties perturbe le vent et donc limite la capacité à évacuer la chaleur par convection*. Du côté de la campagne, l’évapotranspiration s’est arrêtée en même temps que la photosynthèse, mais il n’y a aucun stock de chaleur. Aussi, une fois le soleil couché, la température redescend rapidement. On observe alors un différentiel, en moyenne de 3°C, pouvant même atteindre 10°C période de canicule !5 L’atmosphère urbaine se refroidit donc moins qu’à la campagne générant ainsi le phénomène d’îlot de chaleur urbain. C’est un phénomène essentiellement nocturne qui traduit donc l’écart de température observé entre une agglomération et les zones moins urbanisées aux alentours. Il est à noter que la pollution atmosphérique en ville ne crée pas l’ICU, mais certaines conditions météorologiques peuvent accentuer à la fois la pollution atmosphérique et l’ICU, nous y reviendrons.

Agence Parisienne du Climat & Météo France.

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1.1.2 Les types d’ICU On l’a vu, le phénomène d’îlot de chaleur urbain est lié à un différentiel de température nocturne entre la ville et la campagne. Il existe toutefois plusieurs types d’îlots de chaleur car celui-ci peut se mesurer à différents niveaux ou échelles. Il y a plusieurs échelles d’études mais aussi plusieurs niveaux altimétriques d’études, comme le décrit Julien BOUYER, chercheur en climatologie urbaine au CEREMA de Nancy. D’une part, concernant les échelles d’études, on en distingue trois majeures. A une échelle large, métropolitaine, on étudie l’écart de température ville-campagne, c’est la plus connue. A une échelle intermédiaire, inter-quartiers, on étudie l’écart de température en surface entre différents quartiers de la ville. Enfin on peut également mesurer l’effet ICU au sein d’un quartier, entre différentes rues proches. On a donc trois échelles : macro avec l’échelle métropolitaine, méso avec l’échelle de la ville (inter-quartiers) et micro avec l’étude de rues adjacentes (intra-quartier). D’autre part, concernant les niveaux altimétriques d’études, on en retrouve également trois principales. Tout d’abord, on peut parler d’îlot de chaleur urbain pour des écarts de températures souterrains, en particulier pour des zones d’eaux (nappes phréatiques) ou pour le transport souterrain (métro parisien par exemple). Néanmoins, cette typologie est peu utilisée. Ensuite, on peut étudier les températures de l’air dans la couche limite où vivent des personnes, soit approximativement à 2 mètres du sol. On parle alors de phénomène ICU « de canopée humaine », actuellement celle dont on parle le plus. Enfin, on peut aussi mesurer l’ICU dans la couche limite atmosphérique au-dessus des toits, avec des vues satellites, c’està-dire à plusieurs mètres au-dessus de l’espace dans lequel nous vivons. On peut donc dire que ce phénomène d’îlot de chaleur urbains cache plusieurs caractérisations très différentes, à ne pas confondre, tant dans les mesures que dans les sources ! A l’échelle d’une ville, on étudie en général l’ICU de canopée humaine, avec les écarts de températures jour-nuit.

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1.1.2 L’exemple de la Ville de Paris L’Agence Parisienne du Climat (APC) a étudié à plusieurs reprises cet effet d’îlot de chaleur urbain dans la ville de Paris6. Elle en conclut notamment que par son « tissu urbain très dense, Paris génère un ICU qui se traduit par des différences de températures nocturnes avec les zones rurales voisines de l’ordre de 2,5 °C en moyenne annuelle. Ces différences peuvent atteindre 10 degrés en été, en cas de situation anticyclonique par vent faible et ciel clair, comme les canicules ». Ainsi, non seulement la température moyenne est nettement supérieure à celle de la campagne environnant la Capitale, mais les pointes extrêmes montent jusqu’à 10°C. Cela impacte fortement le ressenti des habitants et les potentielles conséquences de cet extrema. En effet, selon Météo-France7, la température moyenne minimale à Paris en juillet est de 15,8°C (période 1981-2010). Ajouter 10°C de l’extrema noté entraîne donc une température potentielle de 25,8°C. Or, à Paris on estime qu’une canicule survient lorsque la température de plus de 31°C de jour et 21°C la nuit sur trois jours consécutifs. On franchit donc rien qu’avec un épisode ICU extrême le seuil d’une canicule nocturne s’il se tient sur plus de trois jours. Pour autant, l’APC estime que ce phénomène n’est pas anormal dans le sens où « les quartiers historiques anciens, plus denses, étaient conçus pour conserver la chaleur ». La ville a donc permis aux Hommes de se regrouper et de dégager une chaleur urbaine métabolique, leur permettant de mieux résister à des hivers qui ont pu être plus rigoureux, à la manière des manchots en Antarctique. Cette dynamique a pu être utile au « Petit Âge Glaciaire »8 du 14ème au 19ème siècle. Aujourd’hui toutefois, ce surplus de chaleur est un désavantage avec le réchauffement climatique que nous subissons.

Agence Parisienne du Climat & Météo France. « CLIMAT FRANCE par Météo-France - Normales et relevés sur la France métropolitaine », consulté le 30 avril 2020, http://www.meteofrance.com/climat/france. 8 « Coup de froid sur l’Europe au XVIIIe siècle, qui est le coupable ? - Ça m’intéresse », Ça m’intéresse - La curiosité en continu, 17 décembre 2019, https://www.caminteresse.fr/environnement/coup-de-froid-surleurope-au-xviiie-siecle-qui-est-le-coupable-11125856/. 7

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Figure 2 : profil de température lors d’une nuit de canicule en région parisienne (APC)

L’APC a produit plusieurs graphiques pour montrer la variabilité de la température en fonction des zones urbaines. Ainsi, si la température de la canopée des forêts comme celle de Rambouillet est d’environ 22°C pour un nuit de canicule de type 2003, on passe à 23°C dans les villes proches (Versailles) jusqu’à atteindre 26°C au cœur de Paris.

1.2 Facteurs d’influence L’effet d’îlot de chaleur urbain n’est pas dû à un seul facteur mais à plusieurs s’accumulant et s’amplifiant. D’après l’entretien avec Julien BOUYER9 et un document établi par l’ADEME* sur les ICU10, on peut rassembler ceux-ci dans trois catégories : les facteurs morphologiques, les facteurs surfaciques et les facteurs anthropiques.

1.2.1 Les facteurs morphologiques La morphologie urbaine, c’est-à-dire la forme urbaine et l’organisation du bâti dans le milieu urbain, joue un rôle important dans la formation des îlots de chaleur urbains. La morphologie interfère dans deux phénomènes, la formation de canyons urbains avec le

Julien BOUYER, Îlot de Chaleur Urbain, 26 mars 2020. « diagnostic_de_la_surchauffe_urbaine-ademe_ils_l_ont_fait_recueil_bd_010307.pdf », consulté le 14 août 2020, https://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/diagnostic_de_la_surchauffe_urbaineademe_ils_l_ont_fait_recueil_bd_010307.pdf. 10

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piégeage du rayonnement, ainsi que la rugosité du bâti aux vents. Ces deux phénomènes se complètent avec deux paramètres : la densité du bâti et le facteur de vue du ciel (Sky View Factor, SKF, en anglais)

Canyon urbain et piégeage radiatif L’espace non bâti entre deux bâtiments peut être l’objet de « canyon urbain ». Ce terme est selon France Terme11 une « voie urbaine dont l’encaissement entre des bâtiments provoque des difficultés en matière d’environnement ou de radiocommunication ». En général, on parle de canyon urbain lorsque deux masses bâties sont hautes, très fermées (peu ou pas de vide) et proches l’une de l’autre. Autrement dit, c’est un degré de fermeture du tissu urbain. On peut par exemple dire que les rues parisiennes, où les immeubles haussmanniens se font face, présentent un fort effet canyon. A l’inverse, dans une zone pavillonnaire, où les maisons sont basses et très espacées entre elles, on observe un faible effet de canyon urbain. Les grands bâtiments et les rues étroites nuisent à la bonne ventilation des centres urbains, la chaleur occasionnée par le rayonnement solaire et les activités humaines restant captive de cet environnement.

Figure 3 : schéma d'un canyon urbain (IAU IDF)

« canyon urbain / FranceTerme / Ressources / Accueil - Culture.fr », consulté le 7 mai 2020, http://www.culture.fr/franceterme/terme/EQUI690.

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Lié à la formation de canyons urbains, le piégeage radiatif est quant à lui le fait que dans un environnement bâti, le rayonnement lumineux a tendance à rester captif dans ce milieu et de ne pas être renvoyé vers l’atmosphère. En effet, la réduction du facteur de vue du ciel* par les immeubles, qui est la portion de ciel observable à partir de la surface considérée, limite les pertes radiatives nettes des bâtiments et des rues, ce qui renforce la chaleur au sein de la zone. Comme l’indique l’APUR dans son premier cahier dédié aux ICU12, cela permet également d’évaluer la facilité avec laquelle se produit le refroidissement nocturne par échange radiatif avec le ciel. Ainsi, en zone rural, là où le facteur vu du ciel est au maximum (SVF=1), le refroidissement est maximal. A l’inverse, en ville, ce facteur est inférieur à 1 (SVF<1) à cause du bâti et donc le refroidissement est moins effectif.

Figure 4 : explication du facteur de vue du ciel (APUR)

APUR (Atelier Parisien d’urbanisme), « Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier 1 », décembre 2012.

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Figure 5 : comportements climatiques de deux formes urbaines (APUR)

La figure 5 permet de mieux comprendre les phénomènes cités. Dans le cas du tissu urbain de gauche, situé dans le quatrième arrondissement de Paris, le bâti est resserré, occupant la majeure partie de l’espace. Il y a donc potentiellement des canyons urbains, empêchant de ventiler ces espaces et d’évacuer la chaleur. Néanmoins, les rues étant étroites, la portion de ciel vue depuis ce quartier est faible et le rayonnement reçu l’est également. A droite le tissu « moderne », composé d’immeubles hauts et compacts au sol, permet d’éviter le phénomène de canyon urbain mais génère un fort facteur de vue du ciel. La surface se réchauffe donc fortement mais respire aussi plus facilement la nuit. Ainsi, le comportement dépend à la fois de l’espace autour du bâti et de la relation entre les bâtis.

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Rugosité urbaine La rugosité de la ville est un critère prépondérant dans la capacité des phénomènes convectifs* à décharger la chaleur interne de la ville vers les autres territoires. La rugosité est la capacité du bâti à détourner le flux convectif et à en perturber son écoulement. Il perd alors de sa puissance et de sa capacité à décharger en calories la ville. Le caractère rugueux dépend de la densité, de la volumétrie et de l’organisation du bâti.

Figure 6 : la rugosité en ville (MITEK)

La densité (de logements ou d’habitants) impacte l’effet îlot de chaleur via la morphologie. En effet, si un quartier est très dense, avec beaucoup d’activités humaines et de constructions, on supposera qu’il génère beaucoup de chaleur qu’il l’évacue moins bien qu’un quartier peu dense et faiblement actif. C’est là encore une différence importante entre la ville et la campagne : la ville étant un regroupement de nombreux humains et leurs activités, alors que la campagne voit une distanciation entre les hommes. Si on a la même densité en surface et la même organisation du bâti pour deux quartiers, mais que l’un a une hauteur constante de bâti tandis que l’autre connaît une forte variation, le second aura un urbanisme qualifié de plus rugueux, et donc moins favorable à une dispersion de la chaleur par le vent. Celui-ci rencontre de nombreux obstacles, entrainant une moindre efficacité des flux. Autre exemple, une ville dense avec des rues larges et orientées dans les mêmes directions laisse mieux passer les flux d’airs. On peut penser à New York, avantagée avec son urbanisme rectangulaire de grandes avenues. Toutefois, cette ville a un bâti haut et hétérogène, qui impacte également la rugosité. A l’inverse, Paris est une ville dense avec des formes basses plutôt homogène (bâti haussmannien), mais possède des rues non linéaires qui ne favorise pas le déplacement du vent. On peut donc dire que la rugosité dépend de la situation de chaque ville, il n’y pas de généralité possible et l’analyse nécessite des études approfondies de type CFD*.

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Ces deux facteurs, piégeage radiatif et rugosité sont donc plus urbanistiques qu’architecturaux, intégrant la forme et l’organisation entre les bâtiments, le type de tissu urbain (tours, bâti haussmannien, pavillonnaire), et le type de densité associé (surfacique ou volumique).

1.2.2 Les facteurs surfaciques Parallèlement à la forme de la ville, ses constituants, en particulier les surfaces exposées au soleil sont des facteurs importants de ce phénomène. Les matériaux Les matériaux des bâtiments influencent le microclimat et les conditions de confort thermique. En effet, en fonction de leurs caractéristiques physiques, ils peuvent amplifier le phénomène : couleur, capacité de réflexion des rayonnements lumineux (albédo), inertie, conductivité… Pour mieux comprendre l’impact des matériaux, il faut se référer à leurs caractéristiques physiques13 .Une grandeur importante est l’albédo, qui est la capacité d’une surface à réfléchir le rayonnement solaire. Plus un matériau réfléchit la lumière, avec un albédo proche de 1, comme la peinture blanche, moins il est susceptible de contribuer à l’ICU. C’est donc un matériau utile contre l’ICU. A contrario, une surface noire, avec un albédo proche de 0, absorbe presque tout le rayonnement, comme le bitume sur les routes. C’est donc un matériau à éviter ou dont l’usage doit être limité au strict nécessaire en ville. Diffusivité, inertie et déphasage sont trois grandeurs liées qui permettent de mesurer la vitesse à laquelle un matériau répond à un changement de température, c’est-à-dire le temps que met le matériau à renvoyer une onde de chaleur reçue vers son environnement proche. Si le matériau est résistant à ce changement de température, il a une diffusivité faible, un déphasage important et donc une forte inertie. Cette caractéristique peut être utile au sein d’un bâtiment, pour conserver longtemps la fraicheur, mais peut être un désavantage en extérieur où la chaleur de la journée est transmise le soir, prolongeant la chaleur du jour et augmentant l’ICU. On peut citer comme exemple le béton, très employé en ville, qui a une 13

Coulson Mike, « Conductivité, diffusivité, émissivité thermiques de composites Poly(EtherKetoneKetone) / Charges carbonées : Fibres continues et particules », s. d., 138.

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forte inertie. Ce dernier, employé en tant que matériau structurel et couplé à un isolant extérieur, permet d’avoir un confort thermique agréable en été dans les bâtiments. A l’inverse, mis en œuvre dans l’espace public, il contribue à chauffer l’air en soirée, malgré son albédo plutôt favorable (couleur claire).

Figure 7 : Température en fonction du matériau de surface à Kobé (Japon) à 21H (OFEV)

Figure 8 : comparatif de l'albédo de plusieurs matériaux (OFEV)

Les deux illustrations ci-dessus montrent l’impact des matériaux sur l’environnement thermique. On remarque sur la figure 7, via une caméra thermique, que les parties

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végétalisées apparaissent plus fraîches, en jaune, que la partie goudronnée centrale, en rouge. Cela est confirmé par la figure 8, qui indice les albédos des matériaux. Ainsi le goudron a un faible albédo, de l’ordre de 0,1 contre un albédo de 0,3 pour l’herbe, ce qui explique les différences constatées sur la photographie par caméra thermique. Le zinc utilisé sur les toits, au vu de son épaisseur en tant que couverture, a une faible inertie, mais possède un faible albédo (couleur foncée), par conséquent il surchauffe et chauffe son environnement direct. Cela explique, couplé à une faible isolation, les fortes chaleurs dans les logements sous combles des toits parisiens ! Pour choisir un matériau, il faut donc à la fois une maitrise des phénomènes physiques et comprendre l’usage du matériau. Ceci afin de mettre le bon matériau au bon endroit. Or, les caractéristiques physiques lié à la réflexion ou la capacité thermique des matériaux est rarement prise en compte par les concepteurs et décideurs. En effet, ils se fondent sur différentes exigences techniques, de sécurité, de durabilité et de coûts. Cela explique en majeure partie que l’ICU reste un phénomène non maîtrisé. Imperméabilité du sol Qu’il soit artificiel ou naturel, imperméable ou infiltrant, la nature du sol et son occupation joue un grand rôle sur l’ICU. C’est l’un des principaux facteurs qui permet à tout un chacun de différencier ces deux ensembles quand on parle de ville ou de campagne : la campagne connait une plus faible occupation du sol (densité surfacique) et a une nature du sol en général laissée vierge ou en terre. La ville est, quant à elle, caractérisée par un sol artificiel (béton, bitume, pavé) et une forte occupation du sol (bâtiments, routes, parkings). L’intensification de l’urbanisation des dernières décennies a donc provoqué la modification des types de recouvrement des sols. Les sols naturels ont été remplacés par des matériaux imperméables, comme le bitume (route) ou le béton (construction) qui n’assurent pas de fonctions de filtration et d’absorption de l’eau via le sol, ce qui modifie le parcours naturel des eaux pluviales. Un sol recouvert de matériaux imperméables ne permet pas à l’eau de s’infiltrer et donc d’humidifier le sol, humidité qui permettra par évaporation de diminuer la température, car il s’agit d’un phénomène endothermique*, nécessitant de la chaleur, prélevée dans le milieu ambiant. De même, un sol inerte bitumé, ne laisse pas pousser la végétation. Autre événement lié, le couvert forestier urbain est en diminution. La densification progressive des villes et le développement des infrastructures urbaines ces dernières 27

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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. De plus, les revêtements imperméables contribuent à la contamination des cours d’eau par le ruissellement qui entraîne les polluants chimiques. Selon l’ADEME14, l’action de l’arbre couplé à la désimperméabilisation des sols peut permettre la rétention dans le sol de 25% des eaux pluviales. Ainsi, l’imperméabilité du sol et l’usage de matériaux imperméables renforcent l’effet îlot de chaleur urbain. C’est d’ailleurs un des axes de lutte contre les ICU : réduire les zones bitumées ou bétonnées et laisser le sol naturel de la ville respirer et permettre le ruissellement, l’infiltration et la conduction de chaleur vers les autres couches du sol.

1.2.3 Facteurs anthropiques Plusieurs facteurs sont directement liés à l’homme et à son activité : production de chaleur, pollution, réchauffement climatique et surpopulation en ville aggravent l’ensemble. Chaleur anthropique Tout d’abord, l’activité humaine est un facteur majeur de l’ICU. Par son métabolisme, l’homme fournit de la chaleur. Un humain au repos dégage à lui seul environ 50 W selon l’INRS*15. En activité, il oscille entre 80W (dans un bureau) et 500W, avec des pointes supérieures possibles selon les conditions et la personne. C’est l’équivalent d’un radiateur de moyenne puissance, et c’est d’ailleurs la raison pour laquelle les maisons passives se passent de production de chaleur : l’homme est en fait la chaudière ! L’activité humaine émet des rejets thermiques importants au quotidien. Ainsi les équipements ménagers ou bien les systèmes de production de chaleur (chaudière, cheminée)

ADEME, « Végétaliser : agir pour le rafraîchissement urbain », juillet 2020, https://www.ademe.fr/vegetaliser-agir-rafraichissement-urbain. 15 INRS, « Travail à la chaleur et confort thermique », 1999.

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ou même de froid (dit « split system »), qui pour rafraîchir l’ambiance de la maison, vont évacuer la chaleur à l’extérieur, provoquent un dégagement de chaleur qui se transmet à l’environnement. Cela vient donc renforcer l’effet îlot de chaleur. De façon indirecte, les ponts thermiques d’un bâtiment provoquent un écoulement de la chaleur du bâti vers l’extérieur. D’autre part l’industrie, de quelques spécialités que ce soit, génère de la chaleur évacuée vers l’extérieure (pétrolière, agroalimentaire, sidérurgie), rarement réutilisée. Enfin, le trafic routier est un facteur peu connu comme source de chaleur. Pourtant, les véhicules à moteur à explosion ont un rendement moyen d’environ 40%, ce qui implique que 60% de l’énergie n’est pas transformée en énergie mécanique mais bel et bien en énergie calorifique, donnée à l’environnement proche. Par conséquent, cela renforce l’effet ICU. Réduire le trafic routier, et plus spécifiquement le trafic routier opéré par moteurs thermiques à combustion, est donc un moyen de réduire les sources de chaleur en ville. Emissions de gaz à effet de serre et de polluants Les gaz à effet de serre (GES) piègent l’énergie solaire dans l’atmosphère et participent ainsi à son réchauffement, c’est le principe du réchauffement climatique. 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 (chaudières, cheminées, poêles). Lutter contre le réchauffement climatique est un moyen d’éviter une accentuation de l’îlot de chaleur urbain Les polluants liés au trafic routier mais aussi à l’usage du chauffage par combustion (notamment les cheminées de bois à foyer ouvert), ont tendance à avoir un effet barrière et engendrer un effet de serre en ville supplémentaire, ce qui aggrave le phénomène.

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Il est à noter que îlots de chaleur urbains sont particulièrement visibles dans les zones périphériques industrielles, puisque ce sont de grandes étendues artificialisées avec des rejets industriels, comme on peut le voir à l’Est de Strasbourg avec la zone du Port très exposée.

