REPEXTREM

Analyse et représentations des épisodes caniculaires en zones urbaines denses

Le projet est porté par l’IFSTTAR et le CNRS-GAME

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Objectif

L’objectif du projet est d’améliorer la description des impacts de la canicule en milieu urbain en intégrant la durée et les configurations spatiales pour en déduire les zones de dangerosité et proposer des représentations graphiques innovantes du risque caniculaire.

Ce projet vise donc à concevoir des cartes de dangerosité liées au risque de canicule à l’échelle des quartiers. Il se base sur le modèle de calcul des îlots de chaleur (ICU) TEB conçu par Météo-France en apportant plusieurs améliorations :

  • en augmentant la précision spatiale en travaillant sur des mailles de 100*100m²,
  • en intégrant la durée des phénomènes et donc les températures passées et les prévisions,
  • en prenant en compte mieux en compte les configurations spatiales dont les orientations de bâtiments,
  • en distinguant les températures extérieures et intérieures, et à l’intérieur des bâtiments, les étages.

Contexte et présentation générale

La manifestation la plus connue du microclimat généré par les villes, en particulier lors de canicule (c’est-à-dire une absence de refroidissement pendant la nuit, quand on dépasse pendant 3j consécutif la température de 31°C le jour et de 21°C la nuit) est l’excès des températures, appelé l’îlot de chaleur urbain (ICU). Ce dernier se caractérise par des hausses de températures parfois importantes dans le centre d’une ville par rapport à sa périphérie. Ce phénomène est généralement provoqué par l’accumulation de nombreux facteurs à l’instar d’un urbanisme dense, de chaleur anthropique, d’une imperméabilisation trop importante, d’un déficit de végétal et d’eau dans les espaces publics.

 

Figure1 résumé REPEXTREM

Fig 1 les températures nocturnes en Aout 2003 et en Aout 2000 © Météo-France

 

La connaissance et la modélisation des phénomènes physiques urbains sont devenues un enjeu important notamment pour l’aide à la décision environnementale. Ainsi, le développement sur les connaissances de la micro-climatologie urbaine est l’un des facteurs majeurs pour la maitrise de l’îlot de chaleur urbain et la gestion des risques sanitaires.

Il existe une multitude de modèles météorologiques travaillant à différentes échelles. Le modèle Town Energy Balance [TEB] (Masson, 2000), travaillant à l’échelle de la rue, intègre de nouveaux paramètres afin de simuler avec plus de précision les échanges entre les surfaces urbanisées et l’atmosphère (flux de chaleur, de vapeur d’eau et de quantité de mouvement). La géométrie urbaine y est simplifiée : le modèle ne vise pas à simuler explicitement tous les détails d’un bâtiment ou d’une rue donnée mais plutôt les processus à l’échelle d’un quartier. TEB prend en compte les paramètres de surface ayant une influence significative sur l’atmosphère. De plus, la température et l’humidité dans les rues mais aussi à l’intérieur des bâtiments sont calculées pour appréhender le microclimat urbain et l’inconfort thermique (issu de l’indice UTCI Universal Thermal Climate Index). Pour cela, le modèle (sur chaque maille) représente la ville par une rue-type où la largeur, la hauteur des bâtiments, les matériaux, la proportion de fenêtres sont connues et pris en compte.

Plusieurs études en bioclimatologie ont permis de comprendre la relation affectant l’organisme humain au climat. Les risques sanitaires sont une des conséquences de l’îlot de chaleur urbain. Le phénomène de l’ICU pose des questions sanitaires notamment lors de canicules. Les risques sanitaires dépendent principalement de l’intensité de la chaleur et de l’humidité relative de l’air, de la durée de l’exposition et de la vulnérabilité des personnes. Par rapport à d’autres phénomènes, la canicule prend sa dangerosité dans la durée.

 

Figure2 résumé REPEXTREM

Fig 2, l’importance de la durée dans la dangerosité (image extraite de l’article de Cadot et Spira, 2006)

 

« La durée de la vague de chaleur de 2003 a renforcé sa singularité : à Paris, des températures supérieures à 35°C ont été enregistrées de façon ininterrompue pendant neuf jours, du 4 au 12 août » (Cadot et Spira, 2006)

Dans ce contexte, le projet a pour but de mieux évaluer et de mieux communiquer sur les risques de canicules en zones urbaines denses. Au niveau des représentations graphiques des phénomènes de canicule plusieurs points devraient être améliorées : les représentations focalisent sur la prévision des températures alors que la dangerosité devrait être intégrer à minima la durée du phénomène. Les représentations sont généralement peu précises et lissent la réalité : on ne voit les écarts locaux ni en planimétrie ni en altimétrie.

Approche proposée

Pour estimer la température en ville, TEB décompose la ville en mailles et caractérise chaque maille par un ensemble d’indices dont entre autre le % d’immeubles, % de routes, % de végétations, l’orientation principale des bâtiments. Ces indices permettent, en fonction de données météo environnantes et calculées par un autre modèle (de type MesoNH), d’estimer les températures dans la maille. La taille de la maille est donc essentielle à la granularité des résultats. Plus la maille est grande (1km²), plus l’espace analysé peut être grand ou le calcul rapide. Inversement plus une maille fine (100*100m²), plus la prévision est spatialement précise mais longue à calculer.

 

Figure3a résumé REPEXTREM Figure3a résumé REPEXTREM

Fig 3: maille de 1km² , maille de 100*100m² (extrait Orthophotographies RGE © IGN).

 

Dans le détail, TEB estime un ensemble de températures moyennes dans chaque maille : dans les bâtiments et dans la rue à différentes altitudes (figure 4). Dans les faits, la température est bien plus variable que cela mais l’estimation donnée est assez précise pour de nombreuses applications.

 

Figure4 résumé REPEXTREM

Fig 4: Températures estimées à l’intérieur des bâtiments et dans la rue

 

Pour évaluer les risques caniculaires, nous souhaitons préciser les écarts de température et évaluer ces variations dans le temps.

 

Figure5 résumé REPEXTREM

Fig 5: Préciser les températures à partir de tests et d’analyse spatiale

 

Les recherches en cours visent à extraire et structurer les connaissances provenant de TEB, à analyser les champs de températures et à construire des règles qui permettront de désagréger l’information (fig 5).

Publications en lien direct avec le projet

Cadot E et Spira A, Canicule et surmortalité à Paris en Aout 2003, le poids des facteurs socio-économiques 2006/2-3 Espace urbain et Santé

Masson V., 2000, A physically-based scheme for the urban energy budget in atmospheric models. Boundary-Layer Meteorology vol 94, pp357-397

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