Le phénomène d’Ilot de Chaleur Urbain (ICU)
L’impact des vagues de chaleur est le plus notable dans le milieu urbain en raison du phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU), qui comprend des températures de l’air et des surfaces plus importantes en site urbain que dans les espaces environnants associés aux zones périurbaines et rurales.
En général, l’intensité de l’ICU est négativement corrélée avec la vitesse du vent et la nébulosité, et positivement corrélée avec la taille de la ville et la densité d’habitants. Plus précisément, la surchauffe en milieu urbain est favorisée par la forte densité urbaine induisant le «piégeage radiatif», par les revêtements imperméables avec des fortes capacités d’accumulation de chaleur solaire et par les émissions de chaleur d’origine anthropique.
Schématiquement le profil de l’ICU est représenté par un pic semblable à un « îlot » situé au milieu de la ville. Mais en réalité, chaque ville a son propre ICU spécifique en fonction de sa taille, de son type de formes urbaines, de ses conditions météorologiques, de la situation géographique et de son interaction avec les activités humaines. Aussi, en raison de la grande diversité des espaces urbains au sein de la ville, on peut déceler des micro-îlots de chaleur urbains, ou des localisations urbaines isolées représentant les secteurs les plus chauds de ville.
Stratégies d’adaptation de la ville face aux vagues de chaleur exacerbées par les effets d’ICU
De nombreux travaux de recherche sur la climatologie urbaine explorent la pertinence des différents dispositifs de rafraîchissement pour diminuer les effets d’ICU. Les dispositifs de rafraîchissement représentent les éléments de l’aménagement architectural et urbain qui contribuent à une diminution des effets climatiques de l’urbanisation et à une amélioration du confort thermique piétonnier.
La première famille regroupe les dispositifs qui cherchent à réduire le stockage de la chaleur et en conséquence la demande de rafraîchissement. La deuxième famille regroupe les dispositifs introduisant les sources de fraîcheur en favorisant la présence de la végétation, de l’eau et des courants d’air. Par la suite, les stratégies seront présentées et illustrées par les dispositifs que l’on peut rencontrer lors d’un parcours quotidien dans la ville contemporaine, par les techniques de rafraîchissement traditionnelles et par les projets architecturaux contemporains conçus en regard au climat.
Dispositifs spécifiques au contexte et association des stratégies d’adaptation distinctes
Les études portent souvent sur les effets d’un dispositif isolé au sein du système climatique et cherchent à démontrer son efficacité pour améliorer la performance thermique des espaces urbains dans les différentes conditions météorologiques. Toutefois, la performance thermique des dispositifs ne peut pas être considérée à part de leur influence plus large et systématique sur le milieu dans lequel ils sont introduits.
Par exemple, les nouveaux matériaux appelés revêtements froids («cool pavements»), censés remplacer les revêtements classiques, sont caractérisés par le fort pouvoir réfléchissant, basé sur les pigments qui assurent une faible émissivité du rayonnement infrarouge et un fort effet d’albédo. Cependant, un trop fort pouvoir réfléchissant peut diminuer le confort visuel par l’éblouissement et le confort thermique, en particulier nocturne. En effet, l’introduction de matériaux réfléchissants perturbe les interactions thermiques entre les matériaux composant les revêtements des sols et les matériaux enveloppant les objets bâtis dans leur entourage proche (interactions entre les surfaces et l’atmosphère). La réflexion peut conduire au réchauffement du cadre bâti en fonction des dimensions des revêtements réfléchissants, du rapport d’aspect de la rue et des propriétés thermiques des matériaux. Le «piégeage radiatif» caractéristique pour les espaces de type «canyon» est fortement augmenté par l’introduction des matériaux réfléchissants.