Figure 9 : les îlots de chaleur à Strasbourg (ADEUS)

Surpopulation urbaine Le monde est de plus en plus urbain. Ainsi la banque mondiale estime que les humains se trouvent désormais à plus de 55% en ville16, alors que c’était le cas de seulement 33% des hommes en 1960 et 2% en 1800. En 60 ans, nous sommes donc passés du tiers de l’humanité à plus de la moitié en ville. Ce phénomène s’accélère et l’ONU estime d’ailleurs que la population urbaine pourrait dépasser les 80% d’ici 203017. En France, 61% de la population était urbaine en 1960, aujourd’hui la France compte 80% d’urbains18, avec une augmentation lente mais continue. Reste à savoir si cette tendance sera inversée après la crise de la Covid16

« Population urbaine (% du total) | Data », consulté le 5 juin 2020, https://donnees.banquemondiale.org/indicateur/SP.URB.TOTL.in.zs. 17 « le_millénaire_urbain.pdf », consulté le 5 juin 2020, https://www.un.org/french/ga/istanbul5/kit2.pdf. 18 « France - Population urbaine (% de la population totale) | Statistiques », consulté le 5 juin 2020, http://perspective.usherbrooke.ca/bilan/tend/FRA/fr/SP.URB.TOTL.IN.ZS.html.

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19. Qui dit plus de personnes en villes dit plus d’activités humaines concentrées sur un petit territoire comparé à la campagne et donc un renforcement de l’îlot de chaleur. Un autre facteur intervient, en plus de l’exode rural, c’est la multiplication des humains. Alors que nous n’étions que 2,6 milliards en 1950, nous sommes aujourd’hui plus de 7 milliards et l’ONU attend 9,7 milliards d’humains en 2050, et même 11 milliards en 210019. Un tel accroissement en si peu de temps provoque forcément des changements dans notre milieu. Conjugué à l’accroissement de la population vivant en ville, on comprend que l’activité humaine risque d’exploser et donc la chaleur provoquée à travers elle. Trouver un équilibre démographique, ainsi qu’entre urbains et ruraux est donc un enjeu clé.

1.2.4 Synthèse des facteurs d’influence Un bilan énergétique effectué sur la ville de Paris en 2019 par l’APUR permet de se rendre compte des ordres de grandeurs entre les différents facteurs.

Figure 10 : Bilan d'énergie du territoire parisien de mai à septembre 2019 (APUR+CEREN)

Les auteurs précisent dans leur rapport20 que l’énergie solaire réfléchie vers l’espace est fixée intuitivement à un tiers de celle reçue, en particulier du fait des toitures en zinc de

19 20

« La population », 14 décembre 2015, https://www.un.org/fr/sections/issues-depth/population/index.html. APUR (Atelier Parisien d’urbanisme), « Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier 1 ».

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Paris réfléchissantes. La partie centrale « chaleur solaire » correspond à l’énergie solaire incidente absorbée par les surfaces minérales (la part de photosynthèse, minime, étant négligée). Pour 71 590 GWh reçus ou créés par les activités humaines, 60% est absorbé par les surfaces, 13% provient des activités humaines et 25% repart vers l’espace. On comprend donc que les facteurs d’albédo liés aux matériaux, la capacité d’ombrage et de désimperméabilisation sont des facteurs clés pour limiter ce phénomène.

Figure 11 : Synthèse des facteurs de l'ICU (TADAA)

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1.3 Impacts & Enjeux L’effet îlot de chaleur urbain, au-delà de la simple augmentation de température, provoque plusieurs impacts sur l’Homme.

1.3.1 Impacts et enjeux sur la santé et le confort thermique La chaleur accentuée ou générée par les îlots de chaleur urbains peut créer un stress thermique pour la population. Certaines personnes peuvent être davantage vulnérables comme les personnes atteintes de maladies chroniques, les enfants, les travailleurs extérieurs ou encore les personnes âgées, en raison des changements physiologiques associés au vieillissement. Par ailleurs, la France comme une grande partie des pays européens connaît un accroissement du nombre de personnes âgées, qui sont plus à risques lorsque la chaleur

augmente. Le graphique de l’INRS* montre l’équilibre des échanges thermiques pour l’Homme. Il permet de se rendre compte des phénomènes physiologiques à l’œuvre en fonction de son environnement. Figure 12 : l'équilibre des échanges thermiques (INRS)

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Comme le dit la Ville de Paris21, « La forme d’une ville change moins vite que le climat. Les évolutions du climat combinées à l’effet d’Îlot de Chaleur Urbain constituent donc un enjeu de santé publique prioritaire pour Paris. Depuis 2003, chaque année, les canicules entraînent leur lot de décès prématurés. La canicule de 2003 a provoqué 70 000 morts en Europe de l’Ouest, avec une surmortalité de 141% à Paris lors de la première quinzaine du mois d’août par rapport à la moyenne de la même période entre 2000 et 2002. 1 070 décès ont été directement attribuables à la canicule à Paris. La contribution de l’ICU et de la pollution atmosphérique à cette catastrophe a été établie a posteriori par Santé Publique France. Selon les projections, l’été de 2003 pourrait correspondre à un été « normal » dans 30 ans. En 2018, durant les deux périodes de 5 jours de fortes chaleurs, Santé Publique France a relevé une surmortalité de +15%. Il faut rappeler qu’en période de canicule avérée, toute augmentation de +1°C de la température nocturne entraîne un doublement du risque de surmorbidité des populations vulnérables. Les symptômes sont multiples : perturbation du repos nocturne (sommeil dégradé, insomnie), déshydratation, maux de tête, crampes, épuisement, malaises et pertes de conscience, peau sèche, etc. Ils sont aggravés en l’absence de vent, lorsque le taux d’humidité est élevé, en présence de pollution atmosphérique et par l’Îlot de Chaleur Urbain. Les personnes à risques sont les bébés et enfants de moins de 5 ans, les personnes âgées ou en perte d’autonomie, les personnes souffrant de maladies chroniques, les femmes enceintes, les personnes à la rue, les personnes qui travaillent à l’extérieur et exercent un métier exigeant physiquement, et celles qui n’ont pas accès à des lieux frais – du fait d’une mauvaise isolation de leur logement, si elles vivent à la rue, etc. Ces risques sanitaires sont accentués par d’autres nuisances aggravées par les canicules, comme la pollution de l’air. » Ainsi le public potentiellement atteint est large et les symptômes multiples. C’est donc un événement à prendre en compte dans la stratégie sanitaire d’une ville ou d’un pays.

Ville de Paris, « Face à l’urgence climatique et aux pics de chaleur, Paris déploie sa stratégie de “rafraîchissement urbain” », 2019.

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Selon le document de l’Agence Parisienne du Climat (APC)22, « Au cours du 21ème siècle, les vagues de chaleur seront de plus en plus fréquentes, longues et intenses en France. En juin, juillet, août, les projections climatiques réalisées par les climatologues de Météo-France à Paris indiquent une hausse des températures moyennes comprises entre 1,0 et 5,3 °C. Le nombre de journées annuelles avec une température maximale supérieure à 25 °C devrait passer de 59 à 109, contre 49 jours actuellement. Le nombre de jours de canicule devrait atteindre 3 à 26 jours par an, au lieu d’un jour en moyenne actuellement. Le territoire parisien, déjà plus sensible aux événements extrêmes que les communes rurales, devra faire face à une amplification de l’inconfort thermique en raison de son îlot de chaleur urbain particulièrement intense en période de fortes chaleurs. Cette perspective d’un nouveau contexte climatique incite à l’adaptation et à la mise en œuvre de solutions de thermorégulation pouvant influencer l’intensité des ICU. »

Une canicule23 se caractérise par plusieurs jours de fortes chaleurs la journée (plus de 35°C en général) et des températures nocturnes fortes (plus de 20°C), le seuil pouvant varier selon les départements. Comme le dit l’APC*, celles-ci seront plus longues, intenses et fréquentes. On peut donc craindre des effets beaucoup plus délétères que ce qui a déjà pu être enregistré, ce qui renforce l’urgence de prendre en compte ce phénomène.

Agence Parisienne du Climat & Météo France, « L’îlot de chaleur urbain ». « A partir de quelles températures peut-on parler de canicule ? », Le Monde.fr, 21 juin 2019, https://www.lemonde.fr/les-decodeurs/article/2019/06/21/a-quelles-temperatures-peut-on-parler-decanicule_5479799_4355770.html. 23

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Figure 13 : Température moyenne à Paris, relevé et estimation (APC et Méteo France)

Concernant la canicule de 2003 en France, selon une étude européenne coordonnée par l’INSERM24, il est noté : « Other things being equal, people living in cities are likely to be at higher risk than rural dwellers because of the urban heat island effect, but this issue has not been systematically studied. For example, Athens is often 5 °C hotter than surrounding countryside in the summer months. Excess mortality observed in France ranged from +4% in Lille to +142% in Paris, suggesting that either heat gain by city buildings or traffic patterns may influence it.” Soit en français, « toute chose égale par ailleurs, les personnes vivant dans les villes ont plus de risques que les ruraux à cause de l’effet d’îlot de chaleur urbain, mais cette problématique n’a pas été systématiquement étudiée. Par exemple, Athènes est souvent 5°C plus chaude que sa campagne environnante les mois d’été. La surmortalité observée en France va de +4% à Lille jusqu’à +142% à Paris, suggérant que le gain de chaleur par les bâtiments de la ville ou les modèles de circulation peuvent l'influencer. »

EuroHEAT & INSERM, « Improving Public Health Responses to Extreme Weather/ Heat-Waves – EuroHEAT ».

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Ainsi, les gens vivant dans les villes sont susceptibles d’avoir un plus grand risque que les ruraux à cause de l’effet d’îlot de chaleur urbain. La mortalité excessive en France dans les mois d’été, où on cumule canicule, effet d’ICU et pollution, peut monter jusqu’à +142% à Paris ! Par ailleurs, l’étude estime le nombre de morts en 2003 en France dû à la canicule à 19 490 morts (« France and Italy thus cumulated the same excess mortality in summer 2003 - +19 490 and +20 089 deaths, respectively »).

Figure 14 : évolution journalière du nombre de décès en France en août 2003, (INED)

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Figure 15 : décès des mois de juillet et août en France, de 1946 à 2006, par l'INED

Ces deux graphiques montrent le pic de décès en France à l’été 2003, comparé aux mois et années précédentes. Selon l’INED*25, le nombre de morts en août 2003 a été bien supérieur à la normale. En particulier, lorsqu’on compare juillet et août 2003 par rapport aux autres années, on constate un pic net lors cette année-là, dû à la canicule. Si elle ne fait pas que des morts, les fortes chaleurs provoquent des hyperthermies, un repos nocturne empêché ou dégradé et donc une plus grande fatigue et usure du corps. Ce qui est par ailleurs aggravé par la pollution, elle-même accentuée par la chaleur, un véritable cercle vicieux. Ces événements et morts ne sont pas limités à la France. Ainsi, selon le rapport de l’organisme suisse OFEV26, « les nuits et les jours tropicaux sont préjudiciables à la santé de la population citadine. Pendant les vagues de chaleur, le risque de décès dû notamment aux maladies cardiovasculaires augmente sensiblement. En Suisse, plusieurs centaines de personnes sont ainsi décédées des suites des fortes températures au cours des étés 2003 et 2015. Il s’agissait surtout de personnes âgées en milieu urbain ». C’est donc une problématique à l’échelle européenne voire mondiale.

INED, « La canicule d’août 2003 en France, fiche pédagogique », 2004, https://www.ined.fr/fichier/s_rubrique/258/canicule.fr.pdf. 26 OFEV, « Quand la ville surchauffe, Bases pour un développement urbain adapté aux changements climatiques », Climat (OFEV, Office Fédéral de l’Environnement, 2018).

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Il faut rappeler que le ressenti humain et ses conditions de vie sont tributaires de deux grandeurs particulières : la température et l’humidité de l’air. On considère que la zone de confort thermique pour un être humain est comprise entre 20 et 27 °C avec un taux d’humidité optimal allant de 35 à 60 %. Au-delà, on bascule en inconfort voire en danger, comme le montre le graphique de l’indice de chaleur ci-dessous. Il se lit en croisant la température de l’air en abscisse avec l’humidité relative de l’air en ordonnée. Cela donne l’indice de chaleur, en degré Celsius, et le risque associé. Par exemple, pour une température de 31°C, avec une humidité relative de 55%, l’indice de chaleur est de 34°C, soit un risque important, qui peut entraîner un coup de soleil, des crampes musculaires et un épuisement physique.

Figure 16 : Indice de chaleur (lamédecinedusport.com)

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La température corporelle, d’environ 37 °C, est maintenue grâce aux apports de calories apportés par la nourriture et aux échanges de chaleur avec l’environnement immédiat selon plusieurs mécanismes. D’une part les trois mécanismes de transferts de chaleur, à savoir la convection*, la conduction* et le rayonnement* permettent de favoriser les échanges entre la peau et l’air, par contact ou par rayonnement naturel. D’autre part via la transpiration, le corps humain peut perdre de la chaleur par évaporation de sueur. Ce dernier mécanisme plus efficace lorsque l’humidité relative est faible, puisque l’humidité superficielle du corps (la sueur) est absorbée par l’air ambiant.

Figure 17 : paramètres du ressenti thermique (ADEME)

L’interprétation du confort thermique varie d’une personne à l’autre selon divers paramètres individuels physiologiques et physiques. On peut ainsi citer la température de l’air, l’humidité relative, la vitesse du vent, les radiations (du soleil et des parois), le niveau d’activité, la facilité d’adaptation physiologique et psychologique à la chaleur, le type de vêtements porté et la transpiration, comme le résume le graphique de l’ADEME*. Ce grand nombre de facteurs complique l’objectivisation du ressenti thermique. Des indicateurs scientifiques ont été conçus27, comme l’indice de vote moyen prévisible* (ou PMV) qui donne l’avis moyen d’un groupe important de personnes qui exprimeraient un vote de sensation de

« Confort thermique : généralité », Energie Plus Le Site (blog), 25 septembre 2007, https://energiepluslesite.be/theories/confort11/le-confort-thermique-d1/.

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confort thermique, qui peut être cumulé avec le pourcentage prévisible d’insatisfaits* (ou PPD). Ce dernier donne, en fonction de l’indice PMV, le pourcentage de personnes insatisfaites par rapport à une situation thermique donnée. Ces paramètres peuvent donc permettre de caractériser les situations de stress thermiques, amenées à être plus fréquentes, et de mettre en place des actions correctives.

1.3.2 Impacts et enjeux environnementaux En plus des impacts sanitaires et de confort, l’effet ICU provoque aussi des problèmes environnementaux. Détérioration de la qualité de l’air extérieur Comme le dit Mélissa GIGUERE dans sa thèse sur les mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains28, « les îlots de chaleur urbains contribuent à la formation du smog », autrement appelé brouillard de particules. Celui-ci est composé de « particules fines et d’ozone troposphérique, et 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)) ». Autrement dit, plus il y a de trafic routier les jours de fortes chaleurs et plus il y a de polluants dans l’air, nocifs pour notre santé, ce qui est résumé dans le graphe suivant de Patrick STELLA29 (docteur en Sciences de l’Environnement, Maitre de conférences à AgroParisTech). Par ailleurs, la pollution est un facteur aggravant, avec les fortes chaleurs, on a vu que cela avait un fort impact sanitaire.

Mélanie GIGUERE, « Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains » (Québec (Canada): Institut National de Santé Publique du Québec, juillet 2009), https://www.inspq.qc.ca/publications/988. 29 « SADAPT UMR INRAE Agroparistech - Patrick Stella », consulté le 7 août 2020, https://www6.versaillesgrignon.inrae.fr/sadapt/Les-Equipes/Agricultures-Urbaines/Membres/I/Patrick-Stella.

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Figure 18 : enjeux environnementaux (P.STELLA)

Détérioration de la qualité de l’air intérieur Une augmentation de la chaleur implique également une baisse de la qualité de l’air intérieur. En effet, nombre de moisissures ou micro-organismes comme les acariens se reproduisent plus facilement lorsque la température augmente. Alors que selon l’INSERM30 entre 25% et 30% de la population est allergique à au moins un élément, ce phénomène renforce une dynamique en cours. De plus, certaines substances toxiques comme les formaldéhydes (présent dans les colles des meubles) ont tendance à se libérer plus fortement avec une hausse de la température. Ajouté au réchauffement climatique qui amplifie et allonge les durées de pollinisation, on a là un cocktail détonnant. Hausse de la demande en énergie Les besoins de rafraîchissement de l’air intérieur et de réfrigération via la ventilation ou la climatisation entraînent une hausse de la demande en énergie. Or en France, toute demande électrique de pointe engendre des émissions de gaz à effet de serre dû à la mise en route de production fossiles (gaz, charbon). Cela impacte évidemment l’environnement. Hausse de la demande en eau potable En raison des îlots de chaleur, une hausse de la demande en eau potable pour s’hydrater ou arroser les cultures et les aménagements végétalisés est très probable. Connaissant les difficultés actuelles lors des vagues de chaleur, on ne peut que s’inquiéter d’une augmentation de la demande d’eau. Pour rappel, en juillet 2019, soixante-neuf 30

« Allergies », Inserm - La science pour la santé, consulté le 7 août 2020, https://www.inserm.fr/informationen-sante/dossiers-information/allergies.

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départements français étaient en état d’alerte ou de crise à cause de la sécheresse estivale 31 selon Le Parisien.

1.3.3 Impacts et Enjeux économiques Une augmentation de température en ville implique aussi un coût économique. Que ce soit par une hausse de la demande en énergie, ou bien par une réorganisation, un ralentissement voire une coupure des activités économiques (le BTP notamment), ce coût est réel mais encore mal quantifié. Un rapport du Sénat concernant la canicule de 200332 montre que de fortes températures impliquent une baisse de la consommation des ménages (de 2,7% sur les produits manufacturés au niveau national), vecteur principal de l’économie française. Toutefois, il est difficile d’établir un lien linéaire entre canicule et îlot de chaleur urbain car les phénomènes diffèrent. Enfin, les complications de santé abordées dans les impacts sanitaires impliquent une prise en charge plus fréquente et donc un coût pour les hôpitaux et services de santé publiques plus important.

Figure 19 : coût économique estimé de la canicule de 2003 en France (Carbone4)

Comme le montre le graphique de la société de conseil Carbone 4, la canicule de 2003 avec ses fortes chaleurs ont eu un impact économique important. Si on ne peut extrapoler strictement à l’effet îlot de chaleur urbain, certains secteurs d’activités pâtissent des chaleurs 31

Christophe GOUDAILLER, « La sécheresse s’étend, 61 départements en alerte ou en crise », leparisien.fr, 16 juillet 2019, https://www.leparisien.fr/societe/la-secheresse-s-etend-61-departements-en-alerte-ou-en-crise16-07-2019-8117781.php. 32 « La France et les Français face à la canicule : les leçons d’une crise », consulté le 7 août 2020, https://www.senat.fr/rap/r03-195/r03-19510.html.

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de la même façon : une hausse de la consommation d’électricité et une potentielle baisse des achats en centre-ville à cause de la chaleur.

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2 - MESURES DE LUTTE CONTRE LES ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS Le phénomène d’îlot de chaleur urbain est lié à la conjonction de plusieurs facteurs. Son atténuation fait donc appel à une multitude d’acteurs : public et privé, concepteurs ou décideurs de la Ville (architectes, urbanistes, promoteurs, services de l’urbanisme municipaux), habitants et entreprises. C’est aussi une multitude d’échelles et de territoires à faire converger : villes rurales et métropoles, régions et intercommunalités… Autant de possibilités de désaccords et de complexité dans l’action à mener ! Pourtant, ce chapitre cherche à montrer que de nombreuses solutions existent à chaque niveau. Cumulées et pensées ensemble, elles peuvent efficacement réduire cette chaleur urbaine. Que ce soit des changements structurels, dans notre façon de construire ou de vivre la ville, que des techniques simples, comme la peinture, jusqu’à la réintroduction de l’eau et la multiplication du végétal en ville. En outre, ces mesures comportent d’autres bénéfices, notamment la réduction de la demande en énergie, la diminution de la pollution de l’eau et de l’air, y compris des émissions de gaz à effet de serre. De l’échelle urbaine au choix d’un matériau, contrer les îlots de chaleur urbains est un travail de longue haleine et un fil rouge à tenir tout au long des choix qui s’imposent aux concepteurs, constructeurs et habitants de la ville.

