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Ilôts de chaleur

Les îlots de chaleur sont des zones urbanisées qui connaissent des températures plus élevées que les zones périphériques.

Les structures telles que les bâtiments, les routes et autres infrastructures absorbent et réémettent davantage la chaleur du soleil que les paysages naturels tels que les forêts et les plans d'eau. Les zones urbaines, où ces structures sont très concentrées et où la verdure est limitée, deviennent des « îlots » de températures plus élevées que les zones périphériques. Les températures diurnes dans les zones urbaines sont environ 0,50 à 4°C plus élevées que les températures dans les zones périphériques, et les températures nocturnes sont environ 1 à 3°C plus élevées. Un champ hybride POWERgrass de 8 mille m² parvient à abaisser la température de 1°C pour un volume équivalent de 372 appartements de 100 m² ou de 5°C pour un volume équivalent de 75 appartements de 100 m².

Que sont les îlots de chaleur

Le phénomène d'îlot de chaleur accélère l'évaporation, augmente la consommation d'énergie et la demande de climatisation pendant les mois d'été et exerce une pression sur les écosystèmes urbains. En outre, cela peut contribuer à une augmentation des niveaux de pollution atmosphérique et des émissions de gaz à effet de serre. Ce phénomène peut avoir un impact significatif sur la santé humaine, entraînant un risque accru de maladies cardiaques et respiratoires, ainsi qu'un risque de coup de chaleur et de températures élevées pendant de longues périodes.

Pour lutter contre les îlots de chaleur en ville, il est important d'augmenter la végétation et d'améliorer la réflectivité des toits et des trottoirs. Les plantes vertes, les arbres et les toits fournissent non seulement de l’ombre, mais absorbent et libèrent également de l’humidité, réduisant ainsi la température ambiante. De même, les matériaux réfléchissants sur les toits et les trottoirs peuvent aider à refléter la chaleur du soleil, réduisant ainsi la quantité de chaleur absorbée par le contexte urbain.

Causes des îlots de chaleur

Les îles thermales se forment en raison de plusieurs facteurs :

Réduction des paysages naturels dans les zones urbaines. Les arbres, la végétation et les plans d'eau ont tendance à rafraîchir l'air en fournissant de l'ombre, en faisant transpirer l'eau des feuilles des plantes et en évaporant l'eau de surface. Les surfaces dures et sèches des zones urbaines, telles que les toits, les trottoirs, les rues, les immeubles et les parkings, offrent moins d'ombre et d'humidité que les paysages naturels et contribuent donc à des températures plus élevées.
Propriétés des matériaux urbains. Les matériaux artificiels conventionnels utilisés dans les environnements urbains, tels que les trottoirs ou les toitures, ont tendance à réfléchir moins l'énergie solaire, et à absorber et émettre plus de chaleur du soleil que les arbres, la végétation et d'autres surfaces naturelles. Souvent, les îlots de chaleur se forment pendant la journée et deviennent plus prononcés après le coucher du soleil en raison de la lente libération de chaleur des matériaux urbains.
Géométrie urbaine. La taille et la disposition des bâtiments au sein d'une ville influencent le flux du vent et la capacité des matériaux urbains à absorber et à libérer l'énergie solaire. Dans les zones très développées, les surfaces et les structures obstruées par les bâtiments voisins deviennent de grandes masses thermiques qui ne peuvent pas facilement libérer leur chaleur. Les villes comportant de nombreuses rues étroites et de grands immeubles deviennent des canyons urbains, qui peuvent bloquer le flux de vent naturel qui entraînerait des effets de refroidissement.
Chaleur générée par les activités humaines. Les véhicules, les unités de climatisation, les bâtiments et les installations industrielles émettent tous de la chaleur dans l'environnement urbain. Ces sources de chaleur d'origine humaine ou anthropique peuvent contribuer aux effets d'îlot de chaleur.
Météo et géographie. Des conditions météorologiques calmes et claires entraînent des îlots de chaleur plus graves en maximisant la quantité d'énergie solaire qui atteint les surfaces urbaines et en minimisant la quantité de chaleur pouvant être évacuée. En revanche, les vents forts et la couverture nuageuse suppriment la formation d’îlots de chaleur. Les caractéristiques géographiques peuvent également influencer l’effet d’îlot de chaleur. Par exemple, les montagnes voisines peuvent empêcher le vent d'atteindre une ville ou créer des configurations de vent qui traversent une ville.