Ainsi la réflexion pendant la journée aide à la diminution de la température de la surface tandis que la chaleur réfléchie et emmagasinée dans les murs contribue à l’ICU nocturne. Afin de pallier cet effet dans les rues de type «canyon», l’application des matériaux réfléchissants est préférée sur les parois du bâti que sur le sol. Aussi, cette mesure est plus propice aux espaces diffus avec des surfaces pleinement exposées au rayonnement solaire et cela dans des conditions de vent faible, en raison d’une influence importante de l’effet d’advection.
Systèmes naturels, sources de fraîcheur dans la ville
Dans le contexte urbain et dans les périodes estivales chaudes, l’arbre représente un climatiseur naturel passif de premier ordre puisqu’à la fois il réduit le stockage de chaleur et apporte de la fraîcheur. Le houppier intercepte et absorbe les flux radiatifs et génère de l’ombre, tandis que l’air dans son entourage proche est rafraîchi par le processus d’évapotranspiration. La restitution de la fraîcheur par des canopées est plus importante au-dessus de la pelouse que dans le cas où celle ci est située au-dessus du béton. Les revêtements poreux et les matériaux perméables permettant l’infiltration de l’eau impliquent un cheminement de l’eau sur du plus long terme et en lien avec l’écosystème.
Cependant, l’espace urbain est caractérisé par un manque de systèmes végétaux en faveur d’une grande densité du bâti ainsi que par une abondance de revêtements minéraux dérivés du pétrole. À l’origine, l’asphalte était introduit pour des raisons hygiéniques (assurant l’absence de boue et de poussière) et pour des raisons pratiques de nivellement du sol. L’asphalte devient répandu dans les villes européennes à partir de milieu de XIXe siècle en raison de ses propriétés mécaniques (résistance/durabilité), acoustiques (absorption) et économiques (car peu coûteux) .
En remplaçant les sols perméables par les surfaces imperméables (l’asphalte, le bitume, le béton), le potentiel de diminution de la température par évapotranspiration et par ombrage des végétaux est réduit. Aussi, l’eau pluviale est collectée par les réseaux et drainée directement via les égouts aux rivières et à la mer. Par conséquent, l’absorption de la chaleur associée au processus d’évaporation est moins présente en ville.
Les systèmes végétaux sont présents d’une manière ponctuelle dans la ville, sous forme par exemple d’arbres épars ou alignés, de friches, de jardins ou de parcs urbains plus ou moins entretenus. Ils sont maintenus et ordonnés en raison de l’aspect esthétique, mais aussi pour des raisons sécuritaires (masque visuel, blocage des égouts, obstacle au cheminement et à la circulation).
Limites des stratégies d’adaptation de la ville à l’échelle urbaine « micro »
Les stratégies et les dispositifs présentés dans ce chapitre nous ont permis de poser un cadre général du sujet, de présenter l’origine du problème et les solutions avancées.
Bien que les situations simples et les études isolant un phénomène climatique ou une stratégie de rafraîchissement particulière donnent des résultats plus précis, les interactions entre les phénomènes climatiques ne permettent pas une considération isolée des phénomènes ni une différenciation des dispositifs nette et définitive. Certains dispositifs de rafraîchissement appartiennent aux deux familles des dispositifs à la fois. Par exemple, un bassin d’eau est une source de fraîcheur qui diminue la température de l’air et augmente l’humidité, et en même temps réduit le stockage de chaleur dans le sol par la modification des propriétés radiatives du revêtement. De même, un arbre apporte de la fraîcheur et réduit le stockage de chaleur dans le sol par l’ombre projetée. Aussi, l’introduction d’un élément spatial censé adapter la ville aux conditions estivales chaudes, par exemple le revêtement réfléchissant, peut perturber les échanges thermiques locaux conduisant à des conditions inconfortables. Ainsi, l’introduction des dispositifs de rafraîchissement dans le milieu urbain doit être réfléchie spécifiquement au regard du contexte et au regard des interactions entre un grand nombre de facteurs climatiques.