2.1 Un urbanisme repensé 2.1.1 Densité versus étalement urbain L’urbanisme actuel travaille sur le zonage (un parc d’activités, des logements, des bureaux…), sur la densité (pavillonnaire, immeubles collectifs, tours…) et sur les hauteurs associées (plain-pied, IGH…). On a pu voir qu’un des facteurs majeurs de l’ICU est la morphologie de la ville et un de ses paramètres la densité. Si la densité est généralement mal vue par les urbains car synonyme de faible qualité de vie, elle peut également favoriser le phénomène d’îlot de chaleur urbain par une concentration des hommes et des activités. A première vue, on pourrait donc la considérer 45

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comme problématique. Son phénomène inverse, l’étalement urbain, s’il peut paraître comme une solution en étalant la ville et diminuant la concentration de chaleur, engendre lui aussi des effets majeurs. Parmi eux, l’artificialisation et l’imperméabilisation des sols, qui ne peuvent plus réduire la chaleur via la végétation par exemple. Par ailleurs, c’est par définition une extension de la taille de la ville et donc potentiellement du phénomène d’ICU… Trancher entre densité ou étalement est un dilemme cornélien. Au vu des enjeux connexes de lutte contre le réchauffement climatique, il paraît peu judicieux de continuer à artificialiser excessivement les sols, qui stockent facilement du carbone. Pour autant, l’augmentation de la démographie oblige à trouver de nouveaux logements et espaces d’activités, pour les entreprises et les loisirs. Il s’agit donc de retravailler le tissu urbain actuel au maximum, en réinvestissant toutes les friches industrielles ou économiques, comme les parcs d’activités artisanaux, les zones industrielles ou commerciales. Favoriser les démarches de type BIMBY* et l’utilisation des espaces habitables non utilisés en ville, les fameux 3 à 5 mètres de retrait autour des pavillons par exemple, sont aussi un moyen de « refaire la ville sur la ville ». Ceci en ayant une stratégie globale par chaque municipalité sur les respirations végétales et aquatiques. Il ne s’agit pas de bétonner toute la ville, mais d’éviter le gaspillage d’espaces constructibles, via un travail fin du bâti, en ayant à proximité des espaces identifiés de verdures et de détente. S’il est facile de le dire, il est plus difficile de le faire advenir. Les acteurs majeurs de ce changement sont les élus locaux et les habitants. Il est donc nécessaire que les édiles se saisissent des outils d’urbanisme à leur disposition (PLUI*, SCOT*, PCAET*…) pour établir une vision de long terme avec leur population, en s’aidant des structures publiques à leur disposition (CAUE*, CEREMA*, CDC*) pour imaginer et financer ces projets.

2.1.2 La ville éolienne L’une des solutions pour enrayer la chaleur excessive en ville consiste à travailler avec les vents dominants de la ville. A savoir, favoriser la circulation du vent l’été, afin de rafraîchir le tissu urbain. L’objectif est de concevoir un « urbanisme éolien », c’est-à-dire de favoriser la ventilation naturelle dans la ville, comme l’indique Antoine PERRAU, dans un article du site La

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Conversation33. L’exemple donné est celui d’un quartier, la ZAC la Possession, à La Réunion. Ce dernier a fait l’objet d’une « stratégie aéroclimatique », avec des typologies définies de bâtiments et de hauteurs. L’urbanisme est adapté en implantant « les bâtiments en décalage les uns par rapport aux autres selon la direction des vents, afin d’éviter ce que l’on appelle les effets de masque, lorsqu’un bâtiment tiers vient « protéger » du vent le bâtiment considéré et donc empêcher sa ventilation ». Ces études et ces choix ont permis à la fin « d’obtenir un confort thermique sans recours à la climatisation », ce qui est rare en climat tropical. Il est à noter toutefois que toutes les solutions n’ont pas été jugées satisfaisantes et l’auteur encourage « les architectes d’intégrer l’ingénierie aéraulique dès la genèse de leurs projets ». Cette solution est déjà mise en pratique dans d’autres pays. Ainsi, selon le magazine L’environnement34, « La Ville de Bâle s’est dotée de recommandations de planification en ce sens, qui reposent sur une analyse climatique de la région bâloise (KABA) élaborée par l’Université de Bâle et le canton ». De même la ville de Sion35, en ce qui concerne l’aération, imagine imposer une « longueur maximale de façade afin d’éviter que de trop longues barres obstruent la ventilation naturelle de la ville ». Utiliser le vent comme atout pour rafraîchir la ville est donc une solution peu coûteuse mais qu’il faut anticiper longuement à l’avance ou via des dispositifs adaptés, comme les tours à vent utilisées au Maghreb.

2.1.3 Mixité d’usages & solidarité énergétique A l’échelle du quartier, l’une des possibilités est de favoriser la mixité d’usages. En rassemblant en un seul endroit le travail et l’habitat, cela évite de nombreux trajets et donc la pollution et la chaleur associées à la mobilité. Par ailleurs, cela permet d’entreprendre une solidarité énergétique entre les différents usages. Ainsi dans un même bâtiment rassemblant des bureaux et des logements, la partie bureaux, souvent en excédent de chaleur à cause des appareils numériques en journée, peut céder sa chaleur aux logements, pour qu’ils soient

« Contre la clim, concevoir des “villes éoliennes” en zone tropicale », consulté le 21 août 2020, https://theconversation-com.cdn.ampproject.org/c/s/theconversation.com/amp/contre-la-clim-concevoir-desvilles-eoliennes-en-zone-tropicale-132483. 34 Hansjakob Baumgartner, « Réchauffement climatique, Rafraîchir les villes en été », L’environnement (magazine), no 2 (2019): 44‑47. 35 « Chaleur en ville, Du vert plutôt que du gris », L’environnement (magazine), Adaptation aux changements climatiques, 3 (2017): 14‑17.

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chauffés en fin de journée dès le retour de ses habitants. Cela permet à chaque usage de faire des économies grâce au décalage horaire des différents besoins.

2.1.4 Une nouvelle relation Ville-Campagne ? La ville surchauffe, la campagne respire. La ville est surpeuplée, la campagne se dévitalise. Ces expressions paradoxales, souvent entendues, montrent l’opportunité de revoir les relations entre ces deux parties. Au même titre que la solidarité énergétique, un meilleur échange entre ces deux types de territoire permettrait des synergies. On peut imaginer une certaine revitalisation de la campagne avec des urbains dans des villages en manque de citoyens qui télétravaillent, afin de déconcentrer les grandes villes. Suite à la Covid-19, on enregistre déjà un mouvement vers des villes moyennes qui étaient en déclin 36.

2.1.5 Des bâtiments performants Dernier changement global, la question de la performance des bâtiments. Performance dans le sens de l’efficacité énergétique mais également de la qualité des matériaux employés. C’est également savoir prendre en compte les contraintes du terrain, et ses atouts climatiques. Conception bioclimatique Largement abordée, la conception bioclimatique permet de faire une bonne partie du chemin vers la sobriété et l’efficience énergétique. Un bâtiment bioclimatiquement conçu, c’est un bâtiment qui s’établit avec son site, qui transforme les contraintes apparentes en atouts. Plutôt que de plaquer un plan standard, il tient compte du type de sol sur lequel il se pose, de l’ensoleillement, mais également des vents dominants. Ceci afin de profiter un maximum des apports solaires gratuits, pouvant éviter la mise en place d’un système de chauffage central coûteux, de se rafraîchir avec le vent ou le sol (géothermie). Un bâtiment qui se rafraîchit grâce à son milieu, c’est un bâtiment qui n’utilisera pas de climatisation et donc ne rejettera pas de chaud vers l’extérieur ni ne consommera d’électricité. C’est

« Face au Covid-19, ces citadins qui font le choix de la campagne », Les Echos, 16 octobre 2020, https://www.lesechos.fr/weekend/perso/face-au-covid-19-ces-citadins-qui-font-le-choix-de-la-campagne1256218.

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également un bâtiment qui évite d’avoir des équipements de chauffage menant à une déperdition thermique vers l’extérieur inévitable. Performance de l’enveloppe thermique Si la conception bioclimatique est facile hors de la ville sur un terrain vierge, elle ne permet pas toujours d’arriver à se chauffer ou se refroidir facilement en ville, là où les contraintes sont plus fortes (densité de bâti, masques solaires…). La performance de l’enveloppe est donc primordiale en complément. Cet axe regroupe l’isolation du bâti, son étanchéité et la gestion de l’hygrothermie. Aujourd’hui nous savons construire des bâtiments qui peuvent se passer de chauffage central, ce sont les bâtiments dits « passifs ». Ils peuvent même produire plus d’énergie qu’ils n’en consomment grâce au photovoltaïque ou la cogénération, ce sont les bâtiments dits « positifs ». Pour y arriver, il faut en général une isolation thermique importante. Selon l’association La Maison Passive37, les parois opaques doivent avoir une résistance thermique d’au moins 6,66 m².K/W, soit pour un isolant standard (conductivité thermique de 0,04 W/m.K) une épaisseur d’au moins 26 cm. Par ailleurs, avoir une bonne isolation des parois ne suffit pas, il faut également éviter d’avoir des ponts thermiques. Ce sont des endroits où l’isolation n’est pas continue (deux surfaces différentes, jonction mur-toit ou mur-fenêtre). En effet, plus l’isolation globale est importante et plus les ponts thermiques sont responsables des déperditions. L’isolation extérieure permet de s’affranchir de certaines jonctions et est donc recommandée dans ce cas. Enfin, pour garder une température d’équilibre en toute saison, il faut que le bâtiment ait une certaine inertie. Celle-ci permet de conserver la fraîcheur ou la chaleur (en été ou en hiver) et donc de moins consommer ou d’éviter le recours à la climatisation. Ceci est réalisable avec des parois lourdes (béton, terre, matériaux à changement de phase). La gestion de l’hygrométrie pose la question des matériaux mis en œuvre. Ce paramètre influence grandement le confort thermique, qui est principalement la conjonction de la température et de l’humidité relative de l’air dans le bâtiment. L’homme par son métabolisme expire de la vapeur d’eau, tandis que les activités ménagères (vaisselle, linge à

« La Maison Passive Les critères techniques », consulté le 25 août 2020, https://www.lamaisonpassive.fr/laconstruction-passive/les-criteres-techniques/.

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sécher, douche…) rejettent elles aussi quantité de vapeur d’eau. Les matériaux dits perspirants peuvent emmagasiner de la vapeur d’eau sans se dégrader et la relâcher plus tard ou l’évacuer vers l’extérieur. On peut citer la terre (crue ou en brique), le bois et les isolants en fibres naturelles (lin, chanvre, bois). A l’inverse, les matériaux étanches comme le béton ne permettent pas le passage de la vapeur d’eau, qui sans ventilation, reste dans la maison et provoque un inconfort et potentiellement des dégradations du bâti (moisissures). Ventilation naturelle L’un des moyens pratiques de réduire la chaleur et la vapeur d’eau excessives est la ventilation. Si la différence de température entre deux locaux ou milieux est importante (plusieurs degrés d’écart), un mouvement d’air se met en place, permettant une ventilation naturelle, sans machinerie. Comme le note l’APUR38, il est possible de modifier les cours intérieures des îlots urbains pour permettre une ventilation naturelle en s’aidant du différentiel entre la cour intérieure plantée et la rue (sur)chauffée.

Figure 20 : ventilation naturelle dans un îlot parisien bâti (APUR, cahier 1)

APUR (Atelier Parisien d’urbanisme), « Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier 1 ».

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Par ailleurs, la ventilation naturelle fait l’objet d’études et d’expérimentations dans les logements neufs. Un exemple avec l’agence Philippe MADEC, qui a conçu avec le bureau d’étude TRIBU des logements équipés d’une « ventilation naturelle assistée et contrôlée »39 à Saint Nazaire.

Figure 21 : sorties de ventilation naturelle assistée contrôlée, hautes en couleur (S. CHALMEAU)

Il est à noter qu’en France, un débit minimum est exigé à tout instant, ce qui réduit la possibilité d’installer une ventilation naturelle, qui compose avec le vent et le tirage thermique, par nature changeants. Enfin un dernier élément passif peut fournir un air rafraîchi, il s’agit du puits canadien ou provençal. Il s’agit de mettre en place un tuyau à une profondeur de 1 à 2 m dans le sol, qui a une température relativement constante tout au long de l’année de 12°C à 14°C. Une entrée d’air à l’extérieur du bâtiment, long de plusieurs dizaines de mètres, aspire l’air et ce dernier se rafraîchit par contact avec le sol et arrive dans la maison avec un différentiel de température pouvant atteindre 10°C en été, sans aucune consommation d’électricité. Ainsi l’air intérieur, comme dans le schéma ci-dessous est renouvelé avec un air neuf plus frais.

« Vent nouveau sur la ventilation naturelle », 17 novembre 2011, https://www.lemoniteur.fr/article/ventnouveau-sur-la-ventilation-naturelle.1020294.

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Figure 22 : schéma simplifié du puits canadien (Energieplus.com)

Il est possible également de faire appel à la fraîcheur du sol via la géothermie (échangeur eau-eau ou via la nappe phréatique), en utilisant toutefois un compresseur et donc de l’électricité dans la pompe à chaleur. Ventilation mécanique En plus du puits canadien, il est possible d’y coupler une ventilation mécanique double flux. Celle-ci permet de prendre l’air frais du puits canadien et de l’intégrer avec l’air vicié de la maison en échangeant sa fraîcheur via un échangeur (si celui-ci est plus frais que l’air extérieur en sortie du puits canadien), permettant de garder un air rafraîchi tout en renouvelant l’air. C’est un moyen efficace de conserver la fraîcheur de la maison, mais cela consomme de l’électricité pour aspirer l’air. La ventilation simple flux, quant à elle, ne permet pas de rafraîchir le logement car elle ne fait qu’extraire l’air intérieur vicié et introduit de façon non contrôlé l’air chaud extérieur sans traitement thermique. Les protections solaires Moyens extrêmement simples d’utilisation et peu coûteux, les protections solaires permettent de bloquer l’entrée du rayonnement solaire estival, tout en laissant entrer la lumière (contrairement aux protections intérieures). On peut distinguer les protections fixes de celles mobiles. La première catégorie regroupe les casquettes solaires positionnées audessus des surfaces vitrées, protégeant du rayonnement direct dans le logement mais conservant la vue, ou bien des protections apposées directement devant la surface vitrée. Les 52

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protections mobiles se composent de volets, brise-soleils orientables et amovibles, stores… Il est à noter que le recours aux brise-soleils fixes demande un dimensionnement précis afin de ne pas perdre les bénéfices de l’ensoleillement en saison hivernale (le soleil étant plus bas l’hiver qu’en été en France). Système de rafraîchissement actif Lié à un système de production de froid, idéalement renouvelable (géothermie ou par un système à absorption), le rafraîchissement par rayonnement est composé de conduites d'eau fraîche (de l’ordre de 19 °C) servant à diffuser de la fraîcheur par des panneaux muraux ou de plafond. On peut également faire passer des tuyaux d’eau froide dans les planchers s’ils sont prévus dès la conception (dalle active). Attention, la température au sein du système ne peut être inférieur à la température de condensation de l’air ambiant, au risque d’avoir de l’eau condensée sur les surfaces. La Maison de la Région à Strasbourg utilise par exemple un système de rafraîchissement par rayonnement grâce à l’eau fraîche de la nappe souterraine.

2.2 Albédo et matériaux, un nouveau paradigme Les matériaux utilisés pour la voirie répondent actuellement à la logique du prix et de l’usage. En général, les collectivités cherchent le coût immédiat le moins cher, oubliant par la même que c’est avec le coût global (investissement, maintenance et coûts annexes) que l’on peut comparer efficacement les matériaux et méthodes entre elles. Lutter contre l’effet d’îlot de chaleur implique de revoir ces critères court-termistes, de prioriser les matériaux à fort albédo et de revoir le revêtement des sols, un nouveau paradigme en quelque sorte.

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2.2.1 Augmenter l’albédo Choisir le bon matériau au bon endroit Plus un matériau a une réflectivité élevée, moins il risque d’emmagasiner de la chaleur et de la diffuser dans l’environnement urbain.

Figure 23 : différents albédos dans la rue (COLOMBERT)

L’albédo varie selon les matériaux et la couleur. Il importe donc pour chaque usage de choisir le matériau ayant le plus haut albédo possible. Attention toutefois à ne pas choisir que des matériaux « ultra-réfléchissants » à très hauts albédos en toute circonstance, comme les façades en panneaux inox. En effet, selon l’APUR40, ils « éblouissent totalement le piéton mais aussi le réchauffe avec deux fois plus de radiations solaires ». Il faut donc faire attention à l’emplacement de ce type de matériaux et leur usage. Comme on le voit sur la figure ci-dessus, on privilégiera pour les toitures la tuile au goudron sur les toits, puisque ce dernier a un albédo maximal deux fois plus faible que la tuile. Pour la route, l’usage d’un béton clair est préférable à l’asphalte, avec un albédo maximal presque deux fois plus important (0,35 contre 0,20). C’est d’ailleurs ce qui a été réalisé dans la figure ci-dessous à Nieul-sur-l’Autise (Vendée), où les places de stationnement ont un sol en béton désactivé clair comme les cheminements, qui plus est arborés pour faire de l’ombre.

APUR, « Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier 2 », mai 2014.

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Seule la bande de roulement est en asphalte foncé. Par ailleurs, comme le note Mélanie GIGUERE dans sa thèse41, une étude du Heat Island Group a estimé que l’installation de pavés à hauts albédos combinée à une stratégie de végétalisation pouvait réduire la température ambiante de la ville de Los Angeles de 0,6 °C.

Figure 24 : parking dans le centre de Nieul-sur-l'Autise en Vendée

Peindre en blanc Une autre façon d’augmenter l’albédo sans changer de matériau, c’est de repeindre en blanc la surface dudit matériau. Peindre en blanc permet de renvoyer plus de rayonnement vers l’atmosphère et donc éviter de capter la lumière et la chaleur associée. Selon un article sur les conséquences des fortes températures pour les rails de la SNCF 42, « une étude de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich a en effet montré que peints en couleurs claires, ils sont jusqu'à 7°C moins chauds ». Ainsi, « les compagnies autrichienne, suisse, allemande et maintenant belge se demandent s'il ne serait pas pertinent de peindre les rails en blanc ». On peut faire de même avec les toitures, en recouvrant le traditionnel toit avec son étanchéité sombre absorbant la lumière (et la chaleur) par une couche de peinture blanche. L’exemple est donné à Los Angeles, où d‘après le magazine L’environnement43, « selon l’agence américaine de protection de l’environnement (EPA), la diminution de la température dans une

GIGUERE, « Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains ». « Clim, trains ralentis et bouteilles d’eau... Le plan de la SNCF face à la canicule », Boursorama, 7 août 2020, https://www.boursorama.com/actualites/clim-trains-ralentis-et-bouteilles-d-eau-le-plan-de-la-sncf-face-a-lacanicule-434c6731e0529020e1d17270645668e8. 43 Baumgartner, « Réchauffement climatique, Rafraîchir les villes en été ». 42

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ville pourrait atteindre 0,6 °C si 35 % des rues étaient recouvertes d’un revêtement réfléchissant. Idem pour les routes, selon Lionel TUDISCO44, urbaniste à la ville de Sion (Suisse), « une route noire emmagasine au moins quatre fois plus de chaleur qu’une route blanche », ainsi il vaut mieux privilégier des matériaux plus clairs ou avec une moindre capacité de stockage de la chaleur.

2.2.2 Des matériaux adaptés Réduire la capacité thermique des matériaux On peut chercher à réduire la capacité thermique des matériaux, ou choisir des matériaux qui ne retiennent pas la chaleur. Par exemple, l’asphalte a une capacité thermique massique moyenne de 1020 J/K/kg, contre 880 J/K/kg pour le béton et 790 J/K/kg pour le granit45. Pour du stationnement, on peut donc privilégier des dalles en granit à l’asphalte par exemple, soit une réduction de la capacité thermique de 22%. Une autre façon de réduire cette capacité thermique, c’est de réduire l’épaisseur de matériau employé et donc de réduire le ‘réservoir de chaleur’ associé. La limite dans ce cas est de ne pas avoir un matériau qui fissure s’il est trop fin. Les gravillons semblent donc plus appropriés qu’un dallage épais de 20 cm. Ombrage urbain Enfin, une façon simple de réduire la chaleur emmagasinée par les matériaux, c’est d’éviter que le rayonnement solaire atteigne le matériau et donc mettre en place des solutions de protections solaires. Comme pour les bâtiments et les personnes, l’ombrage permet aux matériaux de se protéger en partie du rayonnement solaire direct. On peut opter pour des solutions fixes, avec des voiles d’ombrage ou des solutions végétales avec des arbres d’alignement. Comme on le voit sur la figure ci-dessous, l’impact de l’ombrage végétal est flagrant, avec une diminution de près de 20°C de température de surface, soit une réduction de 35%.

« Chaleur en ville, Du vert plutôt que du gris ». « Capacité thermique massique », in Wikipédia, 25 mai 2020, https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Capacit%C3%A9_thermique_massique&oldid=171295191. 45

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Figure 25 : impact de l'ombrage végétal sur le sol (OFEV)

2.3 Chaleur humaine : plus dans les cœurs, moins dans la ville 2.3.1 Sobriété : interroger l’usage Éclairage artificiel et lumière naturelle L’éclairage artificiel dans les bâtiments et dans la ville participe aux apports de chaleur. Le premier moyen d’éviter cela c’est de ne pas recourir à la lumière artificielle et d’utiliser au maximum celle naturelle. C’est à la fois une question d’organisation des espaces de travail (orientés vers les façades) et une conception des bâtiments à revoir. L’autre façon est de corréler l’utilisation de la lumière artificielle à un usage réel, par le biais de capteur de présence par exemple. C’est aussi de n’allumer que ce qui est nécessaire. De façon évidente, mais pas toujours effectué, il vaut mieux allumer deux lampes de bureau plutôt que tous les plafonniers si seulement 2 personnes travaillent dans un grand open-space lors de moments de faible luminosité naturelle. C’est aussi d’éteindre les lumières lorsque plus personne n’est dans les locaux. En effet, il n’est pas rare de voir le soir dans des bureaux ou des vitrines des éclairages allumées sans personne dedans y travaillant. Par ailleurs, un arrêté de 2012 oblige (sauf exception)

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d’éteindre les enseignes lumineuses entre 1h et 6h le matin, ce qui fait autant de chaleur dégagée en moins. Systèmes actifs contrôlés Travailler sur la sobriété, c’est aussi coller aux usages. Là aussi, de gros progrès restent à faire pour faire en sorte que les systèmes de chauffage, refroidissement et de ventilation ne soient utilisés que lorsque du personnel ou des habitants sont dans les bâtiments. Il suffit pour cela de mettre des thermostats préenregistrant les heures de fonctionnement ou bien de coupler les systèmes à des détecteurs de présence.

