Les îlots de chaleur urbains (ICU) sont devenus un enjeu majeur pour les villes et collectivités en quête de résilience climatique. Avec l’intensification du réchauffement climatique et l’urbanisation croissante, ces zones où les températures peuvent dépasser de plusieurs degrés celles des espaces environnants posent un risque accru pour la santé et la qualité de vie des habitants, ainsi que la biodiversité, et peut également entraver les efforts de réduction des consommations énergétiques.
Les défis sont nombreux, mais des solutions existent pour atténuer ces effets et rendre nos villes plus vivables, de l’implémentation de politiques de revégétalisation urbaine aux infrastructures innovantes, pilotées par des outils de pointe comme le jumeau numérique. Ces approches combinées permettent d’envisager des environnements urbains plus frais, plus verts et plus résilients.
Comprendre les îlots de chaleur urbains (ICU)
Îlot de chaleur urbain : définition
Les îlots de chaleur urbains (ICU) sont des zones en milieu urbain où les températures sont significativement plus élevées que dans les zones rurales environnantes, particulièrement la nuit. Ce phénomène résulte du stockage de la chaleur des villes, issue des rayonnements solaires en journée et de l’activité et des infrastructures humaines.
En d’autres termes, la chaleur du soleil est emmagasinée durant la journée, avant d’être restituée très lentement la nuit, ce qui limite le refroidissement de l’air, créant un contraste avec le refroidissement en périphérie rurale. Les écarts de température relevés la nuit peuvent ainsi atteindre jusqu’à 12°C.
Illustration du phénomène d’îlot de chaleur urbain en région parisienne.
Températures observées le 20/05/2020 à 00h00. Source : Meteo Concept
Quelles sont les causes des îlots de chaleur urbains (ICU) ?
Les îlots de chaleur urbains sont la résultante d’une accumulation de facteurs, dont les principaux sont :
- La diminution des espaces verts et des sols naturels : la tendance à l’urbanisation contribue à la réduction de la végétation dans les villes (arbres, pelouses, …), entrainant moins d’ombrage et d’évapotranspiration, un processus naturel qui rafraîchit l’air.
- La densité des constructions et des infrastructures : Les bâtiments et routes en béton ou en asphalte stockent plus de chaleur que les zones végétalisées, accentuant ainsi le réchauffement urbain
- La morphologie urbaine : les rues étroites et les bâtiments hauts créent des canyons urbains où l’air chaud circule moins bien, amplifiant l’effet des ICU
- Les rejets de chaleur liés aux activités humaines : la circulation automobile, les systèmes de climatisation et les industries, génèrent de la chaleur, qui est piégée par les gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone) qui agissent comme une barrière.
La combinaison de tous ces facteurs, additionnés au réchauffement climatique et aux températures de plus en plus élevées, participent ainsi à la formation de ce microclimat urbain.
Quelles solutions pour lutter contre les îlots de chaleur urbains ?
Face à ce défi grandissant, des solutions variées se profilent pour réduire les effets des îlots de chaleur urbains et améliorer la résilience climatique des villes. Ces stratégies peuvent même contribuer à la création d’îlots de fraicheur, qui constituent des zones naturellement plus fraiches en période chaude.
Réintroduire la nature en ville grâce à la végétalisation
Les plantes et la végétation sont l’un des remèdes les plus efficaces, et favorisent la création d’îlots de fraicheur. La végétalisation urbaine offre de nombreux avantages :
- Arbres : Les arbres fournissent de l’ombre et réduisent la température de l’air par évapotranspiration.
- Toitures et murs végétalisés : Ces infrastructures absorbent moins de chaleur et augmentent l’isolation thermique des bâtiments, réduisant ainsi le besoin de climatisation.
- Parcs et jardins : Les espaces verts améliorent la qualité de vie et réduisent les températures locales. Des études ont montré que les parcs peuvent abaisser la température de 2 à 3 °C dans leur environnement immédiat, et constituer ainsi des îlots de fraicheur dans les villes.
Illustration du phénomène d’évapotranspiration, permettant de refroidir l’air. Crédits : MB / ONF (Office National des forêts)
Les solutions végétales (aussi dites “solutions vertes”) sont donc un investissement prioritaire pour atténuer l’ampleur des îlots thermiques, tout en contribuant à l’adaptation au changement climatique. Elles ont en effet d’autres bénéfices qui vont au-delà du rafraichissement des villes : stockage du carbone, infiltration de l’eau dans les sols, meilleure qualité de l’air, préservation de la biodiversité…
Cependant, les solutions vertes ne suffisent pas à elles seules et doivent être accompagnées d’autres stratégies.
L’eau pour rafraîchir l’espace urbain
Le recours aux solutions basées sur l’eau (solutions “bleues”) permet également de rafraîchir les espaces urbains :
- Fontaines et plans d’eau : L’eau absorbe et dissipe la chaleur, contribuant à rafraîchir l’air ambiant. La présence d’un plan d’eau peut abaisser la température de 1 à 3 °C dans son environnement proche.