En raison de la variété des objectifs de départ, les études considérant la pertinence des différents dispositifs et des stratégies d’adaptation de la ville prennent en compte différents paramètres et points de mesure des phénomènes climatiques, rendant difficile le travail d’analyse comparative des résultats. La plupart des études aborde les dispositifs et les stratégies d’adaptation de façon à évaluer leur efficacité à diminuer les effets globaux d’ICU dans la ville en réalisant des calculs basés sur les capteurs, la télédétection, ou encore les méthodes de simulation numérique. L’échelle «micro» est abordée de façon à étudier l’efficacité énergétique des dispositifs et stratégies, avec pour objectif leur multiplication pour influer sur le climat des espaces urbains plus vastes. Bien qu’une importance particulière commence à être attribuée aux stratégies d’adaptation à petite échelle et à leur impact sur le confort piétonnier, la perception du climat et le ressenti thermique du piéton sont rarement abordés.
Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE 1 – POSITION DU PROBLÈME DE RECHERCHE ET ÉTAT DE L’ART
CHAPITRE 1 Enjeux contemporains du climat, réchauffement climatique et vagues de chaleur extrême
1.1 Le phénomène d’Ilot de Chaleur Urbain (ICU)
1.2 Stratégies d’adaptation de la ville face aux vagues de chaleur exacerbées par les effets d’ICU
1.3 Dispositifs spécifiques au contexte et association des stratégies d’adaptation distinctes
1.4 Systèmes naturels, sources de fraîcheur dans la ville
1.4.1 Dispositifs réduisant l’emmagasinement de la chaleur dans le sol
1.4.2 Implication et sensibilisation des habitants
1.4.3 Dynamique (canalisation et mise en mouvement) des flux climatiques
1.5 Limites des stratégies d’adaptation de la ville à l’échelle urbaine « micro »
CHAPITRE 2 Le climat urbain à l’échelle « pico » à travers la notion d’invite climatique
2.1 La notion d’invite ou affordance
2.2 Les invites des événements climatiques. L’attention et la mobilité du sujet percevant en lien avec la disposition spatio-temporelle d’ambiances
2.2.1 Attention du sujet percevant
2.2.2 Mise en relation de l’accessibilité d’indices avec l’attention
2.3 Morphologie de l’ambiance climatique à l’échelle « pico » et perception thermique
2.3.1 Surface
2.3.2 Interface
2.3.3 Milieu
2.3.4 Climat localisé
2.4 Territoires du climat partagé
2.4.1 Influence de ses propres actions perceptibles par autrui sur l’appréhension d’une ambiance
2.4.2 Autrui comme une invite
2.4.3 Distances interindividuelles
2.4.4 Échanges interindividuels
2.4.5 Influence des distances interindividuelles sur la perception d’ambiance climatique
2.4.6 Influence de l’ambiance climatique sur les distances
2.4.7 Construction commune d’une ambiance
2.4.8 Révélation d’une invite par autrui
2.4.9 Groupes des usagers distingués à partir des motivations
2.5 Potentiel de la notion d’invite climatique pour aborder le confort urbain à l’échelle pico
CHAPITRE 3 État des lieux sur la prédiction du confort thermique piétonnier
3.1 Enseignements de l’approche physiologique, « statique » ou « convergente » du confort
thermique
3.2 L’approche adaptative ou « divergente » du confort thermique
3.3 Limites des modèles adaptatifs de confort thermique piétonnier
3.4 Univers de contrôle : (s’)adapter pour contrôler
3.5 Alliesthésie spatiale et temporelle – situations climatiques transitoires
3.5.1 Alliesthésie temporelle – Vitesse de variation
3.5.2 Alliesthesie temporelle – Sens de transition
3.5.3 Alliesthésie spatiale – Dissociation somato-spatiale
3.6 Stratégies de l’adaptation comportementale