2.3.2 Efficacité énergétique : la chasse au rendement Les lampes halogènes et à incandescence utilisées jusqu’à la fin des années 2000 produisaient beaucoup de chaleur puisque seulement 5% de leur énergie servait à éclairer, le reste était absorbé par les parois et matériaux environnants. L’utilisation de lampes fluocompactes, cinq fois plus efficaces, puis de diodes électroluminescentes (ou LED), dix fois plus efficace, ont permis de faire un pas gigantesque en efficacité énergétique. Cela permet de limiter les apports internes de chaleur, de limiter les coûts d’exploitation et au final de contribuer à baisser la chaleur anthropique. D’autre systèmes font l’objet d’amélioration continue du rendement, comme les centrales de traitement d’air et en particulier les échangeurs, où le rendement moyen peut désormais atteindre 85% contre 60% il y a encore quelques années. C’est autant de chauffage par un système dédié évité.

2.3.3 Mobilités : réduire, changer et diversifier Restreindre l’accès des véhicules automobiles et poids lourds au centre-ville Corollaire de la mixité d’usage, une des solutions envisageables afin de garantir plus de fraîcheur dans les milieux urbains est d’y limiter l’accès et la circulation des véhicules thermiques. En effet, le rendement des moteurs à combustion est faible, de l’ordre de 35% à 40%, ce qui signifie que la majorité de l’énergie lors du processus de combustion est évacuée en chaleur dans la ville. Ces restrictions sont possibles par le contrôle du flux de véhicules via des règlements de circulation ou par des péages urbains par exemple. On peut également travailler sur l’augmentation des coûts de stationnement en ville comme effectué à 58

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Strasbourg, conjugué à l’aménagement de parkings-relais près des terminaux de transports en commun (bus, tramway) afin de ne pas pénaliser la population vivant en périphérie, comme à Nantes. On peut aussi citer la gratuité des transports en commun, mis en place à Dunkerque, pour encourager les citadins et les périurbains proches à laisser leur voiture dans leur garage. Ces mesures peuvent être combinées à de meilleurs services de transports collectifs et actifs, dont les tramways, les autobus et les vélos (service de location). En parallèle une réflexion sur la logistique du dernier kilomètre pourrait éviter l’usage des poids-lourds et autres camionnettes, donc l’impact est plus important dans les derniers kilomètres que d’autres alternatives comme la logistique fluviale ou le vélo-cargo. Par exemple, l’entreprise Schenker, dédiée à la logistique, livre désormais en vélo-cargo électriques dans onze villes46.

Figure 26 : les vélos-cargos de l'entreprise Schenker à Bordeaux (Ouest-France)

Ouest-France, « Montaigu-Vendée. Un trophée de l’innovation pour les triporteurs DB Schenker », OuestFrance.fr, 28 novembre 2019, https://www.ouest-france.fr/pays-de-la-loire/montaigu-vendee85600/montaigu-vendee-un-trophee-de-l-innovation-pour-les-triporteurs-db-schenker-6629330.

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2.3.4 Synergies : de la compétition à la coopération Récupération de la chaleur fatale Selon l’ADEME*, la chaleur fatale est « la chaleur résiduelle issue d’un procédé et non utilisée par celui-ci ». Une de leur étude de gisement effectuée en 2015 a mis en avant 51 TWh de gisement national soit 16 % de la consommation de combustibles dans l’industrie47. Faire en sorte que cette chaleur résiduelle soit réutilisée est donc un enjeu majeur pour réduire la chaleur dispersée dans l’environnement, souvent urbain. Pour cela, des synergies industrielles sont possibles. Ainsi, l’Eurométropole de Strasbourg projette de récupérer la chaleur excédentaire non utilisée de l'aciérie allemande BSW située à Kehl (Allemagne) pour ses besoins de production, en la reliant au réseau de chaleur urbain de la ville et ses alentours 48. Selon l’article, l’aciérie produit chaque année 2,2 millions de tonnes d’acier, issu du recyclage de ferraille, fondue à 6.000 °C. Plutôt que de rejeter la chaleur fatale dans l’atmosphère, elle servira à chauffer un peu plus de 4.000 logements via le réseau de chaleur strasbourgeois. Réseau de chaleur et de fraîcheur Les réseaux de chaleur et de fraîcheur sont un moyen efficace de mutualiser les systèmes de production thermiques. Plutôt que chaque logement, local d’activités ou usine ait son système de production thermique, avec les pertes associées sur des systèmes individualisées, le réseau de chaleur permet de passer, via une mutualisation, à des investissements plus importants sur des systèmes plus performants ou avec plus d’énergie renouvelable. Cela permet de lisser la production, donc d’éviter les pertes de rendement dû à l’arrêt/mise en marche répétés des systèmes individuels, et d’éviter l’émission de dioxyde de carbone, renforçant le réchauffement climatique, qui s’ajoute à l’effet ICU. La contrainte principale étant d’avoir des besoins suffisamment importants dans un territoire restreint pour que l’investissement des réseaux enterrés soit rentabilisé par la mutualisation (on parle de densité énergétique minimum).

« Chaleur fatale, de quoi parle-t-on ? | L’ADEME Grand Est », consulté le 18 octobre 2020, https://grandest.ademe.fr/expertises/produire-autrement/chaleur-fatale/chaleur-fatale-de-quoi-parle-t. 48 « Une aciérie allemande va chauffer Strasbourg dès 2021 », consulté le 18 octobre 2020, https://www.20minutes.fr/strasbourg/2517631-20190514-video-strasbourg-projet-recuperation-chaleurfatale-inedit-kehl.

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2.4 L’eau en ville, une (re)découverte Contenir, évacuer et traiter l’eau fait partie du métabolisme de la Ville. On a depuis plusieurs décennies cherché à canaliser cette eau pluviale soudaine ainsi que les eaux usées de nos activités. Ceci dans le but de ne pas être pris au dépourvu (inondations), éviter l’insalubrité (épuration des eaux) et faciliter l’aménagement des villes (comblement de bras d’eaux). En conséquence, la présence de l’eau en ville est ténue, si ce n’est par les gouttières sur les bâtiments ou les flaques d’eau sur la chaussée. Pourtant, 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. Avec l’augmentation de l’ICU, il paraît donc adapté de faire revenir l’eau à la surface, de la laisser travailler pour nous tout en évitant les écueils de santé publique afin de ne pas favoriser maladies et insalubrité.

2.4.1 Désimperméabiliser, une condition indispensable La bétonisation et la bitumisation des sols ont entraîné leur imperméabilisation. Par conséquent, ces surfaces ne laissent plus passer l’eau à travers le sol pour s’infiltrer profondément et donc ne permettent pas d’humidifier le sol et de recharger les nappes phréatiques. Dès lors, ce sol s’échauffe plus rapidement et contribue à l’effet îlot de chaleur urbain. Privilégier les matériaux et revêtements perméables permet d’éviter cette obstruction et donc de participer au rafraîchissement de l’air ambiant. Par ailleurs, la question de l’usage de ces surfaces imperméables, idéales pour la motricité des véhicules, est aussi à questionner. On remarque bien souvent en ville que les surfaces bitumées ou bétonnées ne le sont pas toujours par nécessité d’usage mais plutôt par facilité de mise en œuvre ou d’entretien. Ainsi, sur les croisements de voies, il n’est pas rare de voir l’hiver, quand il neige, la véritable utilisation de la chaussée par les véhicules, et par négatif, l’espace réservé aux véhicules qui n’est pas utilisé réellement. On appelle cela le

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« Sneckdown »49, parfois traduit en ‘améneigement’ en français. Il permet de réaliser et qui pourrait être redonné aux piétons ou végétalisé afin de désimperméabiliser les chaussées.

Figure 27 : exemple de révélation par la neige de l'utilisation de la chaussée par les véhicules motorisés (Sneckdown Halifax)

Un autre espace qui est fortement imperméabilisé sans que cela soit toujours justifié est le parking. En effet, les véhicules roulent en général beaucoup plus lentement que sur une voie classique. D’autre part, sur les places proprement dites il n’est pas toujours nécessaire

Figure 28 : le contre-exemple : un parking classique de supermarché, largement bitumé (monchervelo.fr)

« Sneckdown », in Wikipédia, 22 janvier 2019, https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Sneckdown&oldid=156048398.

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d’avoir 100% de la surface imperméabilisée. On voit donc émerger des parkings dits « écologiques » ou « responsables », qui limitent le bitume à la bande de roulement entre les places. D’autres mettent du gravier perméable au lieu du bitume ou bien arborent et végétalisent avec des structures adaptées aux sollicitations des véhicules les espaces de stationnement.

Figure 29 : un parking enherbé (pinterest.fr)

2.4.2 Ecouler, infiltrer, révéler : vers la fin du tout-tuyau ? Alors que les événements climatiques extrêmes, comme les crues soudaines ou les inondations d’espaces urbanisés imprévues se multiplient (inondations dans l’Aude en 2018, crues soudaines dans l’arrière-pays niçois en 2020), la technique dite du tout-tuyau connaît de sérieux revers. Initiée à l’origine pour assainir la ville (hygiénisation) et contenir les phénomènes pluviaux (multi)décennaux, on s’aperçoit que les changements d’affectations de sols (imperméabilisation) et les précipitations soudaines plus fréquentes mettent à mal ce système. C’est par ailleurs une perte hydrique importante pour le sol urbain. Conjugué au phénomène d’ICU, on peut se demander s’il n’est pas temps de favoriser les espaces d’infiltration de l’eau, d’écoulement retardé par rétention et de laisser au maximum la nature travailler pour nous. Toitures végétalisées et feuillage On sait par exemple que les toitures végétalisées et les arbres sont sources de rétention d’eau. Les toitures végétalisées, en particulier celles intensives avec un substrat important (plus de 10 cm) permettent de jouer le rôle de stockage tampon entre le moment 63

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où l’averse tombe et celle où l’eau rejoint les conduites d’extraction. Cela permet entre-temps d’éviter la surcharge du réseau et surtout de rafraîchir l’air ambiant, que ce soit par un sol plus humide ou bien par la végétation qui peut pousser sur ce sol. Les arbres ont aussi un rôle important, puisque leur système radiculaire* permet une forte capacité de rétention d’eau. Par ailleurs, grâce à leur feuillage, ils sont capables d’écrêter les pluies. C’est d’ailleurs pour cette raison que lorsqu’il pleut nous nous réfugions sous les arbres, où la pluie met du temps avant de travers le couvert des feuilles. Infiltration naturelle En plus des toitures et du couvert forestier, la technique d’infiltration naturelle permet aussi de conserver au maximum l’eau et de la laisser s’infiltrer afin de rafraîchir l’air ambiant et de recharger les sols. On observe un fort développement ces dernières années des « noues d’infiltrations », un fossé végétal où circule l’eau pluviale. Ce dernier est relié au réseau pluvial mais une partie de l’eau est absorbée et réduit ainsi les besoins d’évacuation.

Figure 30 : noue infiltrante à Sathonay, dans l’Ain (OFEV)

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On note aussi la multiplication des bassins de rétentions. C’est une dépression réalisée grâce à une modification de la topographie du terrain, recueillant l’eau qui y ruisselle et la laisse s’infiltrer dans le sol. Ce type d’aménagement procure aussi d’autres avantages tels que la création de paysages végétaux, voire d’espaces de jeux et de loisirs (bassins secs) en milieu urbain. Il peut être doté de moyens prévenant la pollution du milieu, comme un bassin de sédimentation ou des plantes aquatiques filtrantes, notamment dans les stationnements et les sites industriels.

Figure 31 : bassin de rétention des eaux pluviales à Montaigu-Vendée

Enfin, les jardins pluviaux peuvent récupérer les eaux de pluie s’écoulant des différentes surfaces imperméables du pourtour bâtiment. Cela évite ainsi de les diriger vers le réseau de drainage des eaux pluviales. C’est un système intéressant et peu cher pour des bâtiments résidentiels de petite et moyenne taille.

Figure 32 : jardin de pluie résidentiel (flickr, wedemain.fr)

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2.4.3 Rafraichir activement : faire jaillir l’eau en ville Canalisée, cachée, évincée, l’eau en ville a fait l’objet de nombreux travaux lors du 19ème et du 20ème siècle et notamment des travaux de comblement. Ceux-ci, parfois titanesques, ont radicalement changé l’aspect de certaines villes. A titre d’exemple, entre 1926 et 194650, Nantes a comblé deux bras de la Loire, dévié un affluent et connecté à son centre deux îles, Feydeau et Gloriette, formant alors un centre urbain continu. Aujourd’hui, la montée des températures due à la fois au réchauffement climatique et à l’émergence de l’effet îlot de chaleur urbain, conduit de nombreuses municipalités à envisager la réouverture de ces anciens lits d’affluents et retrouver un lit de rivière dynamique. Comme le dit l’étude de l’OFEV51, « le mouvement des eaux augmente la surface d’évaporation et renforce les échanges avec les couches plus profondes et plus froides ». Retrouver un lit de rivière qui fait des méandres et rencontre quelques obstacles, au lieu d’être canalisé, permet donc de participer au rafraîchissement local, formant des « couloirs d’air froid et frais en raison de leur faible rugosité », mettant « en relation les espaces ouverts avec les zones d’action exposées à la chaleur ». C’est par exemple ce qu’ont effectué le Syndicat mixte du Sage Ouest-Cornouaille (Ouesco), l’agence de l’eau Loire-Bretagne et la Région Bretagne sur la commune de Pont-l’Abbé dans le Finistère. Selon l’article de Ouest-France52, cette renaturation permet de « restaurer le profil du cours d’eau et, de ce fait, la continuité écologique, et à restaurer également la relation nappe, rivière et zones humides ».

« Comblements de Nantes », in Wikipédia, 18 mai 2020, https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Comblements_de_Nantes&oldid=170992546. 51 OFEV, « Quand la ville surchauffe ». 52 Ouest-France, « Pays bigouden. Comment la nature reprend ses droits sur la rivière de Pont-l’Abbé en trois questions », Ouest-France.fr, 6 octobre 2020, https://www.ouest-france.fr/bretagne/pont-labbe-29120/paysbigouden-comment-la-nature-reprend-ses-droits-sur-la-riviere-de-pont-l-abbe-en-trois-questions-7002945.

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Figure 33 : renaturation de la rivière de Pont l'Abbé (avant/après), dans le Finistère (Ouest-France)

Plusieurs communes du Val-de-Marne, comme Arcueil et Haÿ-les-Roses, ont rouvert une ancienne rivière canalisée, la Bièvre. La Ville de Paris aimerait en faire de même dans la continuité53.

Figure 34 : la Bièvre retrouvée à Haÿ-les-roses (citoyens94.com)

Au-delà des cours d’eaux, c’est bien tous les actes de gestion de l’eau en ville qui peuvent apporter une réponse à l’effet îlot de chaleur urbain. Quand les systèmes passifs tels que l’infiltration ne suffisent pas, certaines municipalités imaginent des moyens actifs tels que l’arrosage de chaussées, l’irrigation, des fontaines publiques ou des brumisateurs. Ainsi, la

L’Institut Paris Region, « Restauration et aménagement de la Bièvre dans Paris », L’Institut Paris Region, consulté le 7 octobre 2020, https://www.institutparisregion.fr/nos-travaux/publications/restauration-etamenagement-de-la-bievre-dans-paris.html.

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Ville de Lyon a imaginé un système de stockage de l’eau pluviale et de ruissellement non polluée sous la chaussée, qui vient irriguer les végétaux de la rue lorsque le besoin s’en fait sentir.

Figure 35 : système de stockage et d'irrigation de la rue Garibaldi (Ville de Lyon)

Figure 36 : arrosage de la chaussée dans la rue de la Buire à Lyon (OFEV)

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Selon l’OFEV54, la ville de Lyon a ainsi expérimenté un système de refroidissement par le biais de buses installées dans la bordure du trottoir avec de l’eau de pluie stockée dans le parc de la Buire voisin. L’effet de refroidissement mesuré à la surface est très élevé, jusqu’à 8 °C, et l’effet au niveau des piétons (0,5 °C) est encore nettement mesurable et perceptible. Autre possibilité de rafraîchissement actif par l’eau, l’utilisation de fontaines, brumisateurs et jets d’eau. Paris a mis en place une carte interactive des îlots de fraicheur55, et en 2018, elle comptait plus de 800 points, dont 565 espaces arborés, 25 lieux brumisés ou encore 36 lieux de baignade.

Figure 37 : capture d'écran de la carte interactive des îlots de fraicheur à Paris en 2020 (Ville de Paris)

2.5 Le végétal, un allié de taille ! Alors que les températures montent, les solutions fondées sur la nature, et en particulier sur le végétal, sont souvent mises en avant. Comme nous allons le voir, le végétal est un puissant outil pour rafraîchir, dépolluer et rendre agréable le milieu urbain.

OFEV, « Quand la ville surchauffe ». « Ilots et parcours de fraîcheur à Paris : Où se rafraîchir cet été ? », Agence Parisienne du Climat, 11 juillet 2018, https://www.apc-paris.com/article-rubrique/ilots-parcours-fraicheur-a-paris-ou-se-rafraichir-cet-ete. 55

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2.5.1 Le végétal, un puissant rafraîchisseur Deux phénomènes majeurs sont mis en œuvre par la végétation, comme l’indique l’APUR* dans son premier cahier sur les ICU56. Le premier est l’évapotranspiration, qui concerne tous les végétaux. C’est la transformation d’eau liquide en vapeur d’eau qui a lieu lors de la photosynthèse* ou lors de la régulation thermique de la plante. Ce phénomène consomme l’eau liquide présente dans le sol, d’où l’importance d’avoir un sol humide pour favoriser cet effet. Ainsi, le végétal se comporte comme un climatiseur naturel. Le second phénomène est l’ombrage, créé par le couvert végétal. En effet, par leur frondaison, les végétaux sont capables de créer une ombre au sol, et donc de réfléchir le rayonnement solaire et de l’absorber lors de la photosynthèse. Ainsi, comme le montre la figure ci-dessous, un arbre est capable de réduire jusqu’à 80% du rayonnement solaire. Cela permet aux matériaux au sol de nettement moins s’échauffer et donc de réduire leur implication dans l’effet îlot de chaleur urbain.

Figure 38 : Compréhension du rafraîchissement par le végétal (APUR)

APUR (Atelier Parisien d’urbanisme), « Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier 1 ».

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La qualité de l’ombre dépend de la densité des feuilles, dite « densité foliaire ». En fonction de l’essence et de la hauteur du végétal, la transparence de la canopée diffère.

Figure 39 : transparence de la canopée (APUR)

Par ailleurs, 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. Elle permet aussi 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. Enfin on compte également des bienfaits pour la santé de la population, y compris la protection contre le rayonnement ultraviolet grâce à l’ombrage, la réduction du stress dû à la chaleur et la présence de végétal (sylvothérapie).

2.5.2 Au sol, sur les murs ou sur les toits, la végétation s’adapte partout Impact du végétal au sol Selon le document de l’OFEV57, la capacité de la végétation à rafraîchir dépend du volume au mètre carré, comme le montre la figure ci-dessous. Ainsi, plus la végétation a un

OFEV, « Quand la ville surchauffe ».

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volume important et plus la capacité d’abaissement de la température est forte. Ce qui plaide fortement pour une maximisation des arbres vis-à-vis de la pelouse par exemple. Selon la même source, de jour, les arbres sont capables de réduire de 7°C la température ambiante, grâce à l’effet combiné de l’ombrage et de l’évapotranspiration. Par ailleurs, grâce à l’ombre des arbres, le rayonnement thermique nocturne des routes est diminué.

Figure 40 : température et verdure (OFEV)

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Par ailleurs, on remarque que les arbres sont particulièrement efficaces pour réduire la température de l’air proche du sol, comme l’étude ASMUS réalisée à Munich le montre.

Figure 41 : Efficacité des arbres en milieu urbain, après-midi à Munich (OFEV)

En cumulant ombrage et réflexion du rayonnement solaire, on constate une différence de près de 20°C entre l’asphalte qui reçoit le soleil directement et la partie à l’ombre. Cela permet de mieux comprendre la simulation à Munich, qui montrant un fort abaissement de la température proche du sol.