Caractéristiques des îlots de chaleur

Diagramme de l'effet d'îlot de chaleur

Les îlots de chaleur sont généralement mesurés par la différence de température entre les villes et les zones environnantes. La température peut également varier au sein d’une ville. Certaines zones sont plus chaudes que d’autres en raison de la répartition inégale des bâtiments et des trottoirs qui absorbent la chaleur, tandis que d’autres espaces restent plus frais grâce aux arbres et à la végétation. Ces écarts de température constituent des îlots de chaleur intra-urbains. Dans le diagramme de l’effet d’îlot de chaleur, les parcs urbains, les étangs et les zones résidentielles sont plus frais que les zones du centre-ville.

Les températures de surface varient davantage que les températures de l'air atmosphérique pendant la journée, mais sont généralement similaires la nuit. Les creux et les pics de température à la surface de l'étang montrent que l'eau maintient une température presque constante jour et nuit, car elle n'absorbe pas l'énergie du soleil de la même manière que les bâtiments et les surfaces pavées. Les parcs, les terrains découverts et les plans d’eau peuvent créer des zones plus fraîches au sein d’une ville. Les températures sont généralement plus basses aux frontières entre banlieues et zones rurales que dans les zones centrales des villes.

En général, les températures sont différentes à la surface de la terre et dans l'air atmosphérique, plus haut dans la ville. Pour cette raison, il existe deux types d’îlots de chaleur : les îlots de chaleur de surface et les îlots de chaleur atmosphériques. Ceux-ci diffèrent par la manière dont ils se forment, les techniques utilisées pour les identifier et les mesurer, leurs impacts et, dans une certaine mesure, les méthodes disponibles pour les refroidir.

Ilots de chaleur de surface. Ces îlots de chaleur se forment parce que les surfaces urbaines telles que les rues et les toits absorbent et émettent de la chaleur dans une plus grande mesure que la plupart des surfaces naturelles. Par une journée chaude avec une température de 33°C, les matériaux de toiture conventionnels peuvent atteindre des températures jusqu'à 33°C supérieures à la température de l'air. Les îlots de chaleur de surface ont tendance à être plus intenses pendant la journée lorsque le soleil brille.
Ilots de chaleur atmosphériques. Ces îlots de chaleur se forment en raison de l'air plus chaud dans les zones urbaines que de l'air plus froid dans les zones suburbaines. L'intensité des îlots de chaleur atmosphériques varie beaucoup moins que celle des îlots de chaleur de surface.

Impact des îlots de chaleur

Les Les températures élevées résultant des îlots de chaleur peuvent affecter l'environnement et la qualité de vie d'une communauté de plusieurs manières. Augmentation de la consommation d'énergie, émissions élevées de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre, compromettant la santé et le confort humains et même la qualité de l'eau potable.

Augmentation de la consommation d’énergie

Effet d'îlot de chaleur

Les îlots de chaleur génèrent une élévation généralisée de la température qui peut avoir des conséquences préoccupantes sur la santé des individus, notamment pour les personnes âgées, les enfants ou les personnes atteintes de maladies chroniques. Une exposition prolongée ou intense à la chaleur peut en effet provoquer un coup de chaleur, une déshydratation ou aggraver des conditions existantes telles que des maladies cardiovasculaires ou respiratoires.

Les températures nocturnes élevées sont également particulièrement problématiques car elles interfèrent avec la thermorégulation normale du corps pendant le sommeil. La chaleur nocturne peut provoquer des troubles du sommeil, de la fatigue pendant la journée, mais en général de graves répercussions sur la qualité de vie et le bien-être psycho-physique des personnes.

Un autre aspect à ne pas négliger est l'augmentation de la demande énergétique pour le refroidissement des environnements internes. Lors de canicules, l’augmentation de la consommation peut provoquer des coupures de courant, avec tous les désagréments qui en découlent. De plus, l'utilisation constante d'équipements de climatisation peut générer des conditions d'inconfort thermique, par exemple un cancer lors de l'entrée ou de la sortie d'environnements climatisés.

Émissions élevées de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre

Comme décrit ci-dessus, les îlots de chaleur augmentent la demande d'électricité en été. Les compagnies d'électricité s'appuient généralement sur des centrales électriques à combustibles fossiles pour répondre à une grande partie de cette demande, ce qui entraîne une augmentation des émissions de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre.

Ces polluants sont nocifs pour la santé humaine et contribuent également à des problèmes complexes de qualité de l'air tels que la formation d'ozone troposphérique (smog), de particules fines et de pluies acides. L'utilisation accrue de centrales électriques alimentées à des combustibles fossiles augmente également les émissions de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone, qui contribuent au changement climatique mondial.