- Systèmes de rafraîchissement urbain : des brumisateurs ou des systèmes de refroidissement par évaporation peuvent être installés dans les espaces publics pour diminuer la température.
Ces solutions permettent non seulement de réduire la chaleur, mais aussi de créer des espaces agréables et attractifs pour les habitants, augmentant ainsi la qualité de vie urbaine.
Changer les comportements des citoyens et la gestion de la ville
La lutte contre les ilots de chaleur implique également des changements dans les comportements et les pratiques des citadins (solutions “douces”), ainsi que des politiques publiques pour les encourager :
- Réduction de la consommation énergétique : Moins de consommation d’énergie signifie moins de chaleur rejetée. Encourager l’efficacité énergétique dans les bâtiments et les infrastructures urbaines est une mesure clé.
- Réduction du trafic routier et des moteurs thermiques : Favoriser la mobilité douce (vélo, marche…), piétonniser les rues, limiter les vitesses de circulation, encourager l’achat ou la location de véhicules électriques, sont des exemples qui contribuent à diminuer l’utilisation des voitures et donc la chaleur produite par les moteurs à combustion.
- Sensibilisation et éducation : Informer les citoyens des gestes simples pour réduire les effets des ICU : priorisation des transports en commun et vélos, utilisation restreinte de la climatisation, aération des logements la nuit, fermeture des volets en journée… Tous les gestes qui contribuent à ne pas amplifier les effets des ICU et à mieux supporter ce phénomène lors de fortes chaleurs.
Ces actions, bien que modestes en apparence, peuvent s’additionner pour avoir un impact significatif et participer au rafraichissement de l’espace urbain.
(Ré)aménager le territoire : repenser les villes, quartiers, et infrastructures urbaines
Les solutions d’aménagement ou réaménagement du territoire (aussi appelées “solutions grises”) se concentrent sur l’amélioration des infrastructures urbaines pour réduire la chaleur emmagasinée et favoriser le rafraichissement de l’air :
- Augmenter l’albédo des surfaces : les surfaces sombres absorbent davantage la chaleur que les surfaces claires, qui bénéficient d’un meilleur albédo (capacité à réfléchir les rayonnements solaires). Les matériaux de construction à haute réflectivité, comme les toits blancs ou les revêtements routiers clairs, sont donc à prioriser, pour réduire l’absorption de la chaleur.
- Revêtements perméables : Les surfaces perméables permettent à l’eau de s’infiltrer et de rafraichir l’atmosphère (par évaporation), diminuant ainsi l’effet de chaleur. Ils permettent par la même occasion de réduire les risques d’inondations.
- Conception urbaine : Repenser la configuration des rues, l’orientation des bâtiments, pour créer de l’ombrage, maximiser la circulation de l’air et minimiser la capture de la chaleur
Illustration d’un réaménagement du stationnement Pierre-Laporte à Victoriaville, au Québec, s’inscrivant dans la lutte contre les îlots de chaleur et la réintroduction de la nature en ville : installation de pavés drainants clairs, îlots de bio rétention, augmentation de la couverture végétale…
Crédits : Milieu de vie en santé
C’est la somme de toutes ces solutions qui peut permettre d’atténuer le risque et les effets des îlots de chaleur urbains. La stratégie de lutte est évidemment différente selon chaque territoire, ville, ou quartier, et doit être adaptée. Le plan d’action défini doit être le fruit d’un diagnostic précis du territoire et de simulations avancées sur les effets des mesures envisagées.
Comment diagnostiquer son territoire et identifier les solutions de lutte les plus adaptées ?
Pour diagnostiquer efficacement les ICU et identifier les solutions les plus adaptées, il est essentiel de croiser différentes sources de données et d’expertises. Cette approche holistique permet de comprendre les spécificités du territoire, d’anticiper les zones à risque, et d’élaborer des stratégies de lutte adaptées.
La croisée des données et expertises pour mieux appréhender le territoire
Se faire accompagner par des experts en résilience climatique
Pour accompagner les collectivités dans leur démarche, plusieurs organismes et dispositifs offrent des services d’expertise et de soutien.
Les deux organismes de soutien aux collectivités majeurs sont le CEREMA et l’ADEME. Le CEREMA propose des outils de diagnostic, des recommandations techniques et des formations pour mieux comprendre et gérer les ICU. L’ADEME offre des aides financières, des outils méthodologiques et des ressources pour soutenir la résilience climatique, tout en facilitant l’identification et l’accès aux financements pour des projets de mitigation des ICU.
L’ADEME est d’ailleurs porteuse du projet « Plus fraîche ma ville », qui propose diverses méthodes de diagnostics pour identifier les zones à rafraîchir et développer des plans d’action concrets.