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Figure 42 : Vue de l'impact d'un arbre sur la température, via une caméra thermique (projet ACCLIMATASION, Suisse)

Le rôle du végétal est particulièrement visible lorsqu’on le compare avec deux autres revêtements fréquemment présents en ville. Sur la figure ci-dessous, on s’aperçoit de la différence de température entre la route avec son asphalte sombre, une autre partie de route recouverte d’une peinture blanche, et la troisième partie qui est enherbée. On constate que la route a une température de 36°C, tandis que la peinture blanche permet de l’abaisser de 8°C, à 28°C de température surfacique. L’herbe a un impact plus fort, avec une température de surface de 25°C, soit 11°C de moins que l’asphalte. Cela résume bien l’ordre de grandeur et la capacité des solutions entre ne rien faire, appliquer une peinture (albédo plus fort) ou choisir de végétaliser.

Figure 43 : surfaces enherbées (P.STELLA)

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Végétal sur les murs Selon l’OFEV58, les façades végétalisées sont plus efficaces que les toitures végétalisées en matière de régulation thermique. De plus, il y a potentiellement bien plus de surfaces de façades à disposition. La végétalisation peut avoir un impact positif sur le climat extérieur avoisinant à proximité du sol et sur le climat intérieur du bâtiment : pendant les mois d’été, l’effet d’ombre du feuillage, la couche d’air entre la végétation et la façade ainsi que l’évapotranspiration des feuilles réduisent l’absorption de chaleur du bâtiment. Cela diminue aussi bien le rayonnement thermique dans l’espace urbain voisin que le transfert de chaleur dans l’espace intérieur. À une distance de 0,6 m, on a pu mesurer des baisses de température jusqu’à 1,3 °C pour les façades végétalisées reliées à un système (par rapport à une paroi de référence non végétalisée). L’hiver, ces façades sont un supplément d’isolation thermique. D’autres synergies découlent de la réduction des émissions sonores et du filtrage des polluants dans l’air.

Figure 44 : bilan thermique d'une façade (OFEV)

Deux types de murs végétaux existent. Un mur végétal composé de plantes grimpantes, plantées au sol et pouvant grimper jusqu’à 30 m (lierre). Un espace de quelques dizaines de centimètres de large suffit au sol afin de mettre en terre la plante. Certaines plantes peuvent grimper directement sur la paroi du mur ou être disposées sur un support métallique. Contrairement aux idées reçues, la végétation grimpante n’abîme pas l’enveloppe du bâtiment, à condition que la paroi ne soit pas déjà endommagée (fissurations, joints

OFEV.

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détériorés). Deuxième possibilité, le mur végétalisé, constitué de plants enracinés dans un médium attaché au mur. Cette installation est plus complexe et requiert notamment l’utilisation de membranes imperméables qui éviteront d’humidifier le mur. Enfin, elle nécessite une maintenance et souvent un système d’irrigation, ce qui rend cette installation plus contraignante que des plantes grimpantes.

Végétal sur les toits Les toitures végétalisées réduisent la quantité de chaleur transférée du toit vers l’intérieur du bâtiment grâce à l’évapotranspiration et à l’ombrage créés par les plantes. Ils permettent de rafraîchir l’air ambiant extérieur tout en augmentant l’isolation thermique en hiver comme en été. Cet effet est renforcé comme l’inertie thermique de la couverture végétale lorsque celle-ci est épaisse (toiture intensive) et l’eau contenue dans la terre ou le revêtement humidifiant. En outre, disposer une toiture végétale permet une meilleure durée de vie du toit, puisque celle-ci protège des intempéries, de l’exposition aux rayons UV et des variations importantes de température, autant de facteurs qui entraînent la dégradation du toit. D’après le magazine L’environnement59, les toits constituent des surfaces végétales potentielles importantes. Sur les toits plats végétalisés, 50 à 70% des précipitations annuelles, selon la biomasse par surface, retournent par évaporation dans l’atmosphère. Ce phénomène entraîne une réduction de la température des locaux situés sous les combles de 3 à 5 °C en été. À proximité du sol, les toitures végétalisées ne font effet que si elles présentent une surface supérieure à 100 mètres carrés et une hauteur maximale de 10 mètres. Celles situées sur des bâtiments bas et étendus, tels que des halles industrielles, offrent donc davantage de potentiel.

Baumgartner, « Réchauffement climatique, Rafraîchir les villes en été ».

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2.5.3 Du bon usage du végétal Végétation adaptée Avec des températures qui grimpent, des pluies moins régulières et plus faibles, la végétation doit s’adapter. Les services des espaces verts de plusieurs villes en Suisse ont choisi de tester de nouvelles espèces, plus adaptés normalement aux climats du Sud. Ainsi le jardinier de la ville de Sion60 indique acclimater « le charme houblon, un arbre de Provence, qui supporte très bien le chaud, le sec et le calcaire, et [nous] faisons des essais avec divers types de chêne, le chêne vert, le chêne chevelu ou encore le chêne de Hongrie ». Il ajoute que planter le bon arbre au bon endroit signifie également moins d’entretien et moins de coûts. « Sur la place du Midi, le choix s’est porté sur des gleditsia, qui ont l’avantage d’avoir une frondaison fournie en été, alors que leur feuillage apparaît tardivement au printemps et qu’ils se dépouillent vite en automne ». Selon l’analyse suisse61, il est déjà important de choisir correctement les espèces d’arbres au vu des changements climatiques et cela le sera d’autant plus dans les années à venir. En particulier pour les arbres proches ou sur les voies carrossables, exposés à la sécheresse, à une forte dose de polluants et à la salinité (salage des routes l’hiver). De même, il convient de choisir plusieurs espèces et non une monoculture. En effet, le risque est que la monoculture soit foudroyée par une maladie, comme les platanes du canal du Midi, ou bien une trop forte concentration d’un seul pollen, ce qui est très allergisant. Le document de l’IAU Paris62 indique que la plantation d’un hectare de forêt tempérée peut permettre un stockage supplémentaire de 2 à 12 tonnes de carbone par an. Toutefois les peuplements mélangés présenteraient une meilleure adaptation aux changements globaux, dont le changement climatique. D’autre part, le mélange améliorerait la stabilité et la résilience des peuplements. Ceci grâce à une structure verticale complexe qui permet un usage racinaire à différents niveaux, utilisant ainsi au mieux les réserves en eau du sol. Il est généralement admis qu’une plus forte diversité en essences d’arbres dans un peuplement

« Chaleur en ville, Du vert plutôt que du gris ». OFEV, « Quand la ville surchauffe ». 62 IAU Paris Natureparif, « Climat, la nature source de solutions en Ile-de-France », novembre 2015. 61

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contribue à une meilleure résistance de ces peuplements à la sécheresse dans certaines situations. Critique des arbres en pots Stefan MANCUSO, neurobiologiste, a montré il y a peu que les végétaux partageaient beaucoup d’informations. Selon lui, « ce sont des êtres sociaux »63. Outre des informations, ils échangent aussi des nutriments par des contacts entre eux, via un réseau souterrain de filaments de champignons, le réseau mycorhizien selon la chercheuse canadienne Suzanne SIMARD64. Elle explique que dans « ce réseau caché des sols forestiers […], les arbres les plus âgés jouent le rôle de plaques tournantes, interconnectant tous les individus et distribuant les flux nutritifs, en particulier vers les plus jeunes ». On sait donc que les arbres sont capables de s’aider entre eux en cas de coup dur de l’un, et cela passe par le sol. Or, si le fait de végétaliser est devenu un mantra de tout bord, on l’a vu lors des dernières municipales en France en 2020 où selon France Inter presque chaque liste disait vouloir planter des arbres65, il s’avère que c’est plus souvent pour mettre des arbres en pot. Ce faisant, on oublie que si les arbres sont en pot, ils ne partagent pas de terre avec leurs voisins et donc de filaments de champignons qui leur permettent de communiquer et d’échanger entre eux. Par conséquent, comme le dit Alain SERFATI66, mettre des arbres en pot c’est comme élever des poulets en batterie ! C’est un peu comme si vous aviez besoin de vitamines et que vous n’avez plus de jus d’orange, vous ne pouvez pas en demander à votre voisin puisque vous n’êtes pas connecté à lui, vous le voyez mais vous mourrez quand même. On peut faire l’analogie avec des arbres en pot se faisant face lors d’une canicule… Il est clair que la montée des températures, les épisodes plus fréquents de canicules mettent à mal l’arbre. Il risque dans les prochaines années et décennies d’avoir encore plus besoin des autres. Ainsi si avoir des arbres en pot est mieux que de ne pas en avoir, le mieux reste de privilégier la pleine terre.

« « Les plantes sont beaucoup plus intelligentes que les animaux » », Le Temps, 19 avril 2018, https://www.letemps.ch/sciences/plantes-beaucoup-plus-intelligentes-animaux. 64 Science-et-vie.com, « Les arbres ont-ils l’esprit de solidarité ? - Science & Vie », 24 octobre 2018, https://www.science-et-vie.com/questions-reponses/les-arbres-ont-ils-l-esprit-de-solidarite-45043. 65 « L’arbre : symbole des municipales », consulté le 19 octobre 2020, https://www.franceinter.fr/emissions/histoires-politiques/histoires-politiques-11-fevrier-2020. 66 « En ville, c’est bien de planter des arbres mais pas n’importe comment », Reporterre, le quotidien de l’écologie, consulté le 29 mars 2020, https://reporterre.net/En-ville-c-est-bien-de-planter-des-arbres-mais-pasn-importe-comment.

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Du bon usage de la végétation Selon l’article de Reporterre67, « Un plan de végétalisation mal mené peut se révéler contre-productif. Sous l’effet du rayonnement solaire, certains arbres comme le platane (qui représente près de 40 % des arbres d’alignements à Paris) peuvent émettre des composés chimiques volatils qui viennent aggraver la pollution à l’ozone d’origine anthropique lors des pics de chaleur. Une étude publiée en 2017 dans ACS publication a démontré que 60 % du smog lors de la canicule de 2006 à Berlin pouvait être attribué aux rejets de composés végétaux. Certaines espèces comme le frêne ou le bouleau peuvent être allergisantes. D’autres, comme les eucalyptus, particulièrement adaptés aux climats arides, ont une forte capacité de rétention d’eau et sont capables d’aller la puiser très profondément. Ils peuvent donc accentuer le risque de sécheresse et provoquer un rabattement des nappes phréatiques, mettant en péril la flore locale en la privant d’eau. Enfin, dans des rues étroites, un feuillage trop dense peut empêcher la dispersion des polluants. Pour toutes ces raisons, l’utilisation des arbres d’alignement atteint rapidement ses limites en matière de services écologiques. S’ils ont le mérite de créer de l’ombre et d’être un moyen simple d’inviter la nature dans la ville, il est important de composer les alignements avec une diversité des essences afin d’augmenter leur résilience, de favoriser des espèces indigènes pour soutenir la biodiversité locale et de bien les sélectionner selon le rôle qu’ils doivent remplir. De plus un élagage et un espacement trop important peuvent limiter leur capacité à créer de l’ombre et à abriter la faune. Enfin, il est toujours préférable de les coupler avec des arbustes et des herbacées, tout en conservant une portion de sol en terre meuble au pied de l’arbre afin de reproduire des écosystèmes moins pauvres ». On le voit, la politique de planter des arbres partout peut se révéler contre-productif. Choisir précisément les essences, les endroits en pleine terre et combiné à d’autres mesures (l’eau notamment) permet d’avoir un impact plus important que de seuls arbres d’alignement. Enfin, l’arbre n’est pas le seul végétal, il doit être mis en relation avec des arbustes et des plantes basses pour composer un écosystème global.

« En ville, c’est bien de planter des arbres mais pas n’importe comment ».

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2.6 Complémentarité des mesures Prises une à une, les mesures exposées précédemment permettent de réduire partiellement l’effet îlot de chaleur urbain. Toutefois, c’est bel et bien en travaillant sur une combinaison des mesures que l’on obtient les meilleurs résultats. C’est ce qu’a entrepris la ville de Sion68 en Suisse : « Outre l’installation de fontaines, de bassins, de fossés d’infiltration et la remise à ciel ouvert de cours d’eau, la volonté est de rendre les sols plus perméables où c’est possible, afin de permettre une meilleure infiltration des eaux de pluie et de réduire les débits des crues en cas de fortes précipitations. La ville essaie ainsi de privilégier les grilles gazon lorsque de nouvelles places de parking sont construites. Sur les places et près des arbres, au lieu de bétonner, on utilise un gravier clair et, lors de réaménagements, on préfère un asphalte coloré d’un pigment clair plutôt que le revêtement sombre habituel. »

Figure 45 : effet des arbres en milieu urbain (ACCLIMATASION)

« Chaleur en ville, Du vert plutôt que du gris ».

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D’après l’étude AcclimataSion69, seule une combinaison des mesures évoquées plus haut permet un gain important, comme le montre la figure ci-dessous issue de leur étude. On note que si chaque mesure prise séparément, entre augmentation de l’albédo, désimperméabilisation ou usage du végétal, permet de rafraîchir, c’est bien en cumulant ces trois types de mesures qu’on obtient le plus grand refroidissement, avec 10°C de moins.

Figure 46 : combinaison des mesures (A. MACE)

Selon une présentation du Grand Lyon sur le plan Climat et d’après les mesures effectuées par Aurélien MACE en 201670, les mesures ayant le plus d’impact sont celles qui combinent ombrage, végétalisation et évapotranspiration, avec notamment 11 degrés de gagné en référentiel UTCI* sur la place Mazagran à Lyon.

Ville de Sion, « Urban Green & Climate, Rôle des arbres et espaces verts dans un développement urbain adapté aux changements climatiques » (Sion (Suisse), 6 juin 2017). 70 Métropole du Grand Lyon, « Plan Climat du Grand Lyon », http://www.reseaunationalamenageurs.logement.gouv.fr/IMG/pdf/2._rna_tr2_-_chaleur_urbaine__grand_lyon-2.pdf.

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Ces deux études montrent donc l’importance du dialogue entre tous les acteurs afin d’aboutir à des changements dans tous les composants de la ville.

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3 – QUELLES STRATEGIES FACE A L’EFFET ÎLOT DE CHALEUR URBAIN ? La partie précédente exposait des solutions possibles pour rafraîchir la ville, en misant notamment sur la complémentarité des mesures. Cela oblige toutefois à avoir un dialogue important entre les acteurs, ce qui explique aussi la difficulté à juguler ce phénomène. Ce chapitre essaie de proposer des stratégies ou outils pour permettre de mieux prendre en compte l’effet ICU et de le combattre.

3.1 Des règles d’urbanismes renouvelées 3.1.1 Des documents d’urbanisme règlementaires modifiés L’une des possibilités pour s’attaquer à ce phénomène, c’est de l’inscrire dans les documents d’urbanisme règlementaire. Ainsi, le Plan Local d’Urbanisme-Habitat (PLU-H) du Grand Lyon fait mention une fois de l’îlot de chaleur urbain tandis que les cahiers d’arrondissements, dont celui du deuxième arrondissement de Lyon71, préconisent de « proposer des espaces publics de qualité et développer un quartier marchable, privilégiant des cœurs d’îlots en partie traversables et densément végétalisés, permettant des plantations en pleine terre, dans un objectif de confort de vie et de lutte contre les îlots de chaleur ». On constate qu’il n’y a pas d’objectifs chiffrés en termes de végétalisation ou de déminéralisation mais une préoccupation transversale. Lors du point d’étape du Plan Climat Energie Territoire (PCET) du Grand Lyon72 en 2017, la métropole lyonnaise indiquait : « Le PLU-H a retro-zoné 700 Ha de zones ‘à urbaniser’ en zones agricoles ou naturelles, pour limiter l’étalement urbain. Pour chaque parcelle, le coefficient de pleine terre impose un pourcentage de végétal (5 à 50%). L’infiltration des eaux pluviales est imposée, sauf exception. Une palette d’outils identifie la "nature en ville" : espaces boisés classés (en hausse de 760 Ha), espaces végétalisés à valoriser (+ 1 400 Ha), etc »

« LYON2E-CAH_ARRON.pdf », consulté le 11 août 2020, https://pluh.grandlyon.com/data/communes/LYON2E/pdf/LYON2E-CAH_ARRON.pdf. 72 « LYON - Point-etape-PCET.pdf », consulté le 11 août 2020, https://blogs.grandlyon.com/plan-climat/wpcontent/blogs.dir/8/files/dlm_uploads/2017/11/2017_Point-etape-PCET.pdf.

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Ainsi, on peut dire que via le PLU-H, la métropole lyonnaise tente de réduire l’îlot de chaleur urbain, à travers plusieurs mesures qui sont bénéfiques pour lutter contre les ICU mais rattachées parfois à d’autres sujets (nature en ville, cadre de vie), en les inscrivant dans ses règles d’urbanismes. A Bordeaux, l’agence d’urbanisme note que le « projet d’aménagement et de développement durable (PADD) peut faire de la lutte contre les ICU un enjeu stratégique pour le parti d’aménagement général qui sera retenu pour le territoire concerné, et, plus finement, dans les choix d’aménagement de secteurs urbanisés ou à urbaniser ». Le PADD, de par sa vision globale du territoire, permet de fixer des objectifs qui seront à respecter par la suite, notamment dans le Plan Local d’Urbanisme (PLU). C’est d’ailleurs la raison pour laquelle la métropole bordelaise a modifié son règlement local puisque c’est selon eux « le lieu privilégié d’action sur l’aménagement des parcelles ». En particulier, « il offre un large spectre de leviers pour atténuer l’effet d’ICU à cette échelle, en définissant des prescriptions ou des recommandations sur bon nombre des paramètres influençant le phénomène de surchauffe urbaine ». Par conséquent, dans le rapport « Adapter les tissus urbains de la métropole bordelaise au réchauffement climatique »73, plusieurs modifications de PLU sont proposées. Elles font suite à une étude globale du tissu bordelais, à la fois pour le classifier et pour déterminer les zones qui sont susceptibles d’avoir un aléa fort sur l’ICU et dont la population est nombreuse à vivre ou travailler dans cette zone. On note par exemple la proposition suivante sur l’albédo des toitures : « Privilégier l’utilisation de tuiles de couleur claire afin de limiter l’effet d’ICU » dans les zones pavillonnaires de la métropole. Ou encore le choix de revêtements végétalisés ou perméables des espaces de stationnement dans ces mêmes zones urbaines : « Privilégier l’utilisation de revêtements alvéolaires engazonnés (béton avec

A’Urba, Alec, « Adapter les tissus urbains de la métropole bordelaise au réchauffement climatique », 4 septembre 2019.

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garnissage végétal), de pavés perméables ou de pierres concassées en bandes de roulement pour les voiries internes et pour les espaces affectés au stationnement. » A Toulouse, selon Julia HIDALGO et Thomas HOUET74, le choix a été fait d’inscrire dans les outils règlementaires de nouvelles zones. Ainsi en 2013, le PLU de Toulouse s’est doté de deux nouveaux zonages : « Espaces verts protégés » ou EVP, et « Espaces boisés classés » (EBC), respectivement de 68 ha et 508 ha. Ces deux nouveaux zonages s’appliquent à la fois dans l’espace public et dans l’espace privé. Cela permet à la métropole toulousaine de garantir que ces espaces restent végétalisés lors de futurs aménagements. Par exemple, dans le quartier des Izards - Trois Cocus, le renouvellement urbain a pris en compte les espaces classés et les a intégrés dans la trame verte et la trame bleue du quartier.

Figure 47 : recommandations de lutte contre les ICU en milieu pavillonnaire (A'urba)

Ainsi, les documents règlementaires d’urbanisme et en particulier le PLU permettent de faire évoluer les mentalités et les aménagements en faveur de la lutte contre les îlots de chaleur urbain. Néanmoins, ce type de modifications est long, plusieurs années, et nécessite

Jean-Jacques TERRIN (dir.), Villes et changement climatique, îlots de chaleur urbains, Parenthèses, La ville en train de se faire, 2015.

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un accompagnement pédagogique auprès des citoyens pour faire comprendre les objectifs de ces modifications, qui peuvent paraître péremptoires et liberticides.

3.1.2 Des documents de planification transversaux non contraignants A Stuttgart, plutôt que d’inscrire de façon règlementaire certaines mesures, ils ont choisi de produire des schémas directeurs d’urbanisme de planification ainsi que des cartes climatiques guidant l’urbanisation actuelle et future. Ainsi, selon Ulrich REUTER75, « depuis 1938, il existe au sein de l’agence municipale de protection de l’environnement de Stuttgart un service spécifique dédié à la climatologie urbaine ». Ce service est dès lors « un partenaire à part entière des services de planification ». La problématique du climat urbain, et en particulier des îlots de chaleur urbains, est donc prise en compte dès le début. C’est d’ailleurs une condition indispensable pour l’auteur, puisque « aucun planificateur n’a envie de remanier des plans finalisés à cause d’exigences climatiques ». Il faut donc une concertation maximale entre les différents services urbains (urbanismes, espaces verts, climatologie…) au service des projets. Selon lui, « la planification doit correctement interpréter les exigences climatiques pour les satisfaire, tandis que les climatologues doivent formuler leurs recommandations dans la langue des planificateurs en fonction des dispositions du code allemand [français dans notre cas] de la construction ». Comme le dit Ulrich REUTER, « utilisés comme instruments stratégiques de planification, les schémas directeurs ne modifient pas la situation juridique en cours et n’engagent ni les propriétaires fonciers ni services d’urbanismes. Ils n’en constituent pas moins un instrument flexible et pour autant efficace de pilotage urbanistique », « ils permettent à la ville, au prix d’efforts raisonnables, de rendre ses objectifs urbanistiques transparents et applicables à grande échelle ». Leur aspect non contraignant est à la fois un atout et un inconvénient. Tout d’abord un atout, car cela permet une flexibilité, et en transposant ce dispositif en France, cela évite de devoir passer par des phases de vérifications longues et complexes comme on peut le voir sur le Plan Local d’Urbanisme. Cela permet donc de s’adapter à la fois aux enjeux nouveaux apparaissant et d’afficher une souplesse selon les projets en gardant un fil directeur. A l’inverse, qu’il soit non contraignant est une faiblesse car

TERRIN (dir.).

