Caracterisation & Analyse du climat urbain

Notre équipe travaille à approfondir la connaissance scientifique sur le climat urbain. Nous étudions particulièrement d’une part les processus couplés du système ville-atmosphère et d’autre part les effets liés à ces interactions (comme le climat urbain).

Pour atteindre ces objectifs, deux approches complémentaires sont abordées conjointement : les mesures expérimentales in-situ et la modélisation.

 Analyse des processus physiques

Les échanges énergétiques des surfaces urbaines varient fortement dans l’espace (d’une ville à l’autre) et dans le temps (cycles diurne et annuel). Afin de quantifier les rôles relatifs des différents processus dans les échanges entre ville et atmosphère, le CNRM-GAME a participé à la campagne expériementale ESCOMPTE (avec des mesures sur la ville de Marseille), et mené la campagne CAPITOUL sur Toulouse (qui a duré un an complet). Nous collaborons aussi sur des campagnes sur d’autres villes, comme Montréal et Vancouver (expériences MUSE et EPiCC).

Ces campagnes expérimentales, en plus de confirmer des résultats de la littérature (fort stockage d’énergie par les surfaces urbaines durant le jour avec restitution à l’atmosphère la nuit, piégeage radiatif dans les "canyons" urbains, faible évaporation), ont permis des avancées scientifiques sur plusieurs points :

 Les variations saisonnières du bilan énergétique de surface pour un centre-ville dense.

 La part relative du flux anthropique lié au chauffage domestique en hiver (sur le bilan d’énergie ainsi que sur l’îlot de chaleur).

 Une méthodologie originale a été développée pour estimer la quantité de chaleur d’origine anthropique à partir uniquement de mesures de turbulence dans l’atmosphère (les comparaisons avec les cadastres d’émission de chaleur sont bonnes).

 Le rôle de la brise de mer, et par suite de l’advection horizontale, sur les mesures des flux turbulents de chaleur de de vapeur d’eau pour une ville côtière. Une méthodologie de correction est proposée.

 L’importance de la fonte de la neige dans le bilan d’énergie urbain (mesures sur Montréal), et le cycle de l’eau dans les jardins.

 La modélisation de tous ces processus urbains.

 Caractérisation du climat urbain et de l’îlot de chaleur urbain

L’équipe travaille aussi sur les interactions entre la ville et sa météorologie locale. Parmi les nombreuses caractéristiques spécifiques du climat urbain (modification du vent, occurence de brouillard plus faible, nuages convectifs en aval de la ville, turbulence, et bien sûr l’îlot de chaleur), nous étudions plus particulièrement l’îlot de chaleur urbain et le vent.

 Influence de la brise de mer sur l’îlot de chaleur

Pigeon et al 2006 présente une méthode originale (à partir de simulations numériques) pour optimiser le placement d’un réseau dense de capteurs météorologiques en ville. Elle a été appliquée sur Marseille (pendant la campagne ESCOMPTE). Les observations montrent que, si la nuit le centre ville histroique dense présente le classique îlot de chaleur, par contre le jour le centre ville est l’endroit le plus frais de la ville ! C’est parce qu’il est près de la côte.

 Variabilité de l’îlot de chaleur urbain

La structure fine de l’îlot de chaleur a été étudiée à la fois pour une ville côtière (cf ci-dessus) et pour une ville plus continentale (Toulouse). Pour une ville continentale, nos observations confirment l’état de l’art sur la structure spatiale de l’îlot de chaleur et le rôle de l’urbanisation sur la température (l’air est plus chaud dans les zones denses). Les mesures ont aussi permis d’acquérir des résultats originaux :

  • en été, le jour la partie la plus chaude de la ville (une ville européenne) n’est pas le coeur historique dense, mais ses faubourgs immédiats. Ceci provient du fait que les rues y sont plus larges et les bâtiments (de briques) plus petits, permettant un ensoleillement plus important de la rue.
  • En hiver, on peut observer en conditions nuageuses un îlot de chaleur important (plus de 4°C, alors que l’îlot de chaleur maximum en cette saison atteint 6°C). Ces jours là, couverts et sans vent, le chauffage domestique est suffisant pour produire à lui seul un îlot de chaleur nocturne.
  • Superposée à l’îlot de chaleur à l’échelle de la ville, une variabilité de petite échelle spatiale existe, et peut atteindre quelques degrés. Elle est causée par l’influence de son environnement immédiat, comme un noyau villageois au sein d’une zone périurbaine plus extensive, de petits parcs ou la présence d’une rivière.
Typologie de paysage Mesures (zone de 1km) Comment ces observations ont été faites

 Brise urbaine

Une différence de chauffage en surface peut conduire à des différences de pression et une structure de vent spécifique. Ceci est communément observé le long des côtes (brise de mer ou même brise de lacs) ou le long des pentes (brises de montagne et de vallées). Ceci peut se produire, avec une intensité moindre, pour de grandes forêts. Nous avons observé une brise urbaine à partir de mesures faites par avion pendant la campagne CAPITOUL : la brise urbaine atteint 1 à 2 m/s, avec un flux convergent dans les 100-200m proches de la surface, et une branche divergente à 1500m de hauteur.

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