Enfin, certaines villes participent à des programmes de recherche, en partenariat avec des universités et des instituts de recherche, pour développer des solutions innovantes et adapter les bonnes pratiques à leur contexte local.
Produire et exploiter des données territoriales
Plusieurs types de données peuvent être mobilisées pour analyser un territoire et détecter les îlots de chaleur urbains :
- Données climatiques : Météo-France et les stations locales peuvent fournir des données sur les températures locales, jusqu’à l’échelle d’un quartier, essentielles pour identifier les variations thermiques urbaines.
- Données géographiques : Les images satellites et drones, ainsi que les cartes d’occupation des sols (ex. IGN), aident à analyser les surfaces urbaines (matériaux, végétation) et à visualiser les éléments influençant la formation des ICU.
- Données socio-économiques : Issues de l’INSEE ou des bases municipales, elles révèlent les quartiers les plus vulnérables aux ICU, en fonction de la densité ou l’âge moyen de la population, ou encore de sa situation économique.
- Données environnementales : des capteurs environnementaux placés à des endroits stratégiques mesurent la température, l’humidité et d’autres paramètres environnementaux, fournissant des données précises sur les conditions locales.
Pour tirer pleinement parti des données territoriales collectées, il est essentiel de les intégrer, les croiser et les analyser de manière cohérente. C’est là que le jumeau numérique intervient comme un outil puissant. Il permet d’agréger toutes ces informations, de diagnostiquer précisément les ICU, et de faciliter la prise de décision en simulant différents scénarios d’intervention.
Le Jumeau Numérique, outil de diagnostic et d’aide à la décision
Le jumeau numérique est une maquette numérique interactive 2D/3D d’un territoire, conçu dans le but de diagnostiquer et passer à l’action. Il permet de centraliser l’ensemble des données du territoire, et ainsi de diagnostiquer, simuler et optimiser les interventions en matière de rafraichissement de la ville, tout en facilitant la collaboration des différents experts. SIRADEL a développé une approche innovante pour lutter contre les îlots de chaleur urbain, basée sur la conception et l’exploitation du Jumeau Numérique du territoire.
Diagnostiquer et identifier les ICU grâce au jumeau numérique
Le jumeau numérique permet de modéliser et cartographier précisément les îlots de chaleur urbains en tenant compte de tous les paramètres locaux : densité de population, types de bâtiments, végétation existante, etc. Cette modélisation fournit une carte thermique détaillée, identifiant les zones les plus touchées et le degré de « gravité » du phénomène.
Il permet notamment de croiser des données multicritères, telles que les zones les plus chaudes avec des données socio-démographiques afin d’identifier les populations les plus à risque et de prioriser les actions pour mieux les protéger.
Calcul d’indice de vulnérabilité – croisement des données liés aux îlots de chaleur urbains et aux populations à risque. SIRADEL
Simuler, planifier et prioriser les actions d’atténuation des ICU
Le jumeau numérique, véritable réplique virtuelle d’un territoire, permet de simuler divers scénarii de transformation afin d’identifier le plus adapté en fonction des objectifs définis, de calculer des indicateurs personnalisés pour une meilleure compréhension de son territoire et de son évolution, ou encore d’impliquer et de sensibiliser les différentes parties prenantes.
Il constitue ainsi un outil privilégié d’aide à la décision et à la planification offrant une vision claire des réponses opérationnelles envisageables.
Déployer des solutions de lutte et mesurer leurs impacts
Le jumeau numérique aide également à piloter les projets de résilience climatique en suivant l’évolution des températures urbaines après la mise en œuvre des solutions, permettant ainsi de mesurer les impacts des plans d’actions.
Les résultats peuvent être partagés avec le public et les décideurs via des plateformes interactives, améliorant la transparence et la communication de la collectivité autour de la stratégie adoptée et de ses effets.
Ce qu’il faut retenir
- Les îlots de chaleur urbains se définissent par des températures plus élevées la nuit dans les zones urbanisées comparées aux zones rurales environnantes, principalement à cause de l’urbanisation, des activités humaines et de la réduction des espaces verts.
- Les causes des ICU incluent la densité des constructions et les matériaux utilisés, la réduction de la végétation, et l’activité humaine, qui contribuent au stockage de la chaleur et freinent le rafraichissement de l’espace urbain la nuit.
- Les solutions pour lutter contre les ICU sont multiples : végétalisation urbaine, optimisation des infrastructures (matériaux réflectifs, toits blancs), changements de comportement (mobilité douce…), et meilleure gestion de l’eau en milieu urbain.
- Le Jumeau Numérique est un outil indispensable pour diagnostiquer, simuler, planifier, et mesurer l’efficacité des solutions déployées contre les ICU.
- Siradel, expert dans la création de jumeaux numériques, accompagne les collectivités dans la lutte contre les ICU et l’adaptation au changement climatique. Pour plus d’informations sur nos solutions, contactez-nous : contact@siradel.com