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il ne peut être opposé lors d’un projet. En particulier en France, où la tentation est grande de ne rien faire tant qu’on n’y est pas forcé. Il s’agit alors de prendre politiquement à bras le corps le sujet lors des projets d’urbanisme, pour en faire un axe de lecture de chaque projet. Autrement, ce type de document risque bien de rester dans un placard !

Figure 48 : carte climatique de Stuttgart (stadtklima-stuttgart.de)

Cette carte ci-dessus montre les vents dominants à Stuttgart, et en particulier les couloirs de ventilation. Les différentes couleurs définissent des climats spécifiques (dit ‘climatopes’). Les flèches montrent le sens local du vent, en bleu l’air non pollué et en noir l’air pollué. On remarque que l’air pollué se situe dans le centre-ville (zones rouges) tandis que l’air non pollué est globalement en périphérie. Un travail plus fin sur les différents quartiers de la 87

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ville a été mené et a abouti à des recommandations d’urbanisations. Par exemple, dans le quartier Ouest de Stuttgart, un schéma directeur a été établi afin de montrer où et comment le développement interne peut être effectué de façon acceptable. La question entre densification et augmentation de l’effet ICU s’est posée et la réponse apportée a été de favoriser la ventilation de l’îlot par des travées entre les bâtiments, la végétalisation forte de l’îlot central, la création d’un réseau fonctionnel d’espaces ouverts aménagés et un traitement végétal ou par des matériaux réfléchissants de la façade sud.

Figure 49 : exemple de bloc résidentiel optimal à Stuttgart Ouest (U REUTER)

De façon plus globale, « réunir des données climatiques en les assortissant de recommandations pratiques destinées à l’urbanisme sous la forme d’atlas urbain constitue une méthode qui a fait ses preuves à Stuttgart ». On pourrait penser de même pour les grandes métropoles en France, où la connaissance du milieu dans lequel s’insère la ville est primordiale afin d’adapter les politiques à un territoire donné.

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3.2 L’engagement multipartite via des chartes et des guides Lyon a établi dès 2010 un référentiel de conception et gestion des espaces publics sur la lutte contre les îlots de chaleur urbains76. Ce dernier explique le phénomène, liste les paramètres l’accentuant et détaille trois mesures principales pour lutter contre : le choix des matériaux, la végétation et l’utilisation de surfaces perméables. Cette dernière solution va être développée en 2017 avec un guide d’aide à la conception et à l’entretien sur la « ville perméable »77, dont l’objectif est d’avoir une gestion des eaux pluviales au service du bienêtre en ville. Par le biais de la gestion des eaux pluviales, la notion d’îlot de chaleur urbain est abordée et l’eau est mise en avant comme solution pour réduire cet effet. On voit donc que la question des îlots de chaleur est reconnue dans le Grand Lyon, qu’elle infuse dans les guides émis par la métropole et que ceux-ci sont un levier d’action contre les îlots de chaleur urbain. A Strasbourg, on mise également sur les chartes et les guides via l’engagement citoyen, comme avec l’opération « Strasbourg ça pousse ». Initiée en 2010 par un collectif citoyen visant à végétaliser les pieds d’arbres dans la ville78, l’idée est reprise par la métropole en 2017 avec une campagne de communication en direction des habitants. Les années suivantes, l’opération édicte des guides, comme le « petit manuel du jardinage naturel » ou bien la « charte du jardinier urbain ». Comme l’indique la charte, l’objectif affiché est de faire du citoyen « un acteur de son environnement » via l’appropriation d’un petit bout d’espace public pour une durée déterminée, ce qui « renforce le sentiment d’appartenance » à la ville. C’est aussi l’opportunité pour la Ville de Strasbourg de « responsabiliser », en faisant du citoyen « un acteur des politiques publiques » tout en réduisant « les coûts associés » à cette végétalisation puisque prise en charge par l’habitant directement et plus les services municipaux. Selon la municipalité, cette opération a été un vrai succès. Elle note notamment une « forte appropriation de l’espace public », une « reconnaissance de l’expertise des services », un « intérêt budgétaire pour la municipalité » ou bien le développement de « jardins urbains partagés » qui sont des éléments historiques de la ville. Néanmoins, elle

« Réferentiel_espaces_publics_thematique_lutte_contre_ilots_chaleur_urbains.pdf », consulté le 11 août 2020, https://www.grandlyon.com/fileadmin/user_upload/media/pdf/voirie/referentiel-espacespublics/20091201_gl_referentiel_espaces_publics_thematique_lutte_contre_ilots_chaleur_urbains.pdf. 77 « Projet ville perméable : guide d’aide à la conception et à l’entretien », s. d., 82. 78 « demarche_strasbourg_ca_pousse.pdf », consulté le 27 octobre 2020, http://franceurbaine.org/fichiers/documents/franceurbaine_org/publications/etudes/demarche_strasbourg_c a_pousse.pdf.

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observe que cela concerne plutôt les « classes jeunes et actives », que cela demande une « implication lourde et à long terme des citoyens » qui peuvent se lasser et que le système de conventionnement à renouveler annuellement peut être vécu comme « une menace » pour le projet porté.

Figure 50 : exemple de manuel conçu par l'Eurométropole de Strasbourg (EMS)

Si la végétalisation des pieds d’arbres est importante, la ville cherche à favoriser tous les types de végétalisation, notamment celle des façades. Selon Suzanne BROLLY, référente environnement à l’ADEUS (agence d’urbanisme de Strasbourg) au moment de l’interview en janvier 2020, l’acceptabilité de la végétation sur les façades reste un point à surmonter. Notamment du fait de l’idée répandue que les plantes grimpantes abîment le bâtiment. Par ailleurs, la vision de la nature en ville reste celle d’une nature domptée. Or plusieurs études ont montré que c’est avec un végétal libre, non canalisé, que l’on obtient les meilleurs résultats de biodiversité. Pour elle, le plus dur reste donc de faire accepter que le végétal ne peut pas toujours être dompté. Afin de faire changer les avis sur ce sujet, l’Eurométropole a édicté un guide de la végétalisation sur les façades. On y trouve des conseils sur la palette végétale possible, avec les atouts et faiblesses des essences, les moyens de faire grimper les plantes sur les façades, les mises en œuvre possibles, des conseils d’entretien ou encore des exemples de réalisations.

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Figure 51 : exemple de végétalisation citoyenne de pied d'arbre avec "Strasbourg ça pousse"

Si ces initiatives permettent de questionner la place du végétal en ville et d’impliquer le citoyen, elles restent souvent insuffisantes pour changer les choses à l’échelle de la ville ou du quartier. C’est pourquoi certaines municipalités s’orientent en parallèle vers un urbanisme de projet.

3.3 Un urbanisme de projet adapté 3.3.1 Des projets de nouveaux quartiers incluant l’ICU La métropole de Marseille développe un urbanisme de projet avec le nouveau quartier EuroMed2, opération de renouvellement urbain de 480 hectares, lancée en 1995. La métropole marseillaise cherche à initier un urbanisme durable, en particulier avec l’îlot expérimental Allar. Selon Franck GEILING et Yves BIDET79, cet îlot intègre la problématique de l’îlot de chaleur urbain, avec une réflexion transversale. Ainsi, « déclinaison du plan guide sur le site, morphologie urbaine, épannelages et typologies architecturales sont testés au regard des aspects environnementaux, climatiques, d’insertion paysagère et de rapport à l’espace public ».

TERRIN (dir.), Villes et changement climatique, îlots de chaleur urbains.

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Figure 52 : vue d'ensemble de l'îlot Allar (Eiffage Construction)

Les mesures mises en œuvre sont relatives à l’orientation de la trame urbaine, « orientée est/ouest afin de capter les brises marines pour ventiler naturellement les rues », une place importante laissée à la végétation, avec des « cœurs d’îlots largement plantés », des « toitures végétalisées », ou encore un « parc de 14 hectares ». Parallèlement, un travail sur l’albédo est effectué avec le choix de « matériaux clairs dans les parements en constructions et en chaussées ». La présence de la mer Méditerranée permet la mise en place d’une installation de rafraîchissement via l’eau de mer, tandis que les doubles orientations des logements et locaux d’activités favorisent la « ventilation naturelle ». Plusieurs éléments visent à réduire l’apparition d’un îlot de chaleur, en particulier grâce à un partenariat entre Météo-France et l’organisme d’aménagement via deux modélisations numériques, atmosphériques et climatiques. Le partenariat a permis de créer un « modèle TEB (Town Energy Balance) », utilisé comme « schéma d’interface du modèle non hydrostatique MesoNH, modèle de prévision numérique du temps à échelle très fine ». Plusieurs scénarios ont ainsi pu être testés, comme « l’augmentation du pouvoir réfléchissant des murs », la « suppression du parc de 14 hectares » initialement prévu dans le projet pour estimer son impact sur le quartier ou encore la « suppression des jardins en cœur d’îlots ». 92

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Cette étude de l’impact du projet d’aménagement de l’îlot Allar sur le phénomène ICU a permis de valider certains choix de conception. D’une part, l’importance du parc des Aygalades de 14 hectares, qui permet de réduire de « 2,5°C à 6°C » la température par rapport à une situation sans parc. Par ailleurs, malgré sa taille réduite, il est noté que sa forme allongée permet d’affecter plus ou moins fortement jusqu’à « 59 hectares, soit 30% de l’aménagement ». D’autre part, l’utilisation d’une « boucle d’eau à eau de mer » permettant de rafraîchir les locaux (via un échangeur thermique et un réseau de froid dédié) au lieu d’une climatisation classique ou sans climatisation autorise un gain moyen de « 0,1 à 0,2°C » et un « impact maximum de 0,6°C ». Toutefois, cette modélisation apporte aussi quelques surprises, notamment qu’un « doublement de l’albédo des murs n’augmentait le pouvoir réfléchissant global de la ville que de 25% en moyenne », et que cette mesure pouvait même être « contreproductive pour les quartiers à dominante bureaux ». Cet urbanisme expérimental montre l’importance de prévoir un ensemble de mesures et de les faire valider avec une modélisation adaptée. On pourra toutefois objecter que cette modélisation ne peut reproduire totalement la réalité et que celle-ci peut être meilleure en termes de résultats que la simulation, tout en permettant toutefois de donner les bonnes directions.

3.3.2 Une meilleure intégration des acteurs au sein du projet On l’a vu à plusieurs reprises, la complexité de ce sujet et l’implication de plusieurs acteurs, tant au sein des municipalités, que des porteurs de projets nécessitent une meilleure intégration de tous au sein des projets portés. Comme le dit Alain MARGUERIT80, l’articulation et la coordination entre les différents acteurs du projet sont des conditions nécessaires pour s’assurer de l’effectivité des mesures entreprises, notamment sur la végétalisation : « Pour donner aux arbres des villes leur potentiel d’atténuation des canicules et d’adaptation au changement climatique, il faut d’abord mettre fin à l’habitude de séparer concepteurs et ingénieurs, et s’inscrire dans le temps long. »

Laurent MIGUET, « Du sol aux toitures, la ville rafraîchie par la nature », Le Moniteur, no 6092 (10 juillet 2020).

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Concernant les services municipaux, il n’est pas rare en effet de voir que seul le pôle Espaces Verts (EV) soit sensibilisé à la question, alors que l’implication du pôle Voirie et Réseaux Divers (VRD) est tout aussi essentielle, avec un fort impact sur le choix des matériaux ou la capacité à installer des plantes (les réseaux souterrains étant un facteur limitant). Comme le dit Jean-Jacques TERRIN dans une interview à Rue89Lyon81, « La plupart des acteurs concernés est aujourd’hui consciente de la nécessité, mais aussi de la difficulté de prendre en compte le phénomène d’ICU dans l’élaboration de stratégies urbaines comme dans la conception de projets d’aménagement. La nécessité d’une approche intégrée pour aborder de façon transversale la lutte contre les îlots de chaleur n’est pas facilitée par la complexité et la fragmentation caractéristiques de l’aménagement territorial. Ces difficultés sont presque naturellement accrues par l’organisation en silo qui est trop souvent celle des services urbains, et par les conflits latents qui se dressent entre les exigences et les temporalités divergentes du politique, des services techniques, des concepteurs et des habitants. Les savoirs et les savoir-faire sont généralement trop cloisonnés, ne favorisant pas des approches globales indispensables pour croiser des compétences aussi diverses que la gestion des eaux et des trames vertes et bleues, l’ingénierie de réseaux urbains, la conception architecturale et paysagère, et autres expertises diverses, … » Selon lui, il ne suffit donc pas d’être conscient du phénomène ni de connaître les solutions, il faut un changement dans les structures mêmes des territoires, trop complexes et fragmentées, et dans la façon de faire les projets afin d’avoir un impact. En particulier, la nécessité d’avoir une approche globale et non pas uniquement spécialité par spécialité comme c’est encore le cas aujourd’hui. En ce sens, on peut se demander si la multiplication des doubles diplômes (architecte-paysagiste, ingénieur-architecte, géographe-urbaniste…) n’est pas un début de solution.

« La lutte contre les îlots de chaleur urbain, l’enjeu primordial des villes », Rue89Lyon (blog), 2 avril 2019, https://www.rue89lyon.fr/2019/04/02/lutte-contre-ilots-chaleur-urbains-enjeu-primordial-des-villes/.

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Une modification des relations entre les acteurs, de leur formation et de la gestion des projets est donc nécessaire pour réussir à englober dans sa complexité le phénomène d’îlot de chaleur urbain.

3.4 Des indicateurs et outils accessibles 3.4.1 Des modèles créés lors de recherches… La recherche autour des îlots de chaleur existe depuis plusieurs décennies. Plusieurs modèles essayant de modéliser la ville et son micro-climat ont vu le jour lors de ces recherches. A l’échelle de la ville, on peut citer notamment le modèle Town Energy Balance (TEB), développé dans les années 2000 par le CNRM* pour calculer les échanges d’énergie et d’eau entre les villes et l’atmosphère82.

« TEB - Centre National de Recherches Météorologiques », consulté le 28 octobre 2020, https://www.umrcnrm.fr/spip.php?article199.

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Figure 53 : cartographie des interactions prises en compte le modèle TEB (CNRM-GAME)

A l’échelle du quartier, on retrouve par exemple le logiciel SOLENE-microclimat, conçu par le laboratoire CRENAU* dans les années 199083. Considéré comme un outil préopérationnel par l’ADEME*, il modélise le micro-climat urbain en prenant en compte les conditions d’ensoleillement d’un projet urbain et l’impact thermique que produisent l’intensité solaire et ses réflexions en fonction de l’albédo des matériaux. Il existe également le logiciel EnviBatE et Envi-Met. Il faut noter que les approches de ces logiciels sont différentes et qu’ils ne prennent pas tous les facteurs en compte. En particulier, Marjorie MUSY84 note qu’ils ne « permettent pas tous une représentation satisfaisante de la végétation et du lien avec la ressource en eau ». La problématique de l’eau, que ce soit la chaleur latente de la vapeur d’eau dans les calculs liés à la performance du bâtiment ou l’évaporation dans la ville reste un point délicat à modéliser. Il faut noter que les résultats de ces modèles ne sont pas à prendre au pied de la lettre puisque les données sont parfois « basées sur de nombreuses approximations ». C’est toute la difficulté d’un modèle, dont les hypothèses de départ peuvent ne pas refléter totalement la réalité, soit par manque de données, soit par complexité. Néanmoins ces

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« SOLENE », Laboratoire AAU, consulté le 27 octobre 2020, https://aau.archi.fr/crenau/solene/. TERRIN (dir.), Villes et changement climatique, îlots de chaleur urbains.

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modèles permettent de « hiérarchiser les solutions et d’avoir une évaluation de l’effet maximal que l’on peut en attendre ».

3.4.2 …mais encore mal employés de façon opérationnelle Selon Julien BOUYER, « les modèles restent encore gérés par des chercheurs et pas des outils utilisés ou utilisables par des bureaux d’études qui pourraient se les approprier pour faire des études simples ». Ces modèles, orientés recherche, ne conviendrait pas pour des études simplifiées. Selon lui, « le problème n’est donc pas forcément les limites physiques mais plus dans le transfert vers les acteurs opérationnels, car pour utiliser un modèle de type recherche il faut des compétences et données à renseigner difficiles à avoir pour un cas pratique ». C’est pourquoi certains bureaux d’étude développent non pas des modèles mais des outils et des indicateurs simplifiés qui permettent de comparer deux situations, sans forcément donner des résultats précis ou exhaustifs.

3.4.3 Des outils simplifiés accessibles Score ICU Afin de pallier à des modèles trop complexes, des outils simplifiés ont été conçus. C’est le cas avec Score ICU, un outil crée par l’entreprise E6, intégrée au groupe NEPSEN. Lors de l’entretien avec Olivier PAPIN, directeur et responsable Innovation chez E6, il m’a indiqué que la création de cet outil découlait notamment des discussions avec les collectivités sur leur plan climat, le traitement des ICU et par conséquent de l’utilité d’un outil simplifié pour qualifier leurs projets. Cet outil, Score ICU, croise des données relatives aux propriétés des matériaux (chaleur massique, albédo, émissivité), à l’occupation des sols (perméabilité) et à l’énergie (impact carbone, énergie grise). Il permet de donner une première analyse et donc d’être un outil d’aide à la décision pour le porteur de projet. Il est aujourd’hui utilisé aussi bien par des aménageurs que des collectivités (métropoles ou petites villes), autant en France qu’à l’étranger (Monaco, Abou Dabi, Chine). Comme l’indique E6 sur son site85, « l’outil n’a pas la prétention de se substituer à des modélisations du phénomène mais il permet de manière

Olivier Papin, « Score ICU: un outil simple pour anticiper les ilots de chaleur urbains », E6 Consulting (blog), 20 juillet 2017, http://www.e6-consulting.fr/ilots-de-chaleur-urbains-outil-score-icu/.

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simple et rapide, de prendre en compte le phénomène en comparant le profil îlot de chaleur d’une place, d’une rue, d’un îlot, ou d’un territoire ». Ce type d’outil vient donc en complément des différentes modélisations orientées recherche, qui sont plus précises mais plus complexes. D’autres outils ont été créés en rapport avec les ICU comme Score Perméabilité, qui permet d’évaluer la perméabilité des sols et donc d’anticiper de potentiels problèmes lors d’événements extrêmes (crues, inondations). Un autre outil, Arbre en Ville, développé avec l’Atelier Colin Coli Paysages, permet de quantifier les bénéfices des arbres en milieu urbain, en termes de captation carbone et de réduction des polluants.

Figure 54 : exemple de réalisation par l'outil Score ICU à Lyon (E6 Consulting)

Si ces outils sont utiles pour avoir un regard opérationnel sur le sujet, ils restent rares Comme l’indique Sarah GREGORY, responsable du service Santé et Qualité de vie à la

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Métropole de Bordeaux dans une interview de la revue Qualité Construction 86, « les outils sont encore au stade de développement. L’objectif est que la prise en compte de l’ICU devienne un réflexe comme outil d’aide à la décision pour réaliser des études d’impact des projets d’aménagement et des infrastructures routières ». Ainsi, l’objectif n’est pas forcément de quantifier exactement, ce qui demande un modèle extrêmement précis et difficile à prendre en main, mais plutôt des outils simples qui permettent de comparer facilement et rapidement des aménagements afin de faciliter le choix du maître d’ouvrage. La méthode LCZ Une autre façon possible d’envisager la classification des îlots de chaleur est de procéder à la méthode dite LCZ. En 2009, les géographes Timothy OKE et Ian STEWART proposent une méthode pour identifier de façon zonée les îlots de chaleur urbain. Ils proposent une classification « géoclimatique » des sites par différenciation thermique, appelé Zones Climatiques Locales (Local Climate Zones ou LCZ), comme l’explique l’agence d’urbanisme de Bordeaux dans son rapport sur le changement climatique adapté à la ville bordelaise87. Cette méthode permet de qualifier les espaces ouverts et construits par le type d’influence climatique, en se basant sur leur typo-morphologie, leur comportement thermique et radiatif et leur capacité de rafraîchissement. Ces LCZ peuvent se définir comme des entités spatiales de 100 à 1 000 mètres de côté. Chaque LCZ représente une géométrie de l’espace et une occupation du sol spécifiques entraînant un climat particulier. Pour les différencier, ces zones possèdent chacune un ensemble de propriétés déterminant la température de référence. Les paramètres pris en compte concernent par exemple la part de végétation, la hauteur et la forme du bâti, l’humidité du sol, la rugosité des arbres ou encore les émissions de chaleur humaine. En observant des villes d’Amérique du Nord, les deux chercheurs ont ainsi pu élaborer une hiérarchie de 17 zones climatiques selon leurs propriétés respectives. On compte ainsi dix LCZ de type bâti (« building ») et sept LCZ de type non bâti (« land cover »). Par ailleurs, dix indicateurs (facteur SVF, albédo, indice d’imperméabilisation...) relatifs aux propriétés ont été élaborés afin de qualifier les LCZ sur un territoire donné. Cette méthode permet donc d’identifier rapidement sur un territoire le comportement climatique

François PLOYE, « Résilience - Volet 2 : bâti et infrastructure à l’épreuve des canicules », Qualité Construction, no 181 (août 2020). 87 A’Urba, Alec, « Adapter les tissus urbains de la métropole bordelaise au réchauffement climatique ».