3.7 Cadre conceptuel pour caractériser le confort thermique piétonnier et les invites climatiques
CHAPITRE 4 Synthèse de l’état de l’art, hypothèses et nouvelles questions de recherche
4.1 Objectifs et méthodologie mise en œuvre
PARTIE 2 – DISPOSITIFS D’INVITES CLIMATIQUES A L’ÉCHELLE PICO
CHAPITRE 5 Expérience climatique dans les travaux d’avant-garde artistique et architecturale des années 1960-70
5.1 Critères généraux pour la constitution de corpus
5.2 Présentation des projets
5.3 Auteurs des projets et collaborations interdisciplinaires
5.4 État de l’avancement des projets
5.5 Rapport aux événements climatiques provenant du contexte
5.6 Jeu d’exploration et de construction d’ambiances climatiques partagées
5.7 Engagement corporel dans la construction et dans l’expérimentation des effets climatiques
5.8 Construction des événements climatiques inattendus
5.9 Interactions interindividuelles dans les bulles personnelles et dans les vastes salles de séjour
5.10 Conclusion du chapitre
CHAPITRE 6 L’expérience des événements climatiques dans les installations
artistiques et architecturales contemporaines
6.1 Objectifs et constitution du corpus
6.2 Présentation des projets constituant le corpus d’étude
6.3 Méthode d’analyse du corpus
6.4 L’histoire thermique et attentes des visiteurs. Particularités du conteneur de musée par rapport au milieu extérieur
6.5 L’impression de contrôle. Les « rôles » désignés par les auteurs des projets et appropriés par le public
6.6 Rôles des acteurs principaux et des spectateurs. La mise en scène du public et le «transfert d’invite»
6.6.1 Observation de public mis en scène à distance
6.6.2 Observation du public mis en scène depuis l’espace affecté par le dispositif
6.7 Rôles d’émetteur et de récepteur. Contrôle par l’action sur soi-même et contrôle délégué à autrui
6.7.1 Contrôle délégué à autrui : E->R (n)
6.7.2 Convergence de contrôle personnel et de contrôle de groupe : E -> ER (n)
6.7.3 Contrôle personnel : E=R
6.7.4 Contrôle délégué à un algorithme (à un actant non humain) : A->R
6.8 Conclusion du chapitre
CHAPITRE 7 Dispositifs de rafraîchissement dans le contexte urbain en climat chaud, exemples à Madrid
7.1 Objectifs et choix des sites
7.2 Présentation des invites de rafraîchissement dans l’environnement urbain observées in situ
7.3 Recueil des données et méthode d’analyse des cas d’étude
7.4 Premier cas d’étude : à la rencontre des nuages de brume et à la poursuite des ombres dans la rue de la Cruz
7.4.1 Présentation et analyse des résultats
7.5 Deuxième cas d’étude : à la rencontre des flux brumeux avoisinant la terrasse d’un bar-brasserie à proximité de la Place Mayor
7.5.1 Présentation et analyse des données recueillies sur le terrain d’étude
7.6 Troisième cas d’étude : à la rencontre des jets d’eau sur la place Santa Maria Soledad Torres Acosta
7.6.1 Présentation et analyse des résultats
7.7 Synthèse des résultats
CHAPITRE 8 Conclusion générale
8.1 Synthèse des principaux résultats
8.1.1 Potentiel des invites d’événements climatiques à l’échelle pico pour améliorer le confort
thermique dans l’espace urbain
8.1.2 Facteurs favorisant ou inhibant les habitants à s’approprier une invite de rafraîchissement dans le milieu urbain
8.1.3 La recherche d’alliesthésie spatiale
8.1.4 La recherche d’alliesthésie temporelle
8.1.5 Zone d’influence d’une invite de rafraîchissement et points spatiaux les plus sollicités
8.1.6 Invite de rafraîchissement comme contrainte ou distraction (facteur de perturbation)
8.2 Limites du travail et perspectives de recherche
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