En plus de leur impact sur les émissions liées à l'énergie, les températures élevées peuvent directement augmenter le taux de formation d'ozone au niveau du sol. L'ozone troposphérique se forme lorsque les oxydes d'azote et les composés organiques volatils réagissent en présence de la lumière du soleil et de la chaleur. Si toutes les autres variables sont égales, telles que le niveau d'émissions de précurseurs dans l'air et la vitesse et la direction du vent, davantage d'ozone se formera au niveau du sol à mesure que l'environnement deviendra plus ensoleillé et plus chaud.

Compromettre la santé et le confort humains

Les îlots de chaleur contribuent à des températures diurnes plus élevées, réduisent le refroidissement nocturne et augmentent les niveaux de pollution de l'air. Ces facteurs, à leur tour, contribuent aux décès et aux maladies liés à la chaleur, tels qu'un inconfort général, des difficultés respiratoires, des crampes de chaleur, un épuisement dû à la chaleur et un coup de chaleur non mortel.

Les îlots de chaleur peuvent également accentuer l'impact des vagues de chaleur naturelles, qui sont des périodes de temps anormalement chaud et souvent humide. Les populations sensibles sont particulièrement à risque lors de ces événements.

Les personnes âgées sont parmi les plus vulnérables aux épisodes de chaleur accablante. De nombreux facteurs physiologiques, psychologiques et socio-économiques contribuent à ce danger. Les personnes âgées sont plus susceptibles d'être en mauvaise santé, d'être moins mobiles et plus isolées, d'être plus sensibles à la chaleur et de vivre avec de faibles revenus.
Les
Les jeunes enfants ont tendance à être plus sensibles à la chaleur extrême en raison de leur petite taille et d'autres caractéristiques. Leur rythme respiratoire plus rapide par rapport à leur taille, le temps passé à l'extérieur et leur système respiratoire en développement les rendent plus susceptibles de souffrir d'asthme aggravé et d'autres maladies pulmonaires causées par la pollution de l'air par l'ozone et le smog, qui augmentent généralement pendant les vagues de chaleur.
Les populations à faible revenu sont plus exposées au risque de maladies liées à la chaleur en raison de mauvaises conditions de logement, notamment le manque de climatisation et d'espaces de vie exigus, ainsi que de ressources insuffisantes pour trouver un autre abri pendant une vague de chaleur.
Les personnes qui passent leurs heures de travail à l'extérieur sont plus sujettes à des conditions telles que l'épuisement dû à la chaleur et le coup de chaleur. Ils sont plus exposés à la pollution atmosphérique par l'ozone et au stress thermique, surtout si les activités professionnelles impliquent un effort physique important.
Les personnes en mauvaise santé, notamment celles souffrant de maladies chroniques, de handicaps, de limitations de mobilité et celles qui prennent certains médicaments, sont vulnérables aux températures extrêmes. Les personnes atteintes de diabète, de déficiences physiques et de déficits cognitifs sont particulièrement exposées pendant les vagues de chaleur.

Les épisodes de chaleur excessive, ou les augmentations soudaines et spectaculaires de la température, sont particulièrement dangereux et peuvent entraîner des taux de mortalité supérieurs à la moyenne. De 2004 à 2018, les Centers for Disease Control and Prevention ont enregistré 10 527 décès liés à la chaleur aux États-Unis, soit une moyenne de 702 par an. Ces chiffres incluent les décès pour lesquels la chaleur était la cause principale et les décès pour lesquels la chaleur était une cause contributive.

Qualité de l’eau compromise

Les températures élevées sur les surfaces des trottoirs et des toits peuvent chauffer le ruissellement pluvial, qui s'écoule dans les égouts pluviaux et augmente la température de l'eau lorsqu'elle est rejetée dans les ruisseaux, les rivières, les étangs et les lacs. La température de l’eau affecte tous les aspects de la vie aquatique, notamment le métabolisme et la reproduction de nombreuses espèces aquatiques. Les changements rapides de température dans les écosystèmes aquatiques résultant des eaux de ruissellement chaudes peuvent être particulièrement stressants, voire mortels, pour la vie aquatique.

Une étude a révélé que les cours d'eau urbains sont en moyenne plus chauds que les cours d'eau des zones forestières, et que les températures dans les cours d'eau urbains ont augmenté de plus de 4°C lors de petites tempêtes en raison des eaux de ruissellement chauffées par les matériaux urbains.

Les infrastructures vertes sont une option pour refroidir le ruissellement pluvial et améliorer la qualité de l'eau. Peut inclure l'utilisation de débranchements de descentes pluviales, de jardins pluviaux, de bacs à plantes, de rigoles biologiques, de pavés perméables, de rues et allées vertes, de parkings verts et de toits verts ; ainsi que les efforts de conservation des terres.

Source : En savoir plus sur les îlots de chaleur | EPA des États-Unis