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théorique des tissus urbains semblables d’un point de vue climatique à partir d’indicateurs morphologiques et de cartographier ces zones.

Figure 55 : classification LCZ (OKE & STEWART, 2009)

L’Institut Paris Région l’a utilisé en 2012 pour cartographier la région parisienne. Cela permet de se rendre compte des situations réelles et d’enclencher par la suite des réflexions. La figure suivante montre une capture d’écran de la carte, où le centre de Paris comporte majoritairement des zones bâties, notamment des ensembles d’immeubles compacts et des ensembles d’immeubles espacés. En cliquant sur chaque îlot, un descriptif selon plusieurs critères est disponible. Notamment sa sensibilité à la chaleur l’été, de jour et de nuit, avec plusieurs critères comme le taux de végétation, le réfléchissement de la lumière ou la présence de l’eau. Cette carte peut permettre de comprendre où sont les endroits critiques 100

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lorsque qu’une canicule survient ou bien où se situent les endroits où l’effet îlot de chaleur urbain se fait le plus fort et donc influencer les acteurs de la ville pour créer des îlots de fraicheur.

Figure 56 : capture d'écran de la cartographie de Paris selon la méthode LCZ (Cartoviz, Institut Paris Région)

Si cette méthode permet là aussi de qualifier de façon assez précise les tissus urbains, elle reste longue à mettre en œuvre. Elle a également été utilisée par la métropole de Bordeaux comme point de départ sur une analyse plus globale des îlots de chaleurs urbains, qui a débouché sur une analyse de deux études de tissus urbains constitués et des prescriptions dans le PLU88. Globalement, on peut donc dire que les outils actuels sont soit des logiciels de recherches, relativement précis mais complexes, ou bien des outils simplifiés qui permettent une première approche comme Score ICU, avec dans un entre-deux la méthode LCZ, qui caractérisent les tissus urbains mais ne donnent pas d’indication opérationnelle sur un projet. Il reste donc à concrétiser des logiciels opérationnels qui soient assez pointus dans la prise en

A’Urba, Alec.

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compte des phénomènes, tout en étant facilement manipulables par des non chercheurs, à l’instar de ce qui se fait dans les logiciels dédiés aux calculs thermiques.

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EPILOGUE

Et demain, l’architecture végétale ?

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« Un quart de lieue plus loin, la forêt se clairsema et des trouées apparurent dans la canopée, hachurant le chemin de traits de lumière mouvants. Les voyageurs franchirent une arche formée de deux grands arbres inclinés, appuyés l’un sur l’autre, et débouchèrent dans une clairière. Elle était déserte. Arya et les elfes mirent pied à terre ; Eragon et Orik les imitèrent. D’épaisses touffes de fleurs parsemaient le sol. Des roses, des campanules, des lis, éphémères joyaux du printemps, scintillaient à profusion tels des rubis, des saphirs et des opales. Leur parfum enivrant attirait des hordes de bourdons. Sur la droite, un ruisseau glougloutait derrière une haie de buissons, et deux écureuils se pourchassaient autour d’un rocher. Eragon crut d’abord qu’il s’agissait d’une cache où les daims s’abritaient pour la nuit. Mais, en regardant mieux, il discerna des sentiers dissimulés entre les arbres et les broussailles. Il observa la douce et chaude lumière qui effaçait les ombres, les formes curieuses des branches, des brindilles et des fleurs, détails si subtils qu’on les remarquait à peine, indices que l’endroit n’était pas tout à fait naturel. Il cligna des paupières, et sa vision changea, comme si on lui avait posé devant les yeux des lentilles redonnant à toutes choses des formes repérables. Oui, il s’agissait bien de sentiers. Et, oui, il y avait là des fleurs. En revanche, ce qu’il avait pris pour des bouquets d’arbres bossus et tordus, c’était en réalité d’élégantes constructions émergeant directement des pins. L’une d’elles, avant de plonger ses racines dans le sol, s’élargissait à la base, composant une maison à un étage. Les deux niveaux étaient de forme hexagonale, bien que l’étage supérieur fût deux fois plus petit que le rez-de-chaussée, ce qui donnait à l’habitation l’apparence d’une haute marche d’escalier. Les toits et les murs étaient constitués de lamelles de bois superposées, appuyées sur six épaisses poutres verticales. De la mousse et des lichens jaunes frangeaient les avant-toits et retombaient devant les fenêtres, semblables à des pierres précieuses, qui s’ouvraient sur chaque paroi. La porte d’entrée, d’un dessin curieux, était encastrée sous une arcade gravée de symboles. Une autre maison se nichait entre trois pins, reliés à elle par une série de branches courbes. Soutenue par ces arcs boutants naturels, elle s’élevait sur quatre étages avec une grâce aérienne. A côté, des branches entrelacées formaient une tonnelle, d’où pendaient des lanternes sans flammes en forme de cormes. Chaque édifice, unique, se mêlait à la forêt de telle sorte qu’il était impossible de dire où commençait l’artifice et où finissait la nature. L’équilibre était parfait. Au lieu de s’imposer à leur environnement, les elfes avaient choisi de l’accepter tel quel et de s’adapter à lui. »

L’Aîné89 (Cycle de l’Héritage), p. 273-275

Christopher PAOLINI, L’Aîné, Bayard Jeunesse, vol. 2, Cycle de l’Héritage, 2005.

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Et pourquoi ne pas envisager une fusion des structures vivantes, formant un milieu urbain qui ne se couperait pas du milieu naturel ? Pourquoi s’entêter à recréer par de l’artificiel un semblant de naturel et ne pas adapter le vivant à notre besoin ? Si ces questionnements peuvent paraître naïfs voire illusoires, illustrés ici par un roman de fantasy, cela a pourtant déjà été pensé et étudié depuis de nombreuses décennies ! Certes, on pourra objecter que ce serait mettre en cage la nature, l’épreuve ultime pour l’homme de sa domination sur celle-ci. Et pourtant, un autre œil pourrait au contraire s’émerveiller que nous guidions la nature vers un dessein qui nous permettrait de vivre en harmonie avec elle. Ne devrions-nous pas nous adapter à notre environnement plutôt que de faire en sorte, maladroitement et avec de grands dommages, que l’environnement s’adapte à nous comme nous le faisons actuellement pour nos villes ? Qu’est-ce que cela impliquerait pour notre façon de vivre et de bâtir ? Certains ont déjà pensé s’aider de la nature pour bâtir, aussi voici quelques exemples de modes de constructions vivants. Après le retour de la nature en ville, est-ce le temps de l’architecture végétale ?

Le fauteuil végétal de John KRUSBACK En 1914, soit il y a plus d’un siècle, John KRUSBACK a réussi à faire émerger de 32 pousses une chaise végétale. Son idée est de faire pousser des arbustes et de les lier ensemble pour en faire du mobilier. Tout commence en 1907 : « After I had planted 32 trees all box elders, in the spring of 1907, said Mr Krusback, I left them to grow in their new home for a year until they were six feet tall, before beginning the chair. In the spring of 1908 I gradually began the work of training the young and pliable stems to grow gradually in the shape of a chair. Most of this work consisted in bending the stems of these trees and tying and grafting them together so as to grow, if possible with all the joints cemented by nature. This was largely an

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experiment with me and it was with a great deal of interest that I watched and assisted nature in growing piece of furniture. »90 Soit en français : « Après avoir planté 32 arbres, tous des érables, au printemps 1907, a déclaré M. Krusback, je les ai laissés pousser dans leur nouvelle maison pendant un an jusqu'à ce qu'ils atteignent environ 1,8 mètre de haut, avant de commencer la chaise. Au printemps 1908, j'ai commencé progressivement le travail de formation des jeunes tiges souples pour qu'elles poussent progressivement sous la forme d'une chaise. L'essentiel de ce travail a consisté à plier les tiges de ces arbres et à les attacher et à les greffer ensemble de manière à pousser, si possible avec tous les joints effectués par la nature. Ce fut en grande partie une expérience avec moi-même et c'est avec beaucoup d'intérêt que j'ai observé et aidé la nature à faire pousser des meubles. » John KRUSBACK ajoute : « In this manner I let these trees grow for seven years. During the last two years I had only four trees growing from the root. These were the four that consisted the legs of the chair and all the other stems kept alive from these four stems because they were grafted to them. After the seventh year all the trees were cut, making in all eleven years from the time the seed was sown until the chair was finally completed” « De cette manière, j'ai laissé ces arbres pousser pendant sept ans. Au cours des deux dernières années, je n'avais que quatre arbres poussant à partir de la racine. C'étaient les quatre qui constituaient les pieds de la chaise et toutes les autres tiges maintenues en vie à partir de ces quatre tiges parce qu'elles leur étaient greffées. Après la septième année, tous les arbres ont été coupés, soit onze ans à partir du moment où la graine a été semée jusqu'à ce que la chaise soit enfin terminée » Voici le résultat de son expérience, dans la figure ci-dessous. La première partie montre John KRUSBACK dans le fauteuil avec les arbres encore plantés dans le sol, tandis que les deux autres montrent la chaise achevée.

« John Krubsack | treeshapers.net », consulté le 22 octobre 2020, http://treeshapers.net/john-krubsack.

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Figure 57 : John KRUSBACK et son fauteuil végétal C’est une des premières expériences du genre documentée, qui correspond à l’époque du romantisme et de l’Art Nouveau. Elle est en quelque sorte l’extension du modèle de contrôle des arbres pour donner du bois de marine pour les chantiers navals militaires dès le 17ème siècle. On pourra objecter que si l’auteur utilise la nature pour former de façon définitive un objet, il finit par couper les arbres ayant donné naissance à l’objet et n’est donc plus un objet vivant. Cela reste une étude de cas intéressant dans la mesure où elle intervient au début du 20ème siècle.

La Baubotanik, ou la construction végétale vivante Venant poursuivre le travail du vivant et en particulier du végétal, l’architecte et docteur Ferdinand LUDWIG s'inspire de l'art de la mise en forme des arbres pour créer la BauBotanik. Cette discipline cherche à allier la construction (« bau » en allemand) avec la botanique. Dans une interview pour l’Architectural Design School91, il explique : « j'ai découvert des exemples historiques d'architecture vivante pendant mes études (à l'Université

« Baubotanik: Le système de conception d’inspiration botanique qui crée des bâtiments vivants - Nouvelles », Architectural design school, consulté le 24 octobre 2020, https://fre.architecturaldesignschool.com/baubotanik-botanically-inspired-design-system-that-creates-livingbuildings-68709.

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de Stuttgart) et j'ai été fasciné dès le premier instant», « la vision est une nouvelle façon d'intégrer les arbres dans la conception architecturale et urbaine ». Pour créer des formes bâtis avec le vivant, il utilise la technique « d’inosculation ». Cette technique, connue depuis le Moyen-Âge consiste à avoir deux branches proches qui par pression l’une sur l’autre finissent par enlever leurs écorces internes et exposer leurs tissus internes, ce qui aboutit à une vascularisation des deux arbres, qui peuvent ainsi ne former plus qu’un. Dans le cas de Ferdinand LUDWIG, ses travaux à Munich l’ont conduit à orienter fortement les arbres en les liant entre eux de façon mécanique via des tiges en acier afin d’accélérer ce phénomène naturel. Il lie ainsi les arbres en poinçonnant leurs branches entre elles, qui finissent par se lier. Au bout de quelques années, la structure métallique de jonction est retirée, les arbres étant assez solides entre eux pour maintenir eux-mêmes la liaison. L’un des premiers exemples d’architecture végétale mise en place est la passerelle de Willow (figure ci-dessous). Selon le site allemand de Baubotanik92, « ce premier prototype botanique de bâtiment a été construit à partir de plus de 1000 branches de saule, qui ont été combinées en 84 paquets de supports. À une hauteur comprise entre 2 m et 2,70 m, des tubes carrés ont été installés sur lesquels sont fixés les profilés en L longitudinaux. Il y a des grilles sur le dessus. » Ainsi, la grille servant de passerelle est reliée à des tubes métalliques, entourés par les branches ou troncs des saules. Au fil du temps, la structure de maintien sera enlevée pour laisser le végétal porter la passerelle.

« Der Steg – Konstruktion - Bureau Baubotanik », consulté le 24 octobre 2020, http://www.bureaubaubotanik.de/projekte/der-steg/konstruktion.

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Figure 58 : la passerelle vivante et un exemple de jonction (Bureau-Baubotanik)

Un second projet plus ambitieux, le « Plane-Tree-Cube », a vu le jour à Nagold en Allemagne. Il s’agit d’un cube de 10 mètres de côté servant de lieu public et d’observatoire, qui compte déployer des arbres sur tout son pourtour afin d’en faire la structure même. Comme l’indique l’article d’Archdaily93, les plants sont implantés verticalement les uns audessus des autres afin de former un réseau qui composera la structure. Seules les plantes les plus basses sont mises en pleine terre, toutes les autres sont plantées dans des bacs spéciaux équipés d'un système automatisé qui leur fournit en permanence de l'eau et des nutriments. Une fois que les fusions (ou inosculations) se sont développées, la structure végétale créée artificiellement peut transporter l'eau et les nutriments des racines dans le sol jusqu'aux feuilles les plus hautes. Les racines des plantes en pot en hauteur deviennent alors obsolètes puisque reliées par les autres au sol. Progressivement ces racines des niveaux supérieures peuvent être coupées, la structure vivante devenant autonome. Simultanément, la croissance de la circonférence des arbres augmente la résistance de la structure globale et devient autoportante, l'échafaudage peut alors être enlevé.

« Platanenkubus Nagold / Ludwig.Schoenle », ArchDaily, 28 novembre 2016, https://www.archdaily.com/800294/platanenkubus-nagold-ludwichoenle.

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Figure 59 : le "Plane-Tree-Cube" de .F Ludwig à Nagold et l’évolution du système racinaire (Archdaily)

Figure 60 : schéma de l'évolution du « Plane-Tree-Cube » (Archdaily)

Aujourd’hui, plusieurs essais avec des variétés différentes sont en cours. Le principal inconvénient de cette technique est le temps, puisqu’il faut plusieurs années avant que les fusions s’opèrent et plusieurs autres avant que l’ensemble ne soit stable et suffisamment robuste. Par ailleurs, on pourra objecter que si on considère l’arbre comme un être sensible, perforer deux branches par un objet métallique pour les faire fusionner pose question.

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Habiter la nature avec Luc Schuiten Penseur connu de l’architecture végétale, l’architecte belge Luc SCHUITEN propose de nombreuses réflexions et prospectives sur le monde de demain. En particulier sur des « logements organiques en osmose avec le végétal »94, menant au concept d’archiborescence. Lors de notre entretien avec Luc SCHUITEN en novembre 2019, il expliquait que « le vivant a la faculté formidable de se reproduire lui-même en n’appauvrissant pas la planète mais en l’enrichissant ». Pour lui, « la nature est indissociable de l’ensemble de la planète, c’est un tout. Nous faisons partie de la nature, même si on l’a oublié ! ». Ses travaux sont un moyen de « rechercher ce qui créer le lien avec l’ensemble du vivant ». Une de ses réflexions l’a mené à imaginer la « Cité des Habitarbres »95. Comme il l’indique sur son site : « La cité des habitarbres se développe dans un environnement forestier remodelé, adapté aux besoins d’un nouveau mode de vie. Les habitants n’y sont plus des consommateurs de nature, mais les acteurs d’un nouvel écosystème dont la gestion permet l’épanouissement de chacun et garantit une durée et une évolution à long terme de la cité. Les parois extérieures formant les façades des habitarbres sont constituées d’une peau à base de protéines translucides ou transparentes, inspirées de la chitine des ailes de libellules. Ces biotextiles souples et résistants sont de nature différente suivant leur emplacement. Les dalles de sol et les parois intérieures sont réalisées dans des techniques déjà connues de terre stabilisée au moyen de chaux, et armées de structures végétales. Ces sols constituent la masse thermique nécessaire au stockage de calories et à la rediffusion de la chaleur. La ventilation naturelle des édifices est calquée sur le modèle des termitières. L’éclairage nocturne des habitations est produit par bioluminescence en imitant le procédé utilisé par les vers luisants ou certains poissons abyssaux. »

« LUC SCHUITEN – Cité Végétale – Luc Schuiten », consulté le 31 octobre 2020, http://www.vegetalcity.net/luc-schuiten/. 95 « Cite habitarbres – Cité Végétale – Luc Schuiten », consulté le 31 octobre 2020, http://www.vegetalcity.net/cite-habitarbres/.

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Figure 61 : cité des habitarbres (vegetalcity.net - Luc SCHUITEN)

On retrouve dans cette réflexion l’idée de s’inspirer de la nature (biomimétisme) afin de créer des habitats à la fois respectueux de leur environnement par des procédés vertueux (ventilation naturelle, usage de matériaux géosourcés, éclairage naturel) et proche de la nature en formant un écosystème complet. Si cette réflexion peut paraître totalement irréalisable ou illusoire, c’est pour lui un moyen de faire réfléchir et donner un horizon à atteindre. Car comme l’a confié Luc SCHUITEN, « avoir dans la vie quelque chose qui peut ressembler à une direction que l’on pourrait prendre, un sens dans lequel on pourrait aller, c’est tout à fait précieux ». Par ces travaux, il invite donc concepteurs, constructeurs et habitants à se diriger vers une « nouvelle architecture basée sur une vision poétique où l’invention et la relation avec la nature occupent une place prépondérante ».

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CONCLUSION Le phénomène d’îlot de chaleur urbain est un phénomène complexe. Il traduit la modification de l’espace naturel par l’homme via des constructions, matériaux et activités qui accumulées provoquent un surcroit de chaleur. Cette différence de température entre les zones urbanisées et les zones rurales ont des impacts sur la santé, sur l’économie et sur l’environnement. Malheureusement ce phénomène s’amplifie avec un autre, le réchauffement climatique, dont on ne peut que craindre une multiplication des conséquences sanitaires sur les humains. Par conséquent, il est urgent de revoir notre façon de concevoir, construire et vivre la ville. Des solutions sont disponibles, bien qu’une seule ne suffise pas à contrer ce phénomène. C’est bien une vision holistique et systémique de la ville qui est à développer, prenant en compte le sol, l’eau, le végétal et l’air. La forme urbaine, nos activités et notre comportement sont également à revoir à travers ce prisme. Les stratégies de lutte contre les îlots de chaleur peuvent varier selon les organisations et les lieux, mais la nécessité de coordonner les échelles et les acteurs est fondamentale. La voie règlementaire, si elle a une visée générale, n’a pas la souplesse d’un projet dont le fil rouge tient compte des ICU. Jouer sur la complémentarité des stratégies est donc également nécessaire. L’importance de la recherche sur ce sujet est primordiale, mais il y a également un besoin avéré d’outils simples à manipuler pour modéliser et adapter les projets et la ville à ce phénomène. Enfin, une modification des relations entre les acteurs, de leur formation et de la gestion des projets est indispensable pour réussir à englober dans sa complexité le phénomène d’îlot de chaleur urbain. Il appartient désormais aux décideurs, concepteurs et citoyens de s’en saisir, pour (re)trouver une ville qui soit agréable à vivre et qui minimise les impacts sanitaires, environnementaux et économiques de ce phénomène. Et, qui sait, cela engagera peut-être le début d’une nouvelle forme d’architecture ?

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ANNEXES Glossaire ADEME : Agence de la transition écologique (auparavant Agence de l’Environnement et de la maîtrise de l’énergie), elle a la charge de coordonner, de faciliter et de réaliser des opérations de protection de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie, en particulier vers les entreprises. C’est l’agence référente en matière de transition énergétique en France. Albédo : facteur correspondant à la fraction du rayonnement solaire incident réfléchie par une surface. L’albédo dépend de la nature de la surface irradiée et de la zone spectrale du rayonnement incident. Une surface blanche a un albédo proche de 1 (elle renvoie presque tout le rayonnement) et une surface noire proche de 0 (elle absorbe presque tout le rayonnement). Plus un matériau réfléchit la lumière, moins il est susceptible de contribuer à l’ICU. APC : Agence Parisienne du Climat. C’est une agence fondée à la suite du plan climat de la ville de Paris. Elle a pour rôle d’informer, de conseiller et d’accompagner les Parisiens dans leurs démarches contre le changement climatique et pour la transition énergétique et écologique. BIMBY : de l’anglais ‘Build In My Back Yard’, soit en français ‘construire dans mon jardin’. C’est une démarche qui vise à densifier les parcelles en construisant du logement dans les jardins des maisons pavillonnaires pour éviter l’étalement urbain. Campagne de mesures : Suite de mesures météorologiques limitées dans le temps visant à collecter des données ponctuelles et/ou linéaires afin de mieux estimer les conditions climatiques sur le terrain. Elles peuvent aussi servir pour une comparaison avec les résultats des modélisations ou pour approfondir ces dernières Capacité thermique Quantité de chaleur mise en réserve par un matériau lorsque sa température augmente de 1 °C. Ce facteur est exprimé Wh/m3.°C. Il est obtenu en multipliant la masse du matériau par la chaleur spécifique du matériau. Plus la capacité thermique est importante, plus la quantité de chaleur à apporter à un matériau pour élever sa température est grande.

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CAUE : Conseil de l’Architecture, de l’Urbanisme et de l’Environnement. C’est un organisme public, existant dans chaque département français, ayant la charge de conseiller, former et sensibiliser en matière d’architecture, d’urbanisme et d’environnement les élus ou les particuliers. CDC : Caisse des Dépôts et Consignations. C’est une institution financière publique française, qui gère des flux monétaires et agit pour le compte de l’Etat français dans le logement, les entreprises, les universités et le développement durable. Par exemple, elle gère les fonds du Livret A et finance du logement social par ce biais. CEREMA : Centre d’Etudes et d’Expertise sur les Risques, l’Environnement et la Mobilité et l’Aménagement. Il apporte un appui technique aux collectivités territoriales et mène des recherches et actions sur ses sujets de missions. CFD : de l’anglais ‘Computational Fluid Dynamics’, soit en français ‘dynamique des fluides numérique’ ou ‘mécanique des fluides numérique’. C’est une discipline qui consiste à étudier les mouvements d'un fluide, ou leurs effets, par la résolution numérique des équations régissant le fluide. La FCD est particulièrement utile pour étudier les vents à travers la ville. CNRM : Centre National de Recherches Météorologiques. C’est une unité de recherche sur la météorologie en lien avec le CNRS et Météo-France. CNRS : Centre National de Recherche Scientifique. C’est l’organisme de recherche scientifique français de référence. Conduction (thermique) : un des trois modes de propagation de la chaleur. La conduction de chaleur s’effectue par le contact de deux objets ayant une différence de température. Convection : un des trois modes de propagation de la chaleur. La convection correspond au déplacement de chaleur au sein d'un fluide par le mouvement de l'ensemble de ses molécules. Couloir de ventilation Les couloirs de ventilation facilitent les échanges d’air horizontaux dans la ville grâce à la faible rugosité du sol et à une certaine largeur. Les routes en ligne droite (boulevard), les canaux ou les espaces ouverts en font par exemple partie.

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COV : Composés Organiques Volatils : composés organiques sous forme gazeux présent dans l’air. Les meubles neufs peuvent par exemple dégager des COV. On peut citer comme COV les isoprènes, monoterpènes ou les hydrocarbures. CRENAU : Centre de Recherche Nantais Architectures Urbanités. C’est une équipe de recherche de l’ENSA de Nantes, rattachée au laboratoire Ambiance Architectures Urbanités. Diffusivité : facteur indiquant la vitesse à laquelle un matériau répond à un changement de température. Plus la diffusivité est faible, plus le matériau est inerte. Déphasage : lié à l’inertie, c’est la capacité du matériau à ralentir les transferts de chaleur ou plus précisément le temps que met le matériau à renvoyer une onde de chaleur reçue. On estime ce déphasage en heure, entre le moment où la chaleur est reçue et emmagasinée par le matériau et le moment où il la restitue à son environnement. En fonction du moment où la chaleur est transférée, cela peut impacter diversement l’ICU. Éblouissement Inconfort ou affaiblissement de la vision que l’on expérimente lorsque des parties du champ visuel sont excessivement claires comparativement à l’entourage. Effet de cheminée phénomène qui mène à l’élévation d’un fluide lorsqu’il s’échauffe, en raison de la diminution de sa densité (un fluide étant moins dense lorsque sa température augmente par agitation de ses molécules). On utilise ce phénomène thermique naturel pour évacuer la chaleur interne d’un bâtiment en facilitant la sortie de l'air tiède ou chaud à travers des ouvrants en partie haute (ventilation naturelle). Emissivité : c’est le rapport entre la quantité d’énergie que le matériau rayonne et celle rayonnée par un corps noir à la même température. L'énergie qui n'est pas diffusée contribue au réchauffement des surfaces. La mesure de l’émissivité permet d’évaluer la répartition de surface des flux thermiques à une température donnée et dépend de la capacité des matériaux à émettre un rayonnement infrarouge dans la bande de longueurs d’onde choisies. Ce coefficient est aussi exprimé par une valeur située entre 0 et 1. Un matériau d’émissivité faible est un meilleur isolant thermique. Facteur de vue du ciel Mesure de l’ouverture vers le ciel d’une texture urbaine ou de la portion de ciel observable à partir de la surface considérée, qui dépend de la géométrie de l’espace donné.

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Humidité relative : c’est le rapport de la pression partielle de la vapeur d'eau contenue dans l'air sur la pression de vapeur saturante à la même température. C’est une mesure du rapport entre le contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale à en contenir dans ces conditions. Dans un bâtiment, l’humidité relative est généralement comprise entre 40% et 60%. ICU ou Îlot de chaleur : L’effet d’îlot de chaleur désigne le réchauffement de l’espace urbain par rapport aux zones rurales avoisinantes. L’ICU est le plus fort le soir et la nuit. Dans ces zones, les températures moyennes annuelles sont supérieures de 0,5 à 1,5 °C à celles des zones rurales avoisinantes. INED : Institut National d’Etudes Démographiques. C’est un établissement public français spécialisé dans la démographie. Inertie: c’est la résistance au changement de température du matériau lorsqu’intervient une perturbation de son équilibre thermique. Ici, quand la température varie autour du matériau, plus il a une forte inertie, plus il mettra du temps à rejoindre la température de son environnement. Par conséquent, un matériau à forte inertie peut contribuer à l’ICU si son déphasage s’opère durant la nuit. INRS : Institut National de la Recherche et de la Sécurité. C’est une association qui fait de la prévention sur les accidents et maladies professionnelles. Métabolisme : c’est l'ensemble des réactions chimiques se produisant au sein de l'organisme, et par lesquelles certaines substances s'élaborent, ou se dégradent. Dans le cas de la thermique, il peut être utile de connaître le métabolisme d’un humain (calculé en Watt) pour en déduire la charge thermique interne du bâtiment. Microclimat : climat localement dominant de la couche d’air proche du sol dans une zone prédéfinie, qui est déterminé par les conditions locales (sol, imperméabilisation, végétation, géométrie urbaine, etc.) et des processus à petite échelle. Modèle climatique Représentation numérique du système climatique basée sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques de ses composants, leurs processus d’interaction et de rétroaction. Les modèles climatiques sont des outils de recherche utilisés pour l’étude et la

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simulation du climat, mais aussi dans des buts opérationnels comme les prévisions climatiques mensuelles, saisonnières et interannuelles. Morphologie urbaine Forme tridimensionnelle d’un groupe de bâtiments ainsi que les espaces que celui-ci crée. PCAET : Plan Climat-Air-Energie Territorial. C’est un plan fixant des objectifs stratégiques et opérationnels en lien avec les cibles climat, air et énergie nationales appliquées sur un territoire donné. PET : de l’anglais ‘Physiological Equivalent Temperature’, soit en français ‘Température Physiologique Equivalente’. La PET est un indice du bien-être thermique d’un individu, calculé à partir de paramètres météorologiques (la température de l’air, l’humidité de l’air, la vitesse du vent et la température de rayonnement). Les propriétés physiologiques du corps humain (âge, habillement, type d’activité). La PET est indiquée en °C et va des valeurs de « stress extrême de froid » à « stress extrême de chaleur ». PMV : de l’anglais ‘Predicted Mean Vote’, en français ‘ Indice de Vote Moyen Prévisible’ donne l’avis moyen d’un groupe important de personnes qui exprimeraient un vote de sensation de confort thermique. Ce vote est donné sur une échelle variant autour de zéro. Une valeur de PMV de zéro exprime une sensation de confort thermique optimale. Une valeur de PMV négative signifie que la température est plus basse que la température idéale. Une valeur de PMV positive signale qu’elle est plus élevée que la température optimale. PPD : de l’anglais ‘Predicted Percentage Dissatisfied’, soit en français ‘Pourcentage prévisible d’insatisfaits’. Cet indice donne, en fonction de l’indice PMV d’une situation thermique précise, le pourcentage de personnes insatisfaites par rapport à la situation. Connaissant le PMV, un abaque permet d’évaluer directement le PPD. Si par exemple, le PMV est de – 1 ou + 1, l’indice PPD montre que près de 25 % de la population n’est pas satisfaite. Pour ramener le PPD à une valeur maximale de 10 % (ce qui est généralement l’objectif à atteindre dans un bâtiment), le PMV doit se situer entre – 0,5 et + 0,5. Et pour une valeur 0 de PMV, soit un état de confort thermique optimal, il y a encore 5 % d’insatisfaits. Photosynthèse : c’est une réaction biochimique énergétique qui se déroule chez les plantes. La photosynthèse a pour but de créer de l'énergie à partir de l'énergie lumineuse

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provenant du soleil. Elle absorbe du dioxyde de carbone et rejette dans l’environnement du dioxygène. PLUI : Plan Local d’Urbanisme Intercommunal. C’est un document d’urbanisme obligatoire qui décrit les règles auxquels doivent se conformer les bâtiments. Il établit les zones constructibles, non constructibles ou protégées. Il peut également contenir des dispositions sur le logement (plan local d’habitat) ou la mobilité (plan de déplacements urbains). Rayonnement (thermique) : c’est un des trois modes de propagation de la chaleur. Il correspond à l’émission d’ondes électromagnétiques par un objet. Refroidissement par évaporation : Refroidissement de l’air par un processus d’évaporation : un fluide change d’état en passant de liquide à gazeux, en prélevant de l’énergie à l’air ambiant sous forme de chaleur. Refroidissement par évapotranspiration L’évaporation de l’eau à partir des plantes (évapotranspiration) prélève de l’énergie dans l’air ambiant sous forme de chaleur pour le refroidir. SCOT : Schéma de Cohérence Territorial. C’est un document d’urbanisme utilisé pour la conception et la mise en œuvre d’une planification stratégique intercommunale. Il est effectué à l’échelle d’un bassin de vie ou d’une aire urbaine, dans le cadre d’un projet d’aménagement et de développement durables (PADD). Système radiculaire (des arbres) : ensemble du système de racines présents dans le sol. Il permet à la fois de nourrir l’arbre et de propager des informations en lien avec le réseau mycorhizien (champignons) dans le sol. UTCI : de l’anglais ‘Universal Thermal Climate Index’, soit en français ‘indice universel du climat thermique’. C’est un indice du bien-être thermique d’un individu qui découle de paramètres météorologiques (comme la température de l’air, l’humidité de l’air, la vitesse du vent et la température de rayonnement). Les propriétés physiologiques du corps humain sont aussi prises en considération pour le calcul, en plus des variables d’environnement. L’indice part de l’hypothèse d’un ‘individu normalisé’ (35 ans, 75 kg, 1,75 m, en position debout). Il permet d’objectiver la sensation de confort thermique et s‘exprime en degrés avec des niveaux de stress, allant d’un état sans stress thermique (entre 9° et 26°) à un état de stress

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thermique extrême (supérieur à 46°). L’avantage de l’UTCI est qu’il est valable dans toutes les zones climatiques à toutes les saisons, il permet donc des comparaisons facilement.

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Bibliographie Ouvrages PAOLINI, Christopher. L’Aîné. Bayard Jeunesse. Vol. 2. Cycle de l’Héritage, 2005. TERRIN (dir.), Jean-Jacques. Villes et changement climatique, îlots de chaleur urbains. Parenthèses. La ville en train de se faire, 2015.

Ouvrages non référencés dans le mémoire CARPENTIER, Jean-Noël. Ville végétale, ville écolo. Quand nous végétaliserons enfin nos villes. Alma Editions, 2019. COCCIA, Emmanuelle. La vie des plantes, une métaphysique du mélange. Payot & Rivages, 2016. HAWKEN, Paul. Drawdown. Comment inverser le cours du réchauffement climatique. Actes sud, 2018. HOPKINS, Rob. Manuel de transition : de la dépendance au pétrole à la résilience locale. Ecosociété, 2010 PAQUOT, Thierry. Un philosophe en ville. Infolio, 2016 VICARI, Jacques. Ecologie urbaine. Entre la ville et la mort. Infolio, 2008. YUDINA, Anne. Villes-jardins. Vers une fusion entre le végétal et la ville. Eugen Ulmer Editions, 2017.

Articles & Revues Baumgartner, Hansjakob. « Réchauffement climatique, Rafraîchir les villes en été ». L’environnement (magazine), no 2 (2019): 44‑47. « Chaleur en ville, Du vert plutôt que du gris ». L’environnement (magazine), Adaptation aux changements climatiques, 3 (2017): 14‑17. PLOYE, François. « Résilience - Volet 2 : bâti et infrastructure à l’épreuve des canicules », Qualité Construction, no 181 (août 2020).

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Rapports & Thèses ADEME. « Végétaliser : agir pour le rafraîchissement urbain », juillet 2020. https://www.ademe.fr/vegetaliser-agir-rafraichissement-urbain. Agence Parisienne du Climat & Météo France. « L’îlot de chaleur urbain », septembre 2018. https://www.apc-paris.com/sites/www.apcparis.com/files/file_fields/2018/09/25/icu-brochureapc-mf.pdf. APUR. « Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier 2 », mai 2014. APUR (Atelier Parisien d’urbanisme). « Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier 1 », décembre 2012. A’Urba, Alec. « Adapter les tissus urbains de la métropole bordelaise au réchauffement climatique », 4 septembre 2019. « demarche_strasbourg_ca_pousse.pdf ». Consulté le 27 octobre 2020. http://franceurbaine.org/fichiers/documents/franceurbaine_org/publications/etudes /demarche_strasbourg_ca_pousse.pdf. « diagnostic_de_la_surchauffe_urbaine-ademe_ils_l_ont_fait_recueil_bd_010307.pdf ». Consulté le 14 août 2020. https://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/diagnostic_de_la_surch auffe_urbaine-ademe_ils_l_ont_fait_recueil_bd_010307.pdf. EuroHEAT & INSERM. « Improving Public Health Responses to Extreme Weather/ HeatWaves – EuroHEAT », mars 2007. http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0018/112473/E91350.pdf. GIGUERE, Mélanie. « Mesures de lutte aux îlots de chaleur urbains ». Québec (Canada): Institut National de Santé Publique du Québec, juillet 2009. https://www.inspq.qc.ca/publications/988. INED. « La canicule d’août 2003 en France, fiche pédagogique », 2004. https://www.ined.fr/fichier/s_rubrique/258/canicule.fr.pdf. INRS. « Travail à la chaleur et confort thermique », 1999. « kit2.pdf ». Consulté le 5 juin 2020. https://www.un.org/french/ga/istanbul5/kit2.pdf. 123

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Conférences & Entretiens BOUYER, Julien. Îlot de Chaleur Urbain, 26 mars 2020. BROLLY, Suzanne. MERTZ Lucas. 23 janvier 2020. DELHOMMEAU Frédéric. 21 février 2020. JAEGER Jérémie. LEONARD, 30 minutes pour demain. La Nature en ville, une « promesse dangereuse », 20 avril 2020. PAPIN Olivier. 7 juillet 2020. SCHUITEN Luc. 27 novembre 2019. STELLA, Patrick. LEONARD, 30 minutes pour demain. Chaleur sur la ville : comprendre et atténuer les îlots de chaleur urbains, 22 avril 2020.

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Energie Plus Le Site. « Confort thermique : généralité », 25 septembre 2007. https://energieplus-lesite.be/theories/confort11/le-confort-thermique-d1/. « Contre la clim, concevoir des “villes éoliennes” en zone tropicale ». Consulté le 21 août 2020. https://theconversationcom.cdn.ampproject.org/c/s/theconversation.com/amp/contre-la-clim-concevoirdes-villes-eoliennes-en-zone-tropicale-132483. Ça m’intéresse - La curiosité en continu. « Coup de froid sur l’Europe au XVIIIe siècle, qui est le coupable ? - Ça m’intéresse », 17 décembre 2019. https://www.caminteresse.fr/environnement/coup-de-froid-sur-leurope-au-xviiiesiecle-qui-est-le-coupable-11125856/. « Der Steg – Konstruktion - Bureau Baubotanik ». Consulté le 24 octobre 2020. http://www.bureau-baubotanik.de/projekte/der-steg/konstruktion. Reporterre, le quotidien de l’écologie. « En ville, c’est bien de planter des arbres mais pas n’importe comment ». Consulté le 29 mars 2020. https://reporterre.net/En-ville-cest-bien-de-planter-des-arbres-mais-pas-n-importe-comment. Les Echos. « Face au Covid-19, ces citadins qui font le choix de la campagne », 16 octobre 2020. https://www.lesechos.fr/weekend/perso/face-au-covid-19-ces-citadins-quifont-le-choix-de-la-campagne-1256218. « France - Population urbaine (% de la population totale) | Statistiques ». Consulté le 5 juin 2020. http://perspective.usherbrooke.ca/bilan/tend/FRA/fr/SP.URB.TOTL.IN.ZS.html. GOUDAILLER, Christophe. « La sécheresse s’étend, 61 départements en alerte ou en crise ». leparisien.fr, 16 juillet 2019. https://www.leparisien.fr/societe/la-secheresse-setend-61-departements-en-alerte-ou-en-crise-16-07-2019-8117781.php. Agence Parisienne du Climat. « Ilots et parcours de fraîcheur à Paris : Où se rafraîchir cet été ? », 11 juillet 2018. https://www.apc-paris.com/article-rubrique/ilots-parcoursfraicheur-a-paris-ou-se-rafraichir-cet-ete. « John Krubsack | treeshapers.net ». Consulté le 22 octobre 2020. http://treeshapers.net/john-krubsack. « La France et les Français face à la canicule : les leçons d’une crise ». Consulté le 7 août 2020. https://www.senat.fr/rap/r03-195/r03-19510.html.

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Maxime DROUET

Liste des entretiens effectués 29 novembre 2019 : Luc SCHUITEN Entretien avec Luc SCHUITEN, architecte et dessinateur belge, penseur de l’architecture végétale. Effectué en compagnie de Numa LATOURTE et Léa NICAISE, par visioconférence.

23 janvier 2020 : Suzanne BROLLY & Lucas MERTZ Entretien avec Suzanne BROLLY, référente environnement à l'ADEUS (Agence de développement et d'urbanisme de l'agglomération de strasbourgeoise) et Lucas MERTZ, chargé d’étude environnement à l’ADEUS. Effectué dans les locaux de l’ADEUS à Strasbourg.

20 février 2020 : Frédéric DELHOMMEAU Entretien avec Frederic DELHOMMEAU, directeur habitat et rénovation à l’APC (Agence Parisienne du Climat). Effectué via un appel téléphonique.

26 mars 2020 : Julien BOUYER Entretien avec Julien BOUYER, chercheur en climatologie urbaine au CEREMA (Centre d’Etudes et d’Expertise sur les Risques, l’Environnement et la Mobilité et l’Aménagement) de Nancy. Effectué via un appel téléphonique.

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Ilot de chaleur urbain – Compréhension, Solutions & Stratégies

Maxime DROUET

6 avril 2020 : Jérémie JAEGER Entretien avec Jérémie JAEGER, chargé de mission à l’APC (Paris). Effectué via un appel téléphonique.

4 juillet 2020 : Oliver PAPIN Entretien avec Olivier PAPIN, directeur et responsable innovation chez E6 (groupe NEPSEN). Effectué via un appel téléphonique.

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Ilot de chaleur urbain – Compréhension, Solutions & Stratégies

Maxime DROUET

Résumé

L’îlot de chaleur urbain est un phénomène de surproduction de chaleur en ville par rapport à la campagne environnante. En effet, la différence de température entre ces deux environnements peut atteindre jusqu’à 10°C. Cela a des impacts sur le plan sanitaire, économique et environnemental, qui sont détaillés dans ce mémoire. Ce phénomène est produit par trois familles de facteurs : des facteurs morphologiques, surfaciques et anthropiques. Cette diversité de facteurs explique la difficulté à résoudre ce phénomène. Il faut en effet jouer sur plusieurs paramètres en même temps pour permettre un changement significatif. Par ailleurs, la ville étant une entité complexe faite de flux, de personnes et d’immobilier, les changements sont longs à advenir. Ce mémoire tente donc d’expliquer ce phénomène, de présenter les facteurs susceptibles de faire diminuer cet effet ainsi que les stratégies mises en œuvre à ce jour par les différents acteurs de la ville pour le combattre